Устройство для преобразования длительности импульсов в напряжение

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе автоматической стабилизации и при обработке частотных сигналов. Цель изобретения является повышение точности преоразования . Устройство для преобразования длительности импульсов в напряжение содержит первый формирователь, источник образцового напряжения, интегратор, первый ключ и фиксатор. Введение второго формирователя, источника разрядного напряжения, компаратора, второго и третьего ключей позволяет повысить точность преобразования длительности импульсов в напряжении. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

союэ советсиих социАлистических

РЕСПУБЛИК

А1 (1)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по иэоБ етениям и отнРытиям пРи Гкнт ссс (21) 4449352/24-21 (22) 12.05.88 (46) 23.07.90. Бюл. ¹ 27 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистическсй революции (72) Е.С. Белов, В ° В. Бирюков, С,П. Колесниченко, С.М. Пересада,, Н.Г. Попович и С.Г. Поляков (53) 621,317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 705364, кл. С 01 R 23/02, 1979, Авторское свидетельство СССР № 1226337, кл. G 01 R 25/00, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ В НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматической стабилизации при обработке частотных сигналов обратных связей для преобразования длительности импульсов в напряжение постоянного тока.

Целью изобретения является повышение точности преобразования длительности импульсов в напряжение.

На фиг.1 изображена функциональная электрическая схема устройства, на фиг.2 — диаграммы напряжений, характеризующие работу устройства.

Устройство содержит первый формирователь 1, второй формирователь 2, источник 3 образцового напряжения, источник 4 разрядного напряжения, первый 5, второй 6 и третий 7 ключи, интегратор 8, компаратор 9, фиксатор,„,Я0„, 1 58О280 (57) Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть использовано в системе автоматической стабилизации и при обработке частотных сигналов. Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Устройство для преобразования длительности импульсов в напряжение содержит первый формирователь, источник образцового напряжения, интегратор, первый ключ и фиксатор. Введение второго формирователя,.источника разрядного напряжения, компаратора, второго и третьего ключей позволяет повысить точность преобразования длительности импульсов в напряжение.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

10, при этом второй формирователь 2 содержит элемент И-НЕ 11 и одновибра-ор 12, выход первого формирователя 1 соединен с входом второго формирователя 2, первый выход которого соединен с управляющим входом второго ключа 6, второй выход — с управляющим входом первого ключа 5, третий выход — с управляющим входом фиксатора 10, вход которого соединен с выходом интегратора 8 и вторым входом ксмпаратора 9, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа 7, а первый вход — с входами второго и третьго ключей 6 и 7 и выходом источника 3 образцового напряжения, выходы первого 5, второго 6 и третьего 7 ключей соединены соответственно с первым, вторым и

1 третьим входами интегратора 8, а вы1580280 ход источника 4 разрядного напряжения соединен с входом первого ключа 5, вход формирователя 2 является первым его выходом и соединен с вхо5 дом одновибратора 12 и первым входом элемента И-НЕ 11, выход которого является вторым выходом второго формирователя 2, а второй вход соединен с выходом одновибратора 12 и является 10 третьим выходом второго формирователя 2, Устройство работает следующим образом.

Электрический периодический сигнал 15

f> период которого измеряется, поступает на вход первого формирователя 1, на выходе которого формируются . прямоугольные импульсы U »(t) со скважностью 0,5, изображенные на фиг.2, которые далее поступают на второй формирователь 2, управляющий работой ключей 5 и 6 и фиксатора 10. Проводимость ключей иллюстрируется на графиках (фиг.2) условными сигналами 25 и U для ключей 6 и 5 и Uзь<в для фиксатора. Высокий уровень сигналов соответствует замкнутому положению ключей, низкий — разомкнутому.

Положительным нарастающим фронтом 3(1 замыкается ключ 6. При этом источник 3 образцового напряжения подключается через ключ 6 к интегратору 8.

Интегратор 8 начинает интегрировать напряжение источника образцового напряжения 3 + Бэт с постоянной времени <. = RC, где R — сопротивление л между источником образцового напряжения и суммирующей точкой интегратора, а С вЂ” эталонная емкость в цепи обрат- 4п ной связи интегратора 8. Ключ 6 в соответствии с логической работой второго формирователя 2 удерживается во включенном состоянии в течение времени, соответствующего половине 5 периода Т входного периодического сигнала. При этом за время Т/2 напряжение на выходе интегратора 8 нарастает до значения, равного

Т 1 50

U=U U < о Эт (1) где U — напряжение в момент начао ла интегрирования.

По отрицательному перепаду U„ ключ 6 размыкается, и процесс интег- 55 рирования прекращается. Этим же фронтом U, во втором формирователе 2 формируется сигнал управления фиксатором 10 U Ä длительностью t Напряжение с выхода интегратора 8, пропорциональное периоду Т, в соответствии с (1) записывается и хранится фиксатором 10. Выходное напряжение фиксатора 10 имеет вид VÄ(t). По отрицательному фронту сигнала Uб бво быб втором формирователе 2 формируется запускающий импульс U ключа 5. Длительность этого импульса равна t»

Т вЂ” Т/2 — t . При замыкании ключа, 5 второй вход интегратора подключается к источнику 4 разрядного напряжения, имеющего выходное напряжение—

U<. Поскольку напряжение L и 0э имеют различные знаки, то начинается разряд интегратора по закону.! t

U U+U

Л! (2) л » где» = R С - постоянная разряда интегратора.

Значение резистора R по второму л< л входу выбирается из условия » « ь.

С учетом этого чсловия поопесс разряда будет продолжаться до тех пор, пока в действие не вступит схема ограничения интегратора 8, состоящая из элементов 7 и 9. Поскольку уровень ограничения задается напряжением U>,, то значение напряжения

U в (1) будет U = U . При поступлении следующего импульса О» процессы будут повторяться. С учетом равенства

U = U> выражение (1) представляется в виде

Т Т

U=-U -U — =U (1 — — -) (3) р э 2л 2 с„ л Тст

Если выбрать условие < = — - RC

2 где Т вЂ” период частоты, значение которой стабилизируется, то выходное напряжение U в точке стабилизации

Т = Т равно нулю и не зависит от нестабильности напряжения U> при

const. Физически данное условие означает, что изменение напряжения на выходе интегратора 8, обусловленное нестабильностью напряжения образцового источника 3 U> и накапливающееся в процессе интегрирования, будет скомпенсировано изменением начальных условий интегрирования По = Б з так, что на точность измерения это не окажет влияния, Необходимо отметить, что и при значениях Т Ф Тст данная схема

5 158 более эффективна, чем известные, поскольку отклонение 5U от образцового значения напряжения Б вызовет ошибку, равную

6U-U (1 ) (U +aU)(1 )

Т Т

2 (, > Э 2

Т

- -hU (1- — „)

2ь

Однако, учитывая, что в системах стабилизации 0,9 Т, б Т и 1,1 Т

«Т то величина (I — «2х) и 10,1, т.е.

2о!

О использовано в системах автоматического управления для обработки сигналов обратных связей с первичным представлением информации в виде периодического сигнала.

0280 6

U v U что приведет к очередному

8 э переключению компаратора 9 и включению ключа 7.

Таким образом, устройство поэьопяет с высокой степенью точности осуществить преобразование длительности импульсов в напряжение, обладает высокой стабильностью и может быть 0,1 a Ul, что на порядок выше, чем в известных системах.

Устройство прецизионного ограничения действует при положительных напряжениях интегратора и работает следующим образом.

При отрицательном напряжении на вывыходе интегратора 8 компаратор 9 находится в первом устойчивом состоянии и имеет на выходе нулевое напряжение, ключ 7 при этом разомкнут и не оказывает влияния на работу интегратора 8. Если на выходе интегратора 8 напряжение положительной полярности, но по величине меньше U, компаратор 9 по-прежнему находится в первом устойчивом положении, ключ 7 разомкнут и схема ограничения не влияет на работу интегратора 8. Как только положительное выходное напряжение интегратора 8 превысит задающее напряжение схемы ограничения U>

1 компаратор 9 переключится во второе устойчивое состояние с положительным выходным напряжением и этим замкнет ключ 7, который в свою очередь подключит третий вход интегратора 8 к источнику напряжения (по схеме к Бэ), который заставляет интегрировать интегратор 8 в противоположную сторону, поскольку напряжения U> и U имеют разные знаки. Необходимым условием работы данной схемы является дн и л И i, = R С <с ., где R — входное сопротивление по третьему входу. Уменьшение напряжения на выходе интегратора 8 приведет к переключению компаратора 9 в первое устойчивое положение, отключению ключа 7. Под действием напряжения — Up интегратор 8 будет стремиться увеличить положительное напряжение на выходе, однако при этом

3О

Формул а изобретения

1, Устройство для преобразования длительности импульсов в напряжение, содержащее первый формирователь; источник образцового напряжения, интегратор, первый ключ и фиксатор, вход которого соединен с выходом интегратора, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, вход которого соединен с выходом источника образцового напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второи преобразователь, источник разрядного напряжения, второй и третий ключи и компаратор, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, вход которого соединен с первым входом компаратора, выходом источника разрядного напряжения и входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго формирователя, а выход — с вторым входом интегратора, третий вход которого соединен с выходом третьего ключа, а выход — с вторым входом компаратора, выход первого формирователя соединен с входом второго формирователя, второй выход которого соединен с управляющим входом первого клича, а третий выход— с управляющим входом фиксатора.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что второй формирователь содержит элемент И-НЕ и одновибратор, вход которого является входом и первым выходом второго формирователя и соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход которого является вторым выходом второго формирователя, а вход — третьим выходом второго формирователя и соединен с вторым входом элемента И-НЕ и выходом одновибратора.

1580280

Составитель Е. Соловьев

Редактор С. Пекарь Техред N.Äèäûê Корректор С. Черни

Тираж 554

Заказ 2009

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101