Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения

 

Изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной аппа ратуре по проверке прецизионных генеI ГУ 17 15 Л г г раторов пилообразного напряжения и токов, в аппаратуре по измерению фор мы и параметров периодических сигналов . Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения со держит блок (Б) 2 сравнения, формирующий Б 3, источник 4 опорного напряжения , элементы 5, 6, 25 задержки счетчики 7, 11, элементы И 8, 10, 20 21, генератор 9 опорных импульсов, триггеры 12,22, 23, вентильные группы 13, 14, Б 15, 16 сравнения кодов, регистры 17, 18 памяти, элемент ИЛИ 19, Б 24 вычисления и управления. Изобретение повышает быстродействие устройства. 1 ил. . . se (/) 8 f 16

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1 47043 А1 (51) 4 G 01 R 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В с

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3881235/24-21 (22) 23.01.85 (46) 23.10.87. Бюл. №- 39 (72) В.П.Улитенко, Р.В.Коровин, И.И.Ковтун и Е.В.Пугач (53) 621.317,75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 521530, кл. G Ol R 29/02, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 981903, кл. G 01 R 29/02, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ1БРЕНИЯ НЕЛИНЕЙ—

НОСТИ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре по проверке прецизионных генераторов пилообразного напряжения и токов, в аппаратуре по измерению формы и параметров периодических сигналов. Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения содержит блок (Б) 2 сравнения, форми— рующий Б 3, источник 4 опорного напряжения, элементы 5 6, 25 задержки, счетчики 7, 11, элементы И 8, 10, 20, 21, генератор 9 опорных импульсов, триггеры 12,22, 23, вентильные группы 13, 14, Б 15, 16 сравнения кодов, регистры 17, 18 памяти, элемент ИЛИ

19, Б 24 вычисления и управления.

Изобретение повьппает быстродействие устройства. 1 нп. 3

Изобретение относится к технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре по проверке прецизионных генераторов иило() образного напряжения и токов, в àïïàратуре по измерению формы и параметров периодических сигналов, в системах автоматики.

Цель изобретения — повышение быстро10 действия устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения нелинейности пилообразного напряжения. 15

Устройство содержит входную шину 1, блок 2 сравнения; формирующий блок 3, источник 4 опорного напряжения, первый и второй элемент 5 и 6 задержки, .первый счетчик 7, третий элемент И 8, 20 генератор 9 опорных импульсов, дополнительный элемент И 10, второй счетчик 11, дополнительный триггер 12, соответственно первые и вторые вентильные группы 13 и 14, блоки 15 и 16 25 сравнения кодов, регистры 17 и 18 памяти элемент ИЛИ 19, первый и второй элементы И 20 и 21, второй и первый триггеры 22 и 23, блок 24 вычисления и управления и третий элемент 25 за- 30 держки.

Вход 1 устройства подключен ко входам блока 2 сравнения и формирующего блока 3, выход блока 2 сравнения подключен, во-первых, к первому входу источника опорного 4 напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока 2 сравнения, а во-вторых, через последовательно соединенные элементы 5 и 6 задержки ко входу уста-40 новки в нуль счетчика 7, счетный вход которого через элемент И 8 соединен с выходом генератора 9 опорных импульсов и со входом элемента И 10, выход элемента И 10 через дополнитель-45 ный счетчик 11 подключен к дополнительному входу счетчика 7 и к первому входу триггера 12, второй вход которого соединен с выходом блока 2 сравнения, а выходы подключены ко вторым входам элементов И 8 и 10. Выходы разрядов счетчика 7 подключены ко входам вентильных групп 13 и 14, а также к первым входам блоков 15 и

16 сравнения кодов, при этом вторые входы блоков 15 сравнения кодов соединены с выходами вентильной группы

13 через регистр 17 памяти, а вторые входы блока 16 сравнения кодов соеди1347043 2 иены с выходами вентильной группы 14 через регистр 18 памяти, управляющий вход вентильной группы 14 через элемент ИЛИ 19, элемент И 20 подключен к выходу триггера 22, первый вход которого. соединен с выходом счетчика

11 а второй вход соединен с выходом схемы сравнения кодов 16, при этом второй вход элемента ИЛИ 19 через элемент И 21 соединен с выходом элемента 5 задержки и с выходов триггера 23, вход которого подключен к выходу элемента И 21, выход формирующего блока 3 подключен к первому входу блока 24 вычисления и управления, вторые и третьи входы которого соединены с выходами регистров 17 и 18 памяти, а выход подключен ко второму входу источника 4 опорного напряже ния и к третьим входам элементов И 8 и 10, управляющий вход вентильной группы 13 подключен к выходу блока 15 сравнения кодов через элемент 25 за— держки.

Источник опорного напряжения представляет собой по сути генератор ступенчато изменяющегося напряжения, напряжение на входе которого может скачкообразно увеличиваться на постоянную величину дБ . Увеличение это возможно только при наличии разрешающего сигнала на втором вхбде (входе, соединенном с блоком 24 вычитания и управления), при этом появление разрешающего сигнала на этом входе приводит к образованию

1 первой "ступеньки", а остальные приращения выходного напряжения на величину 6U осуществляются в результате воздействия коротких сигналов на первый вход источника 4 (вход, соединенный с выходом блока 2 сравнения), при этом каждый последующий сигнал увеличивает выходное напряжение на ту же величину ступеньки

При прекращении разрешающего сигнала на втором входе источника 4 его выходное напряжение достаточно быстро возвращается к исходной нулевой величине.

Счетчики 7 и 1! и регистры 17 и

18 памяти работают в одном и том же коде, наиболее удобном для работы блока вычисления и управления. При этом счетчик 7 фактически состоит из двух последовательно соединенных частей: меньшей, которая имеет ту же емкость, что и дополнительный счетчик

134

7043 кое же изменение, как и сигнал переполнения меньшей части счетчика 7. .Следовательно, в результате поступления на счетчик 7 импульса переполнения счетчика 11 весь счетчик 7 займет такое же состояние, какое было бы, если с момента начала заполнения счет чика 11 те же сигналы поступали на вход счетчика 7.

Блок 24 вычисления и управления выполняет две . функции: вычислительная функция сводится к нахождению числа К„= 2 ((Кд1 — Кш )/(Ê„+

+ К )j, где К,т и Кщ — соответственно коды регистров 17 и 18 памяти

Результат вычисления может быть представлен в вычислительной части блока

24 либо в виде соответствующего электрического кода, либо в виде числа на цифровом табло (выходы кода и цифровое индикаторное табло отдельными элементами схемы не показаны).

Вторая функция — функция управления в блоке 24 реализуется следующим образом: всякое пилообразное напряжение имеет два временных интервала— участок прямого хода с одним изменением напряжения (например, с возрастанием) и участок с обратным изменением напряжения (например, с убыванием). Этим двум изменениям на выходе формирующего блока 3 соответствуют две противоположные полярности сигнала например, положительная — участку с возрастанием напряжения, и отрицательная — участку с убыванием).

Управляющая часть блока 24 в течение существования на ее входе напряжения, соответствующего участку прямого хо-. да, вырабатывает на своем выходе сигнал разрешения для источника 4 опорного напряжения. После прекращения на ее входе этого напряжения управляющая часть дает команду вычислительной части на вычисление и представление результата и после использования кодов из регистров 17 и 18 памяти подает в устройство сигнал возврата в исходное состояние, которым счетчики 7 и ll и регистры 17 и

50

11, и большей. Выход переполнения меньшей части счетчика 7 подключен к счетному входу большей части этого счетчика совместно с дополнительным входом, который соединен с выходом счетчика 11. Поэтому сигнал переполнения счетчика 11 производит в состоянии большей части счетчика 7 та5

18 памяти обнуляются, а триггер 23 устанавливается в положение, при котором разрешающий потенциал на его выходе присутствует -(цепи этого сигнала не показаны).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии генератор 9 вырабатывает непрерывную последовательность коротких импульсов со стабильным периодом Т, источник опорного напряжения имеет на выходе нулевой потенциал, счетчики 7 и ll a также регистры 17 и 18 памяти обнулены. В результате наличия одинаковых нулевых кодов в счетчике 7 и регистрах 17 и 18 на выходах блоков 15 и

l6 сравнения кодов присутствуют сигналы: один, открывающий вентильную группу 13, и второй, ставящий триггер 22 в нулевое состояние, при котором на его выходе разрешающего потенциала нет. Триггер 23 находится в состоянии, при котором на элемент

И 21 подается разрешающий потенциал.

Положение триггера 12 в исходном состоянии не имеет значения, но для определенности примем, что он находится в таком состоянии, при котором на

его выходе, соединенном с элементом

И 8, разрешающий потенциал присутствует, а на выходе, соединенном с элементом И 10, такой потенциал отсутствует.

Работа устройства начинается автоматически с момента поступления на вход 1 начала исследуемого пилообразного напряжения. Это изменение входного напряжения поступает на формирующий блок 3, в результате чего Hà его выходе возникает сигнал определенной полярности, поступающий на первый вход блока 24 вычисления и управления. Под действием этого сигнала на выходе блока 24 появляется разрешающее напряжение, поступающее на источник 4 опорного напряжения и на элементы И 8 и 10. Под воздействием это—

ro напряжения источник 4 опорного напряжения скачком изменяет напряжение на своем выходе от нуля до hU элемент И 10 остается запертым отсутствием разрешающего сигнала на выходе триггера 12, а элемент И 8 открывается и импульсы образцового периода

Т с генератора 9 начинают поступать через элемент И 8 на счетный вход счетчика 7. Изменение состояния счет1347043

55 чика 7 приводит к прекращению сигналов на выходах блоков 15 и 16 сравнения кодов, однако наличие элемента

25 задержки приводит к тому; что изменение состояния счетчика 7 успевает через открытую вентильную группу

13 переписываться в регистр 17 памяти что вновь приводит к появлению сигна— ла на выходе блока 15 сравнения кодов. Прекращение сигнала на выходе блока 16 сравнения кодов состояния триггера 22 не изменяет.

Заполнение счетчика 7 с одновременной перезаписью его кода в регистр

17 памяти продолжается до гех пор, пока величина исследуемого пилообразного напряжения на входе 1 не сравняется со значением У на выходе источника 4 опорного напряжения, в результате чего на выходе блока 2 сравнения появляется сигнал.

Этот сигнал поступает, во-первых, на управляющий вход источника 4 опорного напряжения, выходное напряжение которого скачком увеличивается на ве— личину ЬП, и становится равным

2 йЦ, вновь превышающим мгновенное значение исследуемого пилообразного напряжения. Во-вторых, сигнал с выхода блока 2 сравнения поступает на соответствующий вход триггера 12, ко— торый перебрасывается, запирает элемент И 8 и открывает элемент И 10, в результате чего поступление импульсов на счетчик 7 прекращается, а на дополнительный счетчик 11, наоборот, начинается. В-третьих, сигнал с выхода блока 2 сравнения поступает на элемент 5 задержки, откуда, будучи задержанным на время, необходимое для окончательного установления состояния счетчика 7, поступает на элемен— ты И 20 и 21,и на вход установки нуля счетчика 7 через элемент 6 задержки.

Элемент И 20 остается к этому времени закрытым, поэтому сигнал на его выход не проходит, а элемент И 22, открытый с момента начала работы устройства, пропускает сигнал на свой выход, откуда он через элемент

ИЛИ 19 поступает на управляющий вход вентильной группы 14, в результате чего код счетчика 7 переписывается в регистр 18 памяти. Кроме того, сигнал с выхода элемента И 21 поступает на нулевой вход триггера 23, который переводится в нулевое состояние и снимает с элемента И 21 ра.зрешающий потенциал. И, наконец, сигнал с выхода элемента 5 задержки проходит через элемент 6 задержки и, будучи задержанным на время„ необходимое для уверенной перезаписи кода из счетчика 7 в регистр 18 памяти, поступает на вход установки нуля счетчика 7, который переводится в исходное нулевое состояние.

Таким образом, по окончании перевода счетчика в нуль, в обоих регистрах памяти оказывается записанным код количества импульсов, поступивших на счетчик 7 с момента начала исследуемого пилообразного напряжения до момента достижения этим напряжением величины bU . Счетчик 11 к этому моменту насчитал количество периодов

Т с момента достижения пилообразным напряжением величины 6U

В дальнейшем работа устройства осуществляется следующим образом.

Счетчик 7 и регистры 17 и 18 памяти сохраняют состояние, в котором они находились после перевода счетчика

7 в нуль, до тех пор, пока не переполнится дополнительный счетчик 11 и на его выходе не появится сигнал переполнения. Этот сигнал переполнения, во-первых, поступает на триггер

12 и переводит его в противоположное состояние, благодаря чему элемент

И 10 запирается, а элемент И 8 отпирается. Во-вторых, сигнал переполнения счетчика 11 поступает на дополнительный вход счетчика 7 и переводит его в состояние, в котором он был бы, если бы.он из нулевого состояния начал подсчитывать импульсы Т с момента появления импульса блока сравнения. И, наконец, в-третьих, импульс переполнения счетчика 11 поступает на единичный вход триггера 2.1и обеспечивает на его выходе разрешающее напряжение на элемент И 20.

Дальнейшая работа устройства основана на последовательной фиксации блоком 2 сравнения границ временных

HHTGpBBJIoB за которые исследуемое пилообразное напряжение изменяется на постоянную величину LU, преобразовании этих временных интервалов в код путем квантования их последовательностью импульсов с периодом Т и выделении кодой самого длинного и самого короткого из этих интервалов.

Если код текущего интервала больше кода, уже зафиксированного в регист1347043 жением

Кн где К„„, мальная крутизна пилообразного напряжения.

7 ре 17 памяти, то при достижении текущим кбдом счетчика 7 значения ко- да регистра 17, срабатывает блок 15 сравнения, и к моменту поступления очередного импульса на счетчик 7 вентильная группа 13 оказывается открытой, Поэтому новый (увеличенный) код счетчика 7 запишется в регистр 17 памяти раньше, чем вызванное расхождение кодов и задержанное в элементе

25 задержки отсутствие сигнала на выходе блока 15 сравнения кодов закроет вентильную группу 13. При дальнейшем увеличении кода счетчика 7 будет происходить подобная перезапись каждого увеличенного на единицу значения кода в регистр 17 памяти.

В свою очередь, при достижении текущим значением кода счетчика 7 значения кода регистра 18 срабатывает блок 16 сравнения кодов, сигнал которого поступает на нулевой вход триггера 22, переводя его в состояние, при котором элемент И 20 заперт. Следовательно, очередной импульс блока

2 сравнения, задержанный в элементе

5 задержки, не пройдет на управляющий вход вентильной группы 14 и код регистра 18 памяти останется неизменным.

Если код текущего интервала будет меньше кода уже зафиксированного в регистре 17 памяти, то до окончания этого интервала срабатывания блока

15 сравнения кодов не произойдет, вентильная группа 13 останется закрытой и код регистра 17 памяти останется неизменным.

В свою очередь, не произойдет срабатывания и блока 16 сравнения копов, благопаря чему тоиггер 22 останется в единичном состоянии, в котооое в начале текущего интервала он был перевелен импчльсом переполнения счетчика 1.1 и котооое обеспечивает оазоешаюшее напояжение на элементе И 20.

Поэтомч импульс блока 2 соавнения, задержавшись в элементе 5 задержки на время, необходимое пля чстановки состояния счетчика 7I чеоез элементы И 20 и ИЛИ 19 поступит на упоавляющий вход вентильной группы 14 и .. пеоепишет код счетчика 7 в регистр

18 памяти.

Таким образом, в момент окончания интеовала поямого хода пилообразного напряжения в регистре 17 памяти будет записан код самого большого из временных интервалов между срабатываниями блока сравнения, а в регистре

18 памяти — код самого короткого из временных интервалов.

Как известно, нелинейность пилооб.разного напряжения определяется выраМОКС K МНН макс + .мин и К „„ — соответственно максимальная и -миниdUñ

Но крутизна К

Э

20 где t — интервал времени, за который при данной крутизне К пилообразное напряжение изменится на dUс .

Поскольку аП постоянно, то К

25 =, 14 tì„„a K мнн = dUс tä „, °

Подставим в выражение (1) эти значеHHH К „а и К мн„, pa3peIIHM числи. Макс тель и знаменатель на AU, и после несложных преобразований получим выражение для К„ макс ttHNH

К вЂ” 2 н макс + t Мин

Коды, пропорциональные этим интерBaJIaM t маКс И С.,нН ЗаПИСаНЫ В регистрах 17 и 18 соответственно.

По окончании прямого хода пилообразного напряжения начинается обратный ход, в результате чего на выходе формирующего устройства 3 знак выходно40 го напряжения меняется на противоположный; под действием этого изменения знака блок 24 вычисления и управления снимает сигнал со своего выхода, в результате чего напряжение на

45 выходе источника 4 опорного напряжения падает до нуля и одновременно запираются элементы И 8 и 10. После использования для вычислений кодов регистров 17 и 18 блок управления возвращает в исходное положение счетчики 7 и 11, регистры 17 и 18 памяти, а также триггер 23.

Устройство готового к повторному измерению нелинейности пилообразного

55 напряжения

Формула изобретения

Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержащее источник опорного напряжения, Составитель Б.Антохин

Редактор FI.Åãoðîâà Техред А.Кравчук Корректор.A.Òÿñêî

Заказ 5118/45 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9. !3470 элемент ИЛИ, первый, второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, выходом соединенный с элементом ИЛИ через первый элемент И, другой вход

5 которого объединен с входом второго элемента И, о т,л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая вентильные группы, два блока l0 сравнения кодов, два регистра памяти и два счетчика, первый, второй и третий элементы эадержки, блок вычисления и управления, генератор опорных импульсов, формирующий блок, дополни- 1В тельные триггер и элемент И, блок сравнения, входом соединенный с входной шиной устройства и через формирующий блок — с первым входом блока вычисления и управления, а выход блока срав- 20 нения соединен с первыми входами источника опорного напряжения, дополнительного триггера и через последовательно соединенные первый и второй элемент задержки — с входом установки 25 первого счетчика, выходы разрядов которого подключены соответственно к входам вентильных групп и первым входам блоков сравнения кодов, вторые входы которых подключены соответственно 30 к выходам регистров памяти и второй и третьей группам входов блока вычисления и управления, входы регистров

43

10 соединены с выходами первой и второй вентильных групп соответственно, выход блока управления соединен с вторым входом источника опорного напряжения,. первыми входами дополнительного и третьего элементов И, вторые входы которых объединены с выходом генератора опорных импульсов, а третьи входы подключены к противоположным выходам дополнительного триггера, установочный вход которого объединен с дополнительным входом первого счетчика, выходом второго счетчика, входом соединенного с выходом дополнительного элемента И, и с вторым входом второго триггера, первый вход которого соединен с выходом второго блока сравнения кодов, выход первого блока сравнения кодов через третий элемент задержки подключен к входу управления первой вентильной группы, вход управления вентильной группы через элемент ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, первым входом. подключенного к выходу первого элемента задержки, а вторым — соединенным с выходом первого триггера, входом подключенного к выходу второго элемента И, выход источника опорного напряжения соединен с входом блока сравнения, счетный вход первого счетчика соединен с выходом третьего элемента И.