Устройство для измерения отношения двух напряжений

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, входы которого подключены к входным клеммам устройства, формирователь образцового интервала времени , блок формирования экспоненциального напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу преобразователя , а выход - к выходной клемме устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения , в него введены два инвертора, элемент ИЛИ, два элемента И, элемент И-НЕ и элемент ИЛИ-НЕ, причем к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу формирователя, подключены второй и третий выходы преобразователя, первый выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому управляющему входу преобразователя, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И и через первый инвертор к входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к TpetbeMy выходу преобразователя , а выход - к первому входу вто-. рого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу преобразователя , третий вход которого через второй инвертор подключен к третьему входу второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока формирования экспоненциального напряжения, второй выход преобразователя подключен к второму (Л входу первого элемента И. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что npeo6piaso§ ватель логарифма отношения двух напряжений в интервал времени состоит из двух нуль-органов, двух ключей, э ;о to двух резисторов, первого конденсатора и одновибратора, причем первые входы нуль-органов являются соответ SD X) ственно первым и вторым входами, а выходы - третьим и вторым выходами преобразователя, первый вывод конденсатора подключен к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источнику опорного напряжения, а через второй резистор и второй ключ заземлен, второй вьгоод конденсатора также заземлен, вход одновибратора является входом запуска устройства, а выход подключен к управляющим входам нуль-органов и первого ключа и является первым выходом преобразователя, блок формирования экспоненциального на

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) зсю G 01 R 19/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЬ !ЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧ КРЫТИЙ (21) 3510862/18-21 (22) 09.11.82 (46) 23.06.84. Бюл. Ф 23 (72) В.Г.Брандорф, В.Л.Котляров и Л.В.Ольшевская (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Жилинскас Р.П. — П. Измерители отношения и их применение в радиотехнике. М., "Советское радио", 1975, с. 81-85.

2. Авторское свидетельство СССР

У 607157, кл. G 01 R 19/10, 1976. (54)(57) 1; УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, входы которого подключены к входным клеммам устройства, формирователь образцового интервала времени, блок формирования экспоненциального напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу преобразователя, а выход — к выходной клемме устройства, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения, в него введены два инвертора, элемент ИЛИ, два элемента И, элемент И-НЕ и элемент ИЛИ-НЕ, причем к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу формирователя, подключены второй и третий выходы преобразователя, первый выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому управляющему входу преобразователя, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И и через первый инвертор к входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к треТьему выходу преобразователя, а выход — к первому входу вто-., рого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу преобразователя, третий вход которого через второй инвертор подключен к третьему входу второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока формирования экспоненциального напряжения, второй выход Щ преобразователя подключен к второму входу первого элемента И.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь логарифма отношения двух на- Й пряжений в интервал времени состоит из двух нуль-органов, двух ключей, двух резисторов, первого конденсатора и одновибратора, причем первые входы нуль-органов являются соответ ственно первым и вторым входами, а выходы — третьим и вторым выходами преобразователя, первый вывод конденсатора подключен к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источнику опорного напряжения, а через второй резистор и второй ключ заземлен, второй Дфв вывод конденсатора также заземлен, вход одновибратора является входом запуска устройства, а выход подключен к управляющим входам нуль-органов и первого ключа и является первым выходом преобразователя, блок формирования экспоненциального на1099287

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и приборах для измерения отношения.

Известно устройство для измерения отношения двух напряжений, содержащее два нуль-органа с подключенными к их первым входам входами устройства, конденсатор, подключенный к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источнику опорного напряжения, а через второй резистор и второй ключ — к общему проводу, второй вывод конденсатора также подключен к общему проводу, одl новибратор, вход которого является входом запуска устройства, а выход подключен к управляющему входу второго ключа и через инвертор к управляющему входу первого ключа, и элемент И, входы которого подключены к выходам нуль-органов, а выход является выходом.устро стваЩ

Цель изобретения — расширение динамического диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, 1О что устройство для измерения отношения двух напряжений» содержащее преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, входы которого подключены к входным клеммам устройства, формирователь образцового интервала времени, блок формирования экспоненциального напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу преобразователя, а выО ход — к выходной клемме устройства, снабжено двумя инверторами, элемен том ИЛИ, двумя элементами И, элементом И-НЕ и элементом ИЛИ-НЕ, причем к входам элемента ИЛИ, выход которо25 го подключен к входу формирователя, подключены трстий и второй выходы преобразователя, первый .выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к второму и перЗО вому входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен,к первому управляющему входу преобразователя, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И и через пер35 вый инвертор к входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к тре тьему выходу преобразователя, а выход — к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к второму входу преобразователя, третий вход которого через второй инвертор подключен к третьему входу второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока формирования экспоненциального напряжения, 45 второй выход преобразователя подклюр яжения состоит из второго конденсатора, двух. резисторов и двух ключей, причем первый вывод второго конденсатора подключен к выходу блока формирования экспоненциального

Недостатком данного устройства является нелинейная логарифмическая зависимость между отношением входных напряжений и выходным интервалом времени.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения отношения двух найряженИй» содержащее преобразователь .логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, входы которого подключены к входным клеммам устройства, а выход — к входу формирователя образцового интервала времени, выход которого подключен к первому входу блока формирования экспоненциального напряжения, к второму входу которого подключен выход преобразователя, а к выходу — выходная клемма устройства (21 . напряжения к через третий резистор и третий ключ к источнику опорного напряжения, а через четвертый резистор и четвертый ключ заземлен, второй вывод конденсатора также заземлен.

Недостатком известного устройства является ограниченный динамический диапазон измерения, так как оно измеряет только отношение большего

5 напряжения к меньшему.

109928 чен к второму входу первого элемента И.

При этом преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени состоит из двух нульорганов, двух ключей, двух резисторов, первого конденсатора и одновибратора, причем первые входы нульорганов. являются соответственно первым и вторым входами, а выходы — тре- 1р тьим и вторым выходами преобразователя, первый вывод конденсатора подключен к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источнику опорного напряжения, 15 а через второй резистор и второй ключ заземлен, второй вывод конденсатора также заземлен, вход одновибратора является входом запуска устройства, а выход подключен к управ- gp ляющим входам нуль-органов и первого ключа и является первым выходом преобразователя, блок формирования экспоненциального напряжения состоит из второго конденсатора, двух резисторов и двух ключей, причем первый вывод второго конденсатора подключен к выходу блока формирования экспонен.циального напряжения и через третий резистор и третий ключ к источнику опорного напряжения, а через четвертый резистор и четвертый ключ заэемлен,. второй вывод конденсатора также заэемлен.

На фиг,. 1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2— временные диаграммы зависимости.работы устройства от величины входного напряжения.

Устройство содержит входные клем- 4 мы 1 и 2, которые подключены к первым входам нуль-органов 3 и 4, ключи 5 и 6, первые выводы которых через резисторы соответственно 7 и 8 подключены к одной из обкладок конден-., 45 сатора 9, другая обкладка которого подключена к общей шине, вторые выводы ключей 5 и 6 Подключены соответственно к источнику 10 опорного напряжения и общей шине, ключи 11 и 12, первые выводы которых через резисторы соответственно 13 и 14 подключены к выходной клемме 15 и к одной из обкладок конденсатора 16, другая обкладка которого подключена к общей шине, вторые выводы клняей 11 и 12 подключены соответственно к источнику 10 опорного напряжения и к об7 ф щей шине, выход нуль-органа 4 подключен к первым входам элементов ИЛИ 17 и И 18, к второму входу элемента ИЛИ 17 подключен выход нуль-органа 3, выход элемента ИЛИ 17. подключен к входу формирователя 19 образцового интервала времени, выход которого подключен к второму вхо. ду элемента И 18, выход которого под. ключен к первому -входу элемента ИЛИНЕ 20, выход которого подключен к управляющему входу ключа 6, выход формирователя 19 подключен также через инвертор 21 к входу элемента ИHF.- 22, к второму входу которого подключен выход нуль-органа 3, а выходы элемента И-НЕ 22, инвертора 23 и нуль-органа 4 подключены к соответствующим входам элемента И 24, выход которого подключен к управляющему входу ключа 12, к входу одновибратора 25 подключен вход 26 запуска устройства, а выход одновибратора 25 подключен к управляющим входам ключей 5 и 11, нуль-органов 3 и 4, входу инвертора 23 и второму входу элемента ИЛИ-НЕ 20.

Формирователь 19 образцового интервала времени представляет собой одновибратор, длительность выходного импульса которого задана с высокой точностью и стабильна во времени.

Каждый из нуль-органов 3 и 4 представляет собой операционный усилитель и RS-триггер. Входы операционного усилителя являются входами нуль-органа, выход операционного усилителя подключен к S-входу триггера, к R-входу триггера подключен выход одновибратора 25 для установки его в исходное состояние, выход триггера является выходом нуль-органа. Триггер, включенный на выходе операционного усилителя, нужен для того, чтобы после срабатывания нуль-органа и появления логической единицы на его выходе логический нуль уже не смог появиться до нового запуска одновиб-. ратора 25.

Устройство работает следующим образом.

Импульс "Пуск", поступающий через вход 26 на одновибратор 25, запускает

его, и импульс с выхода одновибратора замыкает ключи 5 и 11 на время .своей длительности. При этом ключи 6 и 12 разомкнуты, так как на выходах элементов 20 и 24 — логические нули„

1099287 благодаря подаче логической единицы на элемент ИЛИ-НЕ 20 и логического нуля на один из входов элемента И 24 через инвертор 23. Конденсаторы 9 и 16 заряжаются через резисторы 7 5 и 13. Длительность импульса„ одновибратора 25 достаточна для того, чтобы конденсаторы 9 и 16 зарядились до уровня напряжения U .

После окончания импульса одновибратора 25 ключи 5 и 11 размыкаются, а ключ 6 замыкается, так как на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 появляется логическая единица, благодаря наличию на его входах логических нулей 15 с выходов одновибратора 25 и элемента И 18 на входах которого — логические нули с выходов нуль-органа 4 и формирователя 19. Конденсатор 9 начинает разряжаться по экспоненци- 20 альному закону

1 с,-"е где Ei =R< С,;

С, — емкость конденсатора 9;

R — сопротивление резистора 8.

Дальнейшая работа устройства зави, сит от того, какое напряжение больше — на входной клемме 1 или на входной клемме 2. !

Рассмотрим случай, когда напряжение на входной клемме 1 больше напряжения на входной клемме 2 Uq,> U „ в а (фиг. 2а) . Когда напряжение на конденсаторе 9 достигает уровня U>

35 срабатывает нуль-орган 3 и через элемент ИЛИ 17 запускает формирователь 19. При этом ключ 6 не размыкается, так как на второй вход элемен40 та И 18 с выхода нуль-органа 4 продолжает поступать логический нуль.

Ключ 12 не замыкается по той же причине (подача логического нуля на один из входов элемента И 24 с выхо45 да нуль-органа. 4) .: Конденсатор 9 продолжает разряжаться. Когда напряжение на конденсаторе 9 достигает уровня срабатывания нуль-органа 4, на его выходе появляется логическая единица.

При этом ключ 6 размыкается благо50 даря наличию логических единиц на .уходах элемента И 18 и на входе элемента ИДИ-HE 20 с выхода элемен та И 18, а ключ 12 замыкается, благодаря наличию логических единиц на всех входах элемента И 24 (с выхода нуль-органа 4, выхода инвертора 23, на вход которого поступает логический нуль с выхода одновибратора 25, и выход@ элемента И-НЕ 22, на один из входов которого поступает логический нуль с выхода инвертора 21, на вход которого поступает логическая единица с выхода формирователя 19). При этом конденсатор 9 свой разряд приостанавливает, а конденсатор 16 начинает разряжаться по экспоненциальному закону.

t и

U =U e "", где 6Я =R2C2.

С вЂ” емкость конденсатора 16;

R — - сопротивление резисто2 ра 14.

Разряд конденсатора 16 продолжается до тех пор, пока не окончится импульс на выходе формирователя 19.

В момент окончания этого импульса (окончания интервала Т ) ключ 12 размыкается, а ключ 6 замыкается. Конденсатор 9 продолжает свой разряд, а конденсатор 16 разряд прекращает.

Величина напряжения, зафиксированная на конденсаторе 16, определяется следующим образом, Время Т,, за которое напряжение на конденсаторе 9 изменяется от

Пв, до Бв„, определяется выражени-, ем т, п

0вх ="в „б откуда

uâ„ т=,e — ".

Uàõ>

Конденсатор 16 разряжается с постоянной времени ь2 =R C2 в течение време2 ни То- Т1. Напряжение на конденсаторе 16 за это время достигает величины т -т„

Ос, =(1о та 1л и

u, =uoe " .e . т и а

Обозначим U e через К и подставим значение Т, из формулы (1), тогда

"вх, u =ke с = о е„(0в 1

Ь)с, 1099287

Итак, когда Ugq Ugx на конденсаторе 15 фиксируется напряжение, равное отношению U»» к П „2 в степени »,„ /<,2. При 7,< = » 2 8õ<

5 ис =ко — ".

"ах

Рассмотрим работу oõåèû, когда

URx U8„ (фиг. 2 б). При разряде кони »» денсатора 9 вначале срабатывает нуль-орган 4 и запускает через элемент ИЛИ 17 формирователь 19. Срабатывает элемент И 18 и через эле мент ИЛИ-НЕ 20 размыкает ключ 6. Разряд конденсатора 9 прекращается.

В то же время элемент И 24 замыкает ключ 12, так как на всех его входах появляются логические единицы. Начинается разряд конденсатора 16. После окончания импульса на выходе формирователя 19 замыкается ключ 6 и разряд конденсатора 9 продолжается от напряжения Б»«, до напряжения U>

»» <

В это же время продолжается разряд конденсатора 16. Когда напряжение на конденсаторе 9 достигнет уровня

U срабатывает нуль-орган 3 и

Х< У через элемент И-НЕ 22 и элемент И 24 размыкает ключ 12. Разряд конденсатора 16 прекращается. Запуск формирователя 19 не происходит, так как на втором входе элемента ИЛИ 17— логическая единица с выхода нульоргана 4.

Таким образом, общее время разряда конденсатора 16 составляет To+T2.

Время Т, за которое напряжение на конденсаторе 9 изменяется от U>> до Уз,», определяется аналогично

Э тому, как это было сделано при определении времени T,,когда Ц „ > П „

-т <",<

U8x< =Увх2Е л л 1 63 откуда Т =», сп —— г= » 0„,, Напряжение на конденсаторе 16 к концу цикла работы имеет величину

T + Tq

П =П Е 2

С2 О

Преобразуем это выражение, вос 0 пользовавшись принятым ранее обозначением

Ue о о

У =Е,е т2/ Ь<

С2 О

Подставив в значение Т из формулы (2), получаем: 1 д„0В»2 "ВХ < 2

2 О

20 ". Сл ». 1 г

U B

Для », = напряжение U

2 С2 Об а:»2

Таким образом, при U»» ) U< нал< пряжение на конденсаторе 16 экспоненциально падает от уровня Uo за время

To T», а ПРИ ПВу2) Пвх< за вРе То+ТЕ, где Т< и Т2 — время экспоненциального падения напряжения на конденсаторе 9 от уровня большего входного напряжения до меньшего.

К концу цикла работы напряжение на конденсаторе 16 пропорционально

35 отношению двух входных напряжений, независимо от того, какое из них больше.

Таким образом, данное устройство ,позволяет измерить как отношение

40 большего напряжения к меньшему, так и наоборот.

3099287

1099287

ВНИИПИ Заказ 4367/38 Тирах 711 Пойлисиое

Филиал IHE "Патеит", г. Уигород, ул.Проектная,4