Широтно-импульсный преобразователь

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) (51) 4 Н 03 К 7/08

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

l1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l ) 3988403/24-21 (22 ) 09. 12. 85 (46) 29.02.88. Бюл. Ь 8 (72 ) А.И.Никонов, С.С.Байгускарова, P.Ô.ÑêoðHÿêîâà, А.Л.Шавалдин и В.М.Летучих (53) 621.376.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 721912, кл. Н 03 К 7/08, 15.03 ° 80 °

Авторское свидетельство СССР

Р 479242, кл. Н 03 К 7/08, 30,07 ° 75 ° (54 ) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57 ) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах преобразования: механических величин в электрические сигналы. Изобретение повышает надежность работы устройства путем исключения влияния ложных срабатываний компараторов на триггеры считывания и знака и обеспечивает расширение диапазона преобразования путем использования эон вблизи нуля и отрицательных выходных напряжений регулируемого трансформатора. В устройство дополнительно введены инвертор

3, компаратор 7, элементы 9 и 10 совпадений, элемент ИЛИ 12, формирователь 8 и триггер 11 знака. Кроме то-. го, устройство содержит задающий генератор 1, генератор 2 пилообразного тока, регулируемый трансформатор

4, блок 5 сравнения, компаратор 6, триггер 13 считывания. Обмотка 14 трансформатора размещена на основании П-образного подвижного конденса- Е тора 15, выполненного иэ ферромагнитного материала. Вторичная обмотка 17 трансформатора размещена на немагнитном основании 16. 2 ил, 1378037

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в устройствах преобразования механических величин в электрические сигналы.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем исключения влияния ложных срабатываний компараторов на триггеры считывания и знака, а также расширение диапазона преобразования путем использования эон вблизи нуля и отрицательных выходных напряжений регулируемого трансформатора.

На фиг. 1 приведена функциональная схема широтно-импульсного преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Широтно-импульсный преобразова20 тель содержит задающий генератор 1, генератор 2 пилообразного тока, инвертирующий усилитель 3, регулируемый трансформатор 4, блок сравнения г

5, содержащий компараторы 6, 7, фор- 25 мирователь 8, элементы 9, 10 совпадений, триггер 11 знака, элемент 12

ИЛИ, триггер 13 считывания, при этом выход задающего генератора 1 соединен с первым входом триггера 13 считывания, входом формирователя 8 и входом генератора 2 пилообразного тока, выход которого соединен с первым входом компаратора 6, входом инвертирующего усилителя 3 и входом регулируемого трансформатора 4, выход которого соединен с вторым входом компаратора 6 и первым входом компаратора 7, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя 3, выходы компараторов 6, 7 соединены с первыми входами элементов 9, 10 совпадений, вторые входы которых-соединены с выходом формирователя 8, а выходы — с входами триггера 11 знака и элемента ИЛИ; 45 выход которого соединен с вторым входом триггера 13 считывания, выход которого соединен с выходной шиной, а выход триггера 11 знака — с шиной знака. 50

Регулируемый трансформатор 4 может быть выполнен следующим образом.

Обмотка 14 возбуждения расположена на основании подвижного П-образного конденсора 15, выполненного иэ фер- 55 ромагнитпого материала и охватывающего немагнитное основание 16, на котором расположена вторичная обмотка

17, при этом вход регулируемого трансформатора 4 соединен с обмоткой 14 возбуждения, а выход — с вторичной обмоткой 17.

Формирователь 8 может быть выполнен в виде преобразователя короткого импульса в длинный, например на основе инверторов с НС-связью между ними, при этом длительность выходного импульса обеспечивается подбором параметров равной прямому ходу выходного напряжения генератора 2 пилообразного тока. Инвертирующий усилитель 3 может быть выполнен на основе операционного усилителя с отрицательной обратной связью.

Широтно-импульсный преобразователь работает следующим образом.

Подвижная часть конденсора 15 регулируемого трансформатора 4 перемещается на величину Х относительно но точки перекрещивания проводников вторичной обмотки 17, Знак величины

Х указывает, с какой стороны от точки перекрещивания проводников вторичной обмотки 17 осуществляется это перемещение, Выходные импульсы задающего генератора 1 запускают генератор 2 пило« образного тока, который вырабатывает пилообразный сигнал положительной полярности, который преобразуется инвертирующим усилителем 3 в пилообразный сигнал отрицательной полярности. Выходной ток генератора 2 пилообразного тока питает обмотку 14 возбуждения регулируемого трансформатора 4, на.вторичной обмотке 17 которого вырабатывается напряжение равное

I =SX,, =SX 9yk, (1)

4 "тджх где S — коэффициент пропорциональности, определяемый элементами регулируемого трансформатора 4, в частности углом между линейными проводниками (электрически не контактирующими между собой в точке перекрещивания Х=

=О) вторичной обмотки 17;

Х - координата положения конденсатора 15;

1 у — временная производная функции, описывающей выходной сигнал генератора 2 пилообразного тока; время.

1378037 (4) 50

На участке рабочего хода (б-Тр) внутри периода следования Т импульсов с выхода задающего генератора 1 величина у представляется пропор2 циональной зависимостью у=kt, если О t Тр, (2) где k=tgd, — крутизна нарастания выходного сигнала генератора 2 пилообразного то10 ка.

На участке обратного хода (Т -Т) величина у выражаетсь зависимостью следующего нида

Г3 у -Д(Т-t) если T (t<7 (3) д j.-J PP

При положительных значениях величины Х (левая часть временных диаграмм на фиг. 2) на участке рабочего

20 хода значения выходной величины регулируемого трансформатора 4 положительны, что подтверждается уравнением (1 ).

В начале каждого цикла преобразования (периода) выходной импульс задающего генератора 1 (фиг. 1 ) устанавливает триггер 13 считывания в единичное состояние и запускает формирователь 8. В момент времени Т, 30 когда происходит сравнение положительных выходных сигналов генератора

2 пилообразного тока и регулируемого трансформатора 4, срабатывает компаратор 6. 35

Длительность выходных импульсов формирователя 8, когда на его выходе подцерживается сигнал высокого (единичного) уровня, выбрана равной интервалу Т р рабочего хода гене- 40 ратора 2 пилообразного тока.

Поскольку формирователь 8 находится в единичном состоянии, сигнал сравнения с выхода компаратора 6 поступает через элемент 9. совпаде- 45 ний на нулевой вход триггера ll знака, а через элемент 12 ИЛИ на нулевой вход триггера 13 считывания. Таким образом, интервал 1 единичного

С1 состояния триггера 13 считывания определяется неличиной (абсолютной) . входного перемещения Х, нулевое сос-. тояние триггера 11 знака, сохраняющееся с предпествующих рассматриваемому ЦиклОВ преОбразОВания Опреде ляет положительность входного параметра, т.е. Обеспечивает однозначность выходной информации устройства.

В пределах периода Т на участке обратного хода блок 5 сравнения зафиксирует erne одно сравнение своих входных сигналон (сигналы у .в леной части диаграмм на фиг, 2 ): отрицательного, снимаемого с выхода инвертирующего усилителя 3; а также отрицательного, поступающего от регулируемого трансформатора 4 на указанном интервале (Т -i), и образуемого за счет дифференцирования спадающей зависимости (3): у = — „- < О, если Т -t c T

k Т

2 1-1 P

При отрицательных значениях величины Х на участке рабочего хода генератора 2 пилообразного тока срав" нение выходного сигнала регулируемого трансформатора 4 (у =Б Х у i 0 )

2 с инвертированным пилообразным сигналом у -у (правая часть времен3 2 ных диаграмм фиг. 2) происходит в момент времени Т, .

Поскольку выход формиронателя 8 на все время рабочего хода находится в единичном состоянии, сигнал срабатывания компаратора 7, фиксирующего это рабочее сравнение, свободно происходит через элемент 10 совпадений и элемент 12 ИЛИ на нулевой вход триггера 13 считывания, который переключается н единичное состояние выходными импульсами задающего генератора 1, а через элемент 10 совпадений - на единичный вход триггера 11 знака. Интервал Т, единичного состояния триггера 12 считывания, как и s первом случае, определяет абсолютную величину координаты перемещения Х: конденсора 15. Единичное состояние триггера 11 знака определяет знак "минус" считанной информации.

Нерабочие срабатывания компаратора 6 на участке обратного хода генератора 2 пилообразного тока (сигналы у в правой части диаграммы фиг.2) и в данном случае (т.е. когда X<0) ие влияют на состояния триггеров 11 и 13 знака и считывания, поскольку формирователь 8 во время обратного хода находится в нулевом состоянии, поэтому сигнал нерабочего срабатывания компаратора 6 через элемент 9 совпадений не проходит.

Таким образом, выходная информация устройства представляет собой

1378037 совокупность интервалов единичного состояния триггера 13 считывания„ длительность которых пропорциональна отклонению конденсора, 15 от нулевого положения (Х=О) в любом иэ направлений +Х, а также состояния триггера 11 знака (нулевого или единичного): нулевое состояние триггера

ll знака соответствует положительной координате Х, а единичное состояние триггера li знака — отрицательной координате Х.

При включении устройства состояния триггера 11 знака и триггера 13 считывания являются произвольными.

Состояние триггера ll знака начинает достоверно соответствовать поддиапазону (положительному Х)0 или отрицательному Х О) нахождения конденсора 15 после первого рабочего (на участке рабочего хода генератора 2):срабатывания блока 5 сравнения.

Выходная информация триггера 13 считывания о положении конденсора

15 внутри положительного или отри-цательного поддиапазона преобразования начинает становиться достоверной после поступления на его единичный вход первого выходного импульса задающего генератора l, Таким образом, введение в широтно-импульсный преобразователь новых узлов и связей позволило производить преобразование перемещения Х в обоих положениях конденсора относительно точки перекрещивания вторичной обмотки регулируемого трансформатора, что увеличивает вдвое общий диапазон преобразования. KpdMe того, устранение влияния нерабочих срабатываний компараторов на состояние триггеров знака и считывания увеличивает надежность работы устройства.

Формула изобретения

Широтно-импульсный преобразователь, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с первым входом триггера считывания и с входом генератора пилообразного тока, выход которого соединен с первым вхо15 дом первого компаратора и входом регулируемого трансформатора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, а выход триггера считывания соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразования и повышения надежности, в него дополнительно введены соединенные последовательно инвертирующий усилитель и второй компаратор, формирователь импульсов, два элемента совпадений, элемент ИЛИ и триггер знака, причем вход инвертирующего усилителя соединен с выходом генератора пилообразного тока, вторые входы компараторов объединены, а их выходы соединены с первыми входами элементов совпадений, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, а выхо35 ды - с соответствующими входами триг ° гера. знака и элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера считывания, вход формирователя соединен с выходом задающего

40 генератора, а выход триггера знака— с шиной знака.

1378037

У1

»е т т

Тса

Составитель Е.Борзов

Редактор О.Спесивых Техред M.Äèäûå КорректорС,Шекмар

Заказ 890/55

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4f5

« г

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