Преобразователь напряжения в длительность импульсов

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ, содержаний источник входного сигнала, задающий генератор напряжения прямоугольной формы, резистор , компаратор, блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора, суммирующий интегратор , выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной тиной непосредственно и через блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора - с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами источника входного сигнала и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а четвертый вход соединен с об-гщей щиной, отличающийся тем, что, с целью расииирения функцио1гальных i возможностей, в него введен логический элемент, (Л НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ или РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами компаратора и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а выход - с второй выходной шиной.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А (Ш НОЗM1 50 . 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3657815/24 — 21 (22) 31.10.83 (46) 15.04.85. Бюл. У 14 (72) И. И. Смилянский (71) Харьковский ордена Ленина полнтехническ)й институт им. В. И. Ленина (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Андреев, А. B. Квадратичный преобразователь напряжения в интервал времени интегрирующего типа. Межвузовский сборник научных трудов, вып. 12, "Цифровая измерительная техника", 1982, с. 110-114.

2. Мартяшин А. И., Шахов Э. К. и Шляндин В. М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения.

М., "Энергия", 1976, с. 62 (црототип). (4) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРД)КЕНИ11

В ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источник входного сигнала, задающий генератор иаиряжения прямоугольной формы, резистор, компаратор, блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора, суммирующий интегратор, выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной шиной непосредственно н через блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора — с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами источника. входного сигнала и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а четвертый вход соединен с об-.. щей шиной, о т л и и а ю шийся тем, что, с целью рас|пирения функциональных с е возможностей, в него введен логическии злемеит, НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ илн РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами компаратора и зада- С» ющего генератора напряжения прямоугольной формы, а выход — с второй выходной шиной.

1 115076

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике для построения цифровых приборов, измеряющих среднее и эффективное значения напряжения (тока), и мощности сигналов переменного и постоянного. тока, а также для построения различного рода функциональных преобразователеи.

Известен преобразователь напряжения в длительность импульсов, -. держащий два ин- 10 тегратора, два компаратора, два триггера, генератор опорной частоты, ключи 111.

Недостатком преобразователя является его сложность, Наиболее близким к предлагаемому являет- lg ся преобразователь напряжения в длительность импульсов, содержащий источник входного сигнала, задающий генератор, резистор, комнаратор, блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора, суммирукнций интегратор, выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной шиной и через блок стабилиэациш амплитуды напряжения компаратора с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами источника входного сигнала и задающего генера тора, а четвертый вход соединен с общей шиной (23.

Недостатком известного преобразователя является ограниченность функциональных возможностей, так как преобразователь позволяет производить только линейное преобразование входного сигнала в длительность импульсов. 35

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей преобразователя за счет получения выходного сигнала, длительность которого квадратично зависит от входного, Указанная цель достигается тем, что в

40 преобразователь напряжения в длительностьность импульсов, содержащий источники входного сигнала, задающий генератор напряжения прямоугольной формы, резистор, компаратор, блок стабилизации амплитуды

45 напряжения ком аратора, суммирующий интегратор, выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной шиной 0 непосредственно и через блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора — с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого срединены соответственно с выходами источника входного сигнала и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а четвертый вход сое. динен с общей шиной, введен логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ или РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый и второй входы кото- рого соединены соответственно с выходами компаратора и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а выход — с второй выходной шиной.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2— временные диаграммы работы.

Преобразователь содержит суммирующий интегратор 1, в состав которого входятреэисторы 2, 3 и 4, операционный усилитель 5, конденсатор 6, Выход суммирующего интегратора 1 подключен к неинвертируюшему входу компаратора 7, выход которого служит цервым выходом преобразователя, с линейной зависимостью между разностью длительностей выходных импульсов и входным сигналом, выход комнаратора 7 через блок 8 стабилизации амплитуды напряжения компаратора подключен к входному резистору 2 суммирующего интегратора 1 и непосредственно к первой выходной шине, к входному резистору 3 подключен источник 9 входного сигнала х(т), а к входному резистору 4 — выход задающего генератора 10 напряжения прямоугольной формы (меандр), выходы генератора 10 напряжения прямоугольной формы и комнаратора 7 подключены к входам логического элемента 11 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ или

РАВНОЗНАЧНОСТЬ, выход которого служит вторым выходом преобразователя, резисторы

2, 3 и 4 подключены к первому входу операционного усилителя 5, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход через конденсатор 6 соединен с его первым входом, выход суммирующего инвертора 1 через резистор 12 соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной.

Преобразователь работает следующим образом..

Для правильной работы преобразователя ток, поступающий в суммирующий интегратор 1 от задающего генератора 10, должен быть всегда больше суммы токов, поступающих от источника 9 и с выхода блока 8.

Если принять, что сопротивления резисторов

2, 3 и 4 равны„то указанное условие запишется в виде (U,l lU, l+ i (.<) I .

При выполнении этого условия направление изменения напряжения на суммирующем интеграторе 1 всегда определяется знаком напряжения задающего генератора 10, Зля упрощения анализа примем также, что входной сигнал x(t) является сигналом постоянного тока или, что эа время периода задающего

1150768

3 генератора Тг изменением напряжения входного сигнала можно пренебречь.

В момент времени, когда изменится знак напряжения генератора 10 с отрицательного на положительный (точка а на фиг .2), напряжение интегратора начинает уменьшаться по закону

+ "о "

Ц =0 " Е (,Ц!

» n RC

4 юг+00+ «

U,= 0 t (8) кс

В момент времени д, когда вновь произойдет нереключенне полярности задающего генератора 10, напряжение на интеграторе достигнет положительного максимума где Ог, О, — амплитуды напряжения на вы- 1О ходе задающего генератора 10 и блока 8;

0 . — напряжение на выходе интегра-, тора 1 в момент а;

R — сопротивление резисторов 2, 3 и 4 (приняты равными);

С вЂ” емкость конденсатора 6.

В момент времени»>" напряжение на интеграторе 1 достигает нулевого уровня, что вызывает переключение компаратора 7 из 20 уровня положительного насыщения до уровня отрицательного насыщения (напряженне на выходе блока 8 станет равным — U,).

Длительность интервала времени между моментами а и б определяем, приравняв нулю(2) 25 (1Ф г о

При переключении компаратора 7 напряжение на выходе суммирующего интегратора 1 30 становится отрицательным и продолжает уменьшаться, а скорость его изменения уменьшается г о () К моменту времени Ь, когда изменится знак напряжения, напряжение на интеграторе l достигает уровня

» Rg (2 > где Т вЂ” период задающего генератора 10.

С этого момента изменяется направление и скорость интегрирования

-0 -0 +«

В момент времени r напряжение U достигает нуля и компаратор 7 снова переключается до уровня положительного насыщения. 50

Интервал времени т находим, приравняв (6) нулю

Ф. xRC

-u -u ++x

r o

С момента времени г напряжение интегратора l становится положительным и продолжает

Ф увеличиваться по закону

В установившемся режиме значения амплитуд напряжения интегратора О „и U„ должФ ны быть равны. Приравняв значения О„в (3)" и U„s (9), получим соотношение

Ф., 0г-0 - x (,101

Т (2-1 0 +lj +x

Аналогично, приравнивая значения U в (5) и (7), получим

Т /2-t 0,.+Ue- « г г о (14)

u,-u, °

Из (10) и (11) определяем интервалы времени 11 и t3

Тг (О -«) г-!1а-«)

4 0 0

7 (О +x)(Q -{J +x)

4 >! U тг Tr

Иэ равенств — t + t и — t+ t

2 " 2 определяем длительности интервалов t и тч Т (0 +x)(U +Ц - x) о г о (1Ф)

2 4 "г Uо т, (U -x)(I>, ° x ° U ) г о

Разность длительностей импульсов на выход компаратора 7 равна

> х

e„=,"" =(+ )-(а «„)= ь1 л т.е. с выхода компаратора 7 снимают сигнал, длительность которого линейно зависит от входного сигнала.

На выходе логического элемента 11 за период Т задающего генератора 10 получают рвала t„ tz тэ

В интервалах времени t „и t выходной сигнал равен логическому нулю, а в интервалах t н t — логической единице. Разность длительностей этих интервалов равна

Ц -xt о

à= „ t- э+,-,г-2(<„.<э) г,„,g ц.

= Т вЂ” 1-— гц г ц

1150768 разность длительностей импульсов на выходе логического элемента 11 содержит составляющую, пропорциональную квадрату входного сигнала.

Таким образом, технико. зкономическим S преимуществом изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, постоянство цикла преобразователя, что значительно облегчает дальнейшее преобразование разности длительностей в цифровой код, а также отсутствие пропусков информа. ции о входном сигнале эа весь цикл преобразования.

В качестве базового объекта может быль выбран цифровои мультиметр типа Ф4852.

1150768

Составитель А. Татов

Техред Т. Яубиичак Корректор В. Бутяга

Редактор В. Ковтун

Заказ 2175/45 Тираж 872 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ПИП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 у+ а и У) й