Устройство время-импульсного преобразования постоянного напряжения в код

 

УСТРОЙСТВО ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КОД, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор, выполненный в виде операционного усилителя , резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора , а выход - с входом преобразователя интервала времени в код и первым входом блока управления второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, выходы соединены с входами управления KJmчeй, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , в него введен дополнительный резистор, первый вьюод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом компаратора, второй вывод - с общей щиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора , а к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора подключена щина источника эталонного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3 (511 Н 03 К 1 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЯЛЬСтВУ

«й

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3452010/18-21 (22) !1..06.82 (46) 07,05.84. Бюл. ¹ 17 (72) А.С.Баран, А.К.Баринов, Б.С.Голубь, A.È.Êóçíåöoâ и Л.P.Õàéòèí (53) 681.325(088.8) (56) !. Авторское свидетельство СССР

¹ 7739Г2, кл. Н 03 К !3/02, !980.

2 ° Патент Англии № 1417236, кл. Н 03 К 13/20, 1975 (прототип). (54)(57)УСТРОЙСТВО ВРЕЬ1Я-ИМПУЛЬСНОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КОД, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор, выполненный в виде операционного усилителя, резистора и интегрирующего конденсатора1 включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход — с входом преобразователя интервала времени в код и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, выходы соединены с входами управления ключей, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен дополнительный резистор, первый вывод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом Е

O компаратора, второй вывод — с общей шиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора подключена шина источника эталонного напряжения.

109!333

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах преобразования напряжения в код. Известно устройство время-импульс- 5 ного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее интегратор, выполненньш в виде управляемого источника тока с двумя парами ключей коммутации интегрирующего 1О конденсатора, соединенных в мостовую схему, одна диагональ которой первой своей вершиной подключена к выходу управляемого источника тока, второй вершиной к источнику питаю- 15 щего напряжения, а в другую диагональ включен интегрирующий конденсатор, соединенный с входом компаратора, выход которого подключен к входу преобразователя интервала вре- 20 мени в код и к первому входу блока управления, а выход преобразователя интервала времени в код подключен к второму входу блока управления, выходы которого соединены с входами 25 управления ключей коммутации интегрирующего конденсатора и входных ключей, через которые вход интегратора соединен с источником эталонного напряжения и источником измеряемо- ЗО го напряжения (1) .

Однако в устройстве погрешность от смещения нуля интегратора остается весьма значительной практически во всем диапазоне измеряемых напряжений, что приводит к снижению точности, Кроме того, преобразователь способен измерять напряжение только одной полярности, а именно того же 4б знака, что и эталонное напряжение, что сужает его функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство время-импульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор, выполненньш в виде операционного усилителя, резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему- ключей, вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом

55 операционного усилителя интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход — с входом преобразователя интервала времени в код и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, а выходы соединены с входами управления ключей, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала (2) .

Устройство позволяет исключить погрЕшность от смещения нуля интегратора, однако измеряет напряжение только одной полярности, что сужает функциональные возможности устройства.

- Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство время-импульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор,, выполненный в виде операционного усилителя, резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход — с входом преобразователя интервала времени в код и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, а выходы соединены с входами управлейия ключей, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, введен дополнительный резистор, первый вывод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом компаратора, втог рой вывод — с общей шиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора подключена шина источника эталонного напряжения.

На фиг. 1 представлена схема устройства время-импульсного преобразователя напряжения в код; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу время-импульсного преобразователя.

3 1091

Устройство содержит шину 1 источника эталонного напряжения, интег ратор. 2, компаратор 3, преобразователь 4 интервала времени в код, блок 5 управления. Интегратор со5 стоит из операционного усилителя 6, интегрирующего конденсатора 7, первой пары 8 и второй пары 9 ключей коммутации интегрирующего конденсатора и резисторов 10 и 11. !О

Шина 1 подключена к неинвертирующему входу усилителя 6, в мостовой

Ю схеме из пар 8 и 9 ключей в первую диагональ включен интегрирующий конденсатор 7, вторая диагональ подключена к инвертирующему входу и выходу усилителя 6, управляющие входы ключей подключены к выходу блока 5, входы которого соответственно соединены с выходами омпаратора 3 и пре->О образователя 4. Выход компаратора 3 соединен с входом преобразователя 4.

Входы компаратора 3 подключены к обкладкам конденсатора 7 и через резисторы 10 и 11 соответственно к шинам преобразуемого напряжения и общей.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть Е )О и U) О, По сигналу "Пуск" замыкается первая пара ключей 8 коммутации интегрирующего конденсатора 7 и начинается процесс интегрирования. Так как к неинвертирующему входу операционного усилителя 6 подключен источник эталонного напряжения то на2 пряжение на его инвертирующем входе равно

Оц Вэт +, Uc»» где U — напряжение смещения нуля см операционного усилителя;

Е, — величина эталонного напряжения.

Ток»- g протекающий через резис 45 тор 10 равный току заряжающему конденсатор 7, равен

1> » Ux Взт +бэсм Ux

Ic, R 12 где К вЂ” величина сопротивления ре- 50 зисторов 10 и 11.

В момент пересечения напряжением на интегрирующем конденсаторе 7. нулевого уровня компаратор 3 опрокидывается и начинается отсчет фикси- 55 рованного промежутка времени Т,1 преобразователем интервала времени в код 4.

333 4

В конце такта интегрирования, длящегося промежуток времени Т> напряжение на интегрирующем конденсаторе 7 составляет ц 1» T Е"и -Ux Т с» С о к о i где С вЂ” емкость интегрирующего конденсатора 7; — напряжение на интегрируюС1 щем конденсаторе 7 в конце первого такта интегрирования.

В момент времени Тд блок 5 управления по сигналу от преобразователя 4 временных интервалов в код размыкает пару ключей 8 и замыкает пару ключей 9. С этого момента начинается второй такт интегрирования и отсчет интервала времени Т„.

Во втором такте ток Ig. через ре2 зистор 1!, равный току Ic-, разряжаю3 щему интегрирующий конденсатор 7, пропорционален эталонному напряжеВЭ1+"см

Я2 С2 R

Отсчет интервала времени Т продолжается до момента, когда напряжение на интегрирующем конденсаторе 7 станет равным нулю и компаратор 3 вернется в исходное состояние.

1С2 + с2 Uc» ° Тл О

1» т+Осм-Ол . +Осм Т+ О

КС Та „вЂ” 1,Ер +Осм где Б — напряжение на интегрируюcz щем конденсаторе 7 в конце второго такта интегрирования;

Ф

T — длительность второго такта при измеряемом напряжении

Uë 0

При Ux 0 зт см где Т вЂ” длительность второго такХ та интегрирования при измеряемом напряжении 011 (О.

ИнтеРвалы вРемени То и Т„ пРеобразуются преобразователем 4 интервала времени в код соответственно

То о Tõ -о Nõ

Случаю Uz ) О соответствует Тх Т,.и коду N> приписывается знак "+" . Слу10Э1333 1O

Е ; фс, ct g ф

Ерг +c<

Составитель В.Махнанов

Редактор Е. Пушникова Техред А,Бабинец Корректор А,Дзятко

Заказ 3100/54 Тираж 862 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чаю U>c 0 соответствует Т ) То и коду 11 приписывается знак

Таким образом с учетом знака U

Ux

"x"

E9t +Ucм

Код И», пропорциональный измеряемому напряжению U считывается с выхода преобразователя 4 интервала времени в код вместе со знаком.

Рассмотрение работы устройства проведено в предположении, что порог срабатывания компаратора 3, обусловленный напряжением смещения его нулевого уровня, равен нулю. В случае отличия напряжения смещения нулевого уровня компаратора от нуля оно, так же как и в других устройствах двухтактного интегрирования, не влияет на результат измерения, так как начало отсчета интервала времени Т и конец отсчета интервала времени Т» происходит при пересечении напряжения на интегрирующем конденсаторе одного и того же уровня, соответствующего напряжению смещения нулю компаратора.

Таким образом, по сравнению с известными устройствами предлагаемый преобразователь позволяет получить результат измерения, свободный от аддитивной погрешности смещения нуля интегратора, и измерять напряжения обеих полярностей.