Калибратор напряжения

 

.КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий источник опорного напряжения, выходом через последовательно соединенные первый ключ и первый резистор подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей щиной, а выход через второй ключ и последовательно соединенный с ним повторитель напряжения подключен к выходной клемме, последовательно соединенные третий ключ и второй резистор, включенные между выходной клеммой и инвертирующим входом операционного усилителя , интегрирующий конденсатор, одним из выводов подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, запоминающий конденсатор, одним из выводов подключенный к входу повторителя напряжения , счетчик импульсов, а также преобразователь кода во временной интервал, один из входов которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а первый, второй и третий выходы подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей калибратора напряжения, в него введены два коммутатора, блок памяти, дешифратор , а также N дополнительных интегрирующих конденсаторов, одним из выводов соединенных вместе и подключенных к инвертирующему входу операционного усилителя , и N дополнительных запоминающих конденсаторов, одним из выводов подключенных к входу повторителя напряжения, причем другие выводы каждого из интегрирую (Л щих конденсаторов через первый коммутатор подключены к выходу операционного усилителя, другие выводы каждого из запоминающих конденсаторов через второй коммутатор подключены к общей шине, управляющие входы обоих коммутаторов через дешифратор подключены к выходу счетчика импульсов, соединенного с первым входом со блока памяти, второй вход которого подсоединен к клемме для подключения источника управляющего сигнала, а выход подключен сх Х) к другому входу преобразователя кода во временной интервал, вторым выходом соедиto ненного с входом счетчика импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

m4 G05F 144

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3766008/24-07 (22) 03.07.84 (46) 15.11.85. Бюл. № 42 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) И. Ю. Сергеев, 1О. С. Шумков и И. Л. Зайцевский (53) 621.316.722. 1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 612218, кл. G 05 F 1/44, 1978.

Патент США № 3636458, кл. 328/151, 1972. (54) (57),КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий источник опорного напряжения, выходом через последовательно соединенные первый ключ и первый резистор подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход через второй ключ и последовательно соединенный с ним повторитель напряжения подключен к выходной клемме, последовательно соединенные третий ключ и второй резистор, включенные между выходной клеммой и инвертирующим входом операционного усилителя, интегрирующий конденсатор, одним из выводов подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, запоминающий конденсатор, одним из выводов подключенный к входу повторителя напря„„SU„„1191892 А жения, счетчик импульсов, а также преобразователь кода во временной интервал, один из входов которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а первый, второй и третий выходы подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей калибратора напряжения, в него введены два коммутатора, блок памяти, дешифратор, а также N дополнительных интегрирующих конденсаторов, одним из выводов соединенных вместе и подключенных к инвертирующему входу операционного усилителя, и N дополнительных запоминающих конденсаторов, одним из выводов подключенных к входу повторителя напряжения, при-,р

С2 чем другие выводы каждого из интегрирующих конденсаторов через первый коммутатор подключены к выходу операционного усилителя, другие выводы каждого из запоминающих конденсаторов через второй коммутатор подключены к общей шине, уп- ф равляющие входы обоих коммутаторов через дешифратор подключены к выходу счетчика импульсов, соединенного с первым входом блока памяти, второй вход которого подсоединен к клемме для подключения источника управляющего сигнала, а выход подключен к другому входу преобразователя кода во временной интервал, вторым выходом соединенного с входом счетчика импульсов.

ЬР

1191892

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к калибраторам переменного напряжения, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля и управления.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей калибратора напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого калибратора напряжения; на фиг. 2 — преобразователь кода во временной интервал; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Калибратор напряжения содержит источник 1 опорного напряжения, выходом через последовательно соединенные первый ключ 2 и первый резистор 3 подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя 4, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход — через второй ключ 5 и повторитель 6 напряжения под- о ключен к выходной клемме 7 устройства, цепь обратной связи, выполненную в виде последовательно соединенных второго резистора 8 и третьего ключа 9, включенную между инвертирующим входом операционного усилителя 4 и выходной клеммой 7, интегрирующие конденсаторы 10, одним из выводов соединенные вместе и подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя 4, а другими выводами через первый коммутатор 11 подключенные к выходу операционного усилителя 4, запоминающие конденсаторы 12, одним из выводов соединенные вместе и подключенные к входу повторителя 6 напряжения, а другими выводами через второй коммутатор 13 подключенные к общей шине, а также преобразователь 14 кода во временной интервал, первым входом подключенный к выходу генератора 15 опорной частоты, вторым входом — к выходу блока 16 памяти, а первым, вторым и третьим выходами — к управляю- 40 щим входам ключей 2,5 и 9 соответственно, счетчик 17 импульсов, вход которого соединен с вторым выходом преобразователя

14, а выход — с входом дешифратора 18, выходами подключенного к управляющим входам коммутаторов 11 и 13, и с первым входом блока 16 памяти, второй вход которого подсоединен к клемме 19 для подключения источника управляющего сигнала.

Преобразователь 14 кода во временной интервал (фиг. 2) содержит счетчик 20 импульсов, схемы 21 и 22 сравнения кодов, дешифратор 23, триггеры 24 и 25, а также элемент И 26.

Калибратор напряжения работает циклично. B каждом цикле происходит формирование отдельных ступенек выходного ку- 55 сочно-ступенчатого аппроксимированного сигнала калибратора (фиг. За) . Длительность циклов, определяемая длительностью отдельных участков аппроксимации формируемого сигнала, задается импульсами цикла (ф г. Зг), которые формируются преобразователем 14 кода во временной интервал.

Импульсы цикла с второго выхода преобразователя 14 подаются на управляющий вход ключа 5, а также на счетный вход счетчика 17 импульсов и по заднему фронту изменяют его состояние. Счетчик 17 подсчитывает циклы и выходным кодом осуществляет последовательную адресацию ячеек памяти блока 16, а также через дешифратор

18 управляет коммутаторами 11 и 13, с помощью которых происходит поочередное подключение интегрирующих 10 и запоминающих 12 конденсаторов к выходу операционного усилителя 4 и к общей шине соответственно.

В блок 16 памяти, представляющий собой оперативное, постоянное либо перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, предварительно занесен набор кодов, задающих значения ординат и длительностей отдельных ступенек кусочноступенчатого аппроксимированного сигнала, формируемого на выходе калибратора. Запись информации в ячейки памяти блока 16 производится по его входу записи (при использовании постоянных запоминающих устройств этот вход отсутствует, а информация о форме сигнала, т.е. «защита» хранится в нем постоянно), подключенному к клемме 19, от внешнего источника управляющего сигнала например, программным путем.

При подключении запоминающих конденсаторов 12 к общей шине напряжение, запомненное на них, последовательно считывается и через повторитель 6 напряжения, имеющий высокое входное сопротивление, поступает на выходную клемму 7 калибратора, где периодически повторяющимися циклами происходит развертка формируемого на выходе калибратора переменного напряжения (фиг. За). При задании адреса ячеек памяти блока 16 коды установки ординат и длительностей отдельных ступенек, определяющие мгновенные значения формируемого на выходе калибратора переменного напряжения, последовательно считываются, поступают на первый вход преобразователя 14 кода во временной интервал, на второй вход которого подаются тактовые импульсы опорной частоты, и преобразуются в пропорциональные этим кодам интерf валы времени. Интервалы времени Т = ТОМ„. (фиг. Зб), формируемые на первом выходе преобразователя 14 в виде импульсов управления ключом 2, пропорциональны кодам N;

1 установки значений ординат кусочно-ступенчатой аппроксимированной кривой, где

Т вЂ” период следования импульсов опорной частоты; i — номер аппроксимирующей ступеньки, и задают длительность импульсов выборок опорного эталонного напряжения

1191892 источника 1, формируемых при помощи ключа 2. Интервалы времени T, "= TpN„между короткими по длительности импульсами цикла (фиг. Зг), формируемые на втором выходе преобразователя 14, задают длительность отдельных ступенек аппроксимированф ной кривой, где N,. — код установки длительности ступенек. На третьем выходе преобразователя 14 синхронно с Т; формируются импульсы управления ключом 9 постоянной длительности Т" = ТОМ„где No — некоторое постоянное число, которые задают длительность импульсов выборок выходного напряжения калибратора, образующих сигнал обратной связи (фиг. Зв) с выхода калибратора. Импульсы выборок опорного эталонного напряжения, имеющие заданную вольт-секундную площадь, а также импульсы выборок выходного напряжения калибратора через резисторы 3 и 8 соответственно подаются на ин верти рующий вход операционного усилителя 4, в цепь обратной связи которого включен один из интегрирующих конденсаторов 10. Причем при формировании i-й ступеньки выходного сигнала калибратора, когда происходит считывание напряжения с i-го запоминающего конденсатора 12, в цепь обратной связи усилителя 4 с помощью коммутатора 11 включается i-й интегрирующий конденсатор 10, а интервалы времени управления ключами 2

I f1< и 5 соответственно равны Т„и Т;. Сигналы выборок опорного и выходного напряжений калибратора интегрируются на i-м конденсаторе 10, причем изменение напряжения на конденсаторе 10 под действием этих сигналов, имеющих разную полярность, противоположны по знаку. В результате íà i-м интегрирующем конденсаторе 10 происходит сравнение вольт-секундных площадей импульсов выборок опорного и выходного напряжений калибратора, формируется корректирующая .поправка, пропорциональная разности вольт-секундных площадей этих выборок, и вводится в результат интегрирования разностного сигнала, образованного выборками опорного и выходного напряжений при формировании i-й его аппроксимирующей ступеньки за предыдущие периоды развертки выходного сигнала калибратора.

Скорректированное по значению напряжение, образованное на i-м интегрирующем конденсаторе 10, по окончании i-й ступеньки выходного сигнала с приводом на управляющий вход ключа 5 короткого по длительности импульса цикла (фиг. Зг) переписывается на i-й конденсатор 12 и запоминается, после чего состояние счетчика 17 импульсов изменяется, i-й конденсатор 12 отключается от общей шины и происходит формирование следующей ступеньки выходного сигнала. Скорректированное по значению напряжение запоминается на i-м конденсаторе 12 на время, равное длительности одного периода развертки Т формируемого на выходе калибратора сигнала, и в следующем периоде с началом формирования соответствующий этому напряжению i-й ступеньки считывается и через повторитель 6 напряжения подается на выходную клемму 7, где и происходит отработка сформированной в предыдущем периоде корректирующей поправки, à íà i-м участке выходного сигнала калибратора при этом устанавливается более точное по значению напряжение.

Таким образом, формирование корректирующей поправки и ее отработка происходят при формировании одной и той же ступеньки выходного сигнала калибратора.

Причем формирование поправки происходит в одном периоде развертки выходного сигнала, а ее отработка — в следующем.

При этом конечное время, с которым происходит установление выходного напряжения калибратора, (в отличие от известных устройств) не влияет на точность обработки отдельных мгновенных значений формируемого на выходе калибратора переменного напряжения на каждом участке его аппроксимации.

Процесс установления выходного напряжения калибратора носит итерационный характер и осуществляется за несколько периодов развертки формируемого переменного напряжения. Через m периодов мгновенные

30 значения выходного напряжения калибратора становятся равными ! (1)

1с1 5=1 где Е, — значение опорного эталонного на35 пряжения источника 1;

i — номер участка аппроксимации формируемого сигнала (i = 1, 2, 3, ..., п);

U<„— начальное напряжение íà i-м конденсаторе 10 перед началом первого периода развертки формируемого сигнала;

1 — номер периода развертки (1 = 1, 2, 3,...,m);

Н

45 q,==1 — Т/К С,", R, R — сопротивления резисторов 3 и 8 соответственно;

C — емкость i-го конденсатора 10.

Выражение (1) представляет собой сумму m членов геометрической прогрессии, сходящейся при условии /©/(1, при этом же условии член Usia, убывает. В установившемся режиме при достаточно большом m происходит уравновешивание вольтсекундных площадей импульсов выборок

55 опорного и выходного напряжений калибратора, сигнал поправки при этом стремитмя к нулю, а мгновенные значения формируемого на выходе калибратора переменно1191892 го напряжения на каждом участке его аппроксимации устанавливаются равными

E т КР E N

1 1 8

ОТп 3 К 83

1 1 т.е. определяются отношением двух заданных кодом временных интервалов и не зависят от нестабильности коэффициента передачи цепи, образованной блоками 4, 5, 6, 10, 11, 12 и 13 охваченной обратной связью по мгновенным значениям сформированного на выходе калибратора переменного напряжения в моменты взятия выборок из этого напряжения.

При поочередном интегрировании импульсов выборок опорного и выходного напряжений калибратора, что приводит к увеличению минимальной длительности отдельных участков аппроксимации формируемого сигнала, возможно применение одного неточного хронирующего резистора (вместо двух точных 3 и 8), а мгновенные значения формируемого на выходе калибратора переменного напряжения равны

1-)i Eo oT Eo g т.е. определяются только отношением двух временных интервалов, умноженным на значение опорного эталонного напряжения.

Преобразователь 14 кода во временной интервал (фиг. 2) работает следующим образом.

Тактовые импульсы опорной частоты с выхода генератора 15 опорной частоты поступают на счетный вход счетчика 20 импульсов а также на один из входов элемента И 26.

С началом каждого цикла преобразования код счетчика 20 сбрасывается и в него записывается единица, а триггеры 24 и 25 устанавливаются в единичное состояние.

Код счетчика 20, подсчитывающего в течение каждого цикла тактовые импульсы генератора 15, изменяется и поступает на первые группы входов схем 21 и 22 сравнения кодов, на вторые группы входов которых подаются соответственно код N> установки

lll ординаты и код N; установки длительности формируемой в данном цикле ступеньки выходного сигнала калибратора, считанные с блока 16 памяти. При превыше( нии кодом счетчика 20 Ni т.е. с приводом

И; тактовых импульсов на счетный вход счетчика 20, срабатывает схема 22 сравнения кодов и устанавливает в нулевое состояние триггер 25. Сравнение кодов схемой 22 происходит по принципу «больше». При превышении кодом счетчика 20 No где No

15 некоторое постоянное число, срабатывает дешифратор 23 и устанавливает в нулевое состояние триггер 24. При этом на выходах триггеров 25 и 24 формируются интервалы времени соответственно Т; = ТОМ;1 и T""==

= T

И1 равным Ni . При этом срабатывает схема 21 сравнения кодов, устанавливающая равенство кодов, и разпешает прохождение через элемент И 26 Ni -го тактового импульса с генератора 15, который поступает на входы установки в состояние «1» триггеров 24 и 25, а также на вход предустановки счетчика 20 импульсов и устанавливает их в исходное

ЗО состояние. При этом код счетчика 20 сбрасывается, в него записывается единица, а на выходе схемы 21 сравнения кодов формируется короткий по длительности (Т,) импульс конца цикла, который поступает на управляющий вход ключа 5, а также на счетный вход счетчика 17 и своим задним фронтом задает длительность формируемой в данном цикле ступеньки выходного сигнала калибратора. Далее начинается следующий цикл преобразования.

1191892

iVynp

0m

Хо

Л/уар

1191892

Составитель С. Чернышева

Редактор И. Рыбченко Техред И. Верес . Корректор М. Максимншинец

Заказ 7157!45 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП сПатент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4