Преобразователь напряжения в интервал времени

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при создании точных АЦП постоянного и переменного тока, а также в устройствах первичной обработки . информации. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в извест - ный преобразователь напряжения в интерв ал времени введены операционный усилитель 5, источник опорного тока 6, четыре резистора, а источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне 7. 2 ил. (С (Л 00 СХ) СХ5 со 00 о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 6 А1 (11 4 Н 03 М 1/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4147830/24-24 (22) 18.11.86 (46) 15,04.88. Бкл. У 14 (71) Пензенский политехнический институт (72) В. Д. Михотин, П. П. Першенков, С. Б. Шахов и В. M. Шляндин (53) 681.328(088.8) (56) Прянишников В. А. Интегрирующие, цифровые вольтметры. Л.: Энергия, 1976, с. 49-56.

Мертяшин А, И., Шахов Э. К., Шляндин В. М. Преобразователи элекю тромеханических параметров для систем контроля и измерения. М,: Энергия, 1976, с. 58, рис. 2-5. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В

ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ (57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники и мо" жет быть использовано при создании точных АЦП постоянного и переменного тока, а также в устройствах первичной обработки. информации. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в извест ный преобразователь напряжения в интервал времени введены операционный усилитель 5, источник опорного то" ка 6, четыре резистора, а источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне 7. 2 ил.

1388986

V V R +R

f R4

Ч зи > о +1 (2) Тогда при одновременном воздействии двух источников (входного U, и опорного V ) нетрудно получить выражения для напряжения в точках С и Р:

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании точных ЛЦП постоянного и переменного тока, а

5 также в устройствах первичной обработки информации, в составе ИИС и

ИВК.

Целью изобретения является повышение точности. 1I0

На фиг. 1 представлена схема пре" образователя напряжения в интервал времени (ПНВ); на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

ПНВ содержит четыре резистора 1-4, 15

I операционный усилитель 5, источник. 6 ( опорного тока, стабилитрон 7, переключатель 8, интегратор 9, сравнивающее устройство 10 и источник 11 порогового напряжения. 20

Рассмотрим работу ПНВ.

Операционный усилитель 5, резисто ры 3 и 4, стабилитрон 7 и источник 6 тока представляют собой формирователь опорного. напряжения V, осуществля- 25 ющий одновременно суммирование (вычитание) входного Ч „ и опорного Ч напряжений, причем в этом случае используется одно опорное напряжение, формируемое стабилитроном 7.

Источник 6 тока служит для задания тока через стабилитрон 7..

Рассмотрим случай, когда R =- сю, а К О. Это вполне допустимо, т.к. резйсторы l и 2 служат только для масштабного преобразования входного сигнала при преобразовании сигналов малого уровня и принципиальной роли в формировании суммы и разности опорного и входного напряжений не игра.ют. В этом случае в точке В (фиг. 1) напряжение равно Ч», т.к. операцион" ный усилитель 5 охвачен отрицательной обратной связью. Очевидно, что при

V» =Î.:напряжения в точках С и D относительно общей шины ("земли") опре45 деляются как

Rs

Ч Ч+ Ч-- — - ° с» о1 +В

3 4 (3) R4

V=V-Ч- —— >» eR+R 9

4 (4) или, если R К4 и ток через стаби" литрон существенно больше. тока через

R и R4, то получим (5) Ч,= V„+ 0,5Ч,;

Vs V„- О,5Ч (6) Таким образом, на выходе рассмот" ренной схемы мы получаем.два нап» ряжения, одно из которых равно сумме преобразуемого и опорного напряжений (5), а другое их разности (6).

Как уже отмечалось, резисторы 1 и

2 введены в схему для того, чтобы иметь возможность для дополнительных средств усиливать входной сигнал U

Действительно, если сделать R,4 оо и К О, то мы получим возможность регулировать коэффициент передачи U на выход схемы. Можно показать, что в этом случае напряжение в точках С и D будут определяться выражениями

R2 R3 R 9

V -v 1+ — + --(1- — — -) + с» В, Я В

V,Ry

+ « ° (7) 4 а

Вз (8)

Ц + 4

Сформированные подобным образом напряжения (5), (6) или (7), (8) подаются через переключатель 8 на вход интегратора 9.

Пусть в первоначальный момент переключатель 8 находится в нижнем положении и на вход интегратора 9 подается разность входного U è опорного V напряжений, а так как значение V выбирается таким образом, чтобы оно превосходило максимально допустимое значение Ч„, то выходное напряжение интегратора 9 (при данной схеме его построения) будет линейно увеличиваться (фиг. 2), Это первый такт работы ПНВ, в течение которого пороговое напряжение Ч„ положительно. В момент равенства выходного напряжения интегратора 9 и V ñðà" батывает сравнивающее устройство 1О, изменяется полярность напряжения на

его выходе (фиг. 2) и, соответствен1388986

V — Т 27

< < << У (9) +т m 2 .

С (10)

25 где V u V - напряжения на входе интегратора в первом и втором циклах, в общем случае определяе-мое выражениями (8) и (7);

Г = RC - постоянная интегрирования.

Принимая К. =14=К, подставив в уравнения (9) и (8) значение V u V из (8) и (7) и решая эти уравнения относительно (Т "Т ), получим следующее выражение:

35 т -т )= 2 — (т +т ) (1+ — + — — ). (Va R2 R

Vо < R 2К< (11)

Если мы производим оценку результата преобразования за некоторое фиксированное время Т» в котоРое ук ладывается и малых циклов (Т<+Т ) < то окончательное выражение для функции преобразования будет иметь вид

45

« х д „ -, >. (т,. < -т, ) -2 -"-т, к, (1 2 )

i где i - целое число;

Км (1+Ré/R<

+ R/ R<) табный коэффициент, К 1 при К< =оо.

Преимущества предлагаемого устрой"

55 ства следующие.

Во-первых, данный ПНВ обеспечивает более высокую точность, т,к, в но, полярность порогового напряжения на - V Кроме того, переключатель

8 подключает на вход интегратора 9 сумму входного и опорного напряжений. Начинается второй такт работы

ПНВ, в течение которого напряжение на выходе интегратора линейно изменяется в противоположную сторону, пока не будет равно - V„ . 8Ho срабатывает сравнивающее устройство 10, изменяется полярность его выходного

1 напряжения, полярность порогового напряжения, и переключатель переводится в нижнее положение. Далее цикл повторяется.

В течение первого Т, и второго Т тактов преобразования выходное напряжение интегратора описывается следующими уравнениями: 20 нем используется только один источник опорного напряжения, что принципиально невозможно во всех известных аналогичных схемах.

Во-вторых, в данном ПНВ нет необходимости выдерживать равенство постоянных времени, т.к. используется одновходовой интегратор. Это стало возможно благодаря тому, что формирование суммы (разности) входного и опорного напряжений происходит до интегратора, что также выгодно отличает данный ПНВ от аналогичных устройств.

И, наконец, в данном ПНВ введением двух резисторов или резистивной матрицы (если необходимо иметь несколько масштабных коэффициентов) обеспечивается требуемое (масштабированное) усиление входного сигнала. Формула изобретения

Преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход — с первым входом сравнивающего устройства, второй вход которого подключен к выходу источника порогового напряжения, выход сравнивающего устройства является выходной шиной и соединен с входом источника порогового напряжения и управляющим входом переключателя, первый и второй информационные входы которого соедине" ны соответственно с первым и вторым выходами источника опорного напря" жения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены операционный усилитель, источник опорного тока, четыре резистора, а источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне, причем неинвертирующий вход операционного усилителя является входной шиной, а инвертирующий вход соединен через первый резистор с общей шиной и через второй резистор - с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с катодом стабилитрона, выходом источника опорного тока и является первым выходом источника опорного напряжения, а второй вывод четвертого резистора соединен с выходом операционного усилителя, анадом стабилитрона и является вторым выходом источника опорного на" пряжения.! 388986

Составитель Н. Козлов

Техред Л.Олийнык Корректор Г, Решетник

Редактор М. Циткина

» ° »«

Заказ )585/56 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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