Преобразователь экстремумов периодического сигнала в постоянное напряжение

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения амплитуды сигналов, максимального и минимального напряжений однополярных периодических сигналов любой полярности, максимального и минимального значений двухполярных периодических сигналов. Цель изобретения - повышение точности преобразования при малых уровнях входного сигнала. Полученный эффект достигается за счет введения в преобразователь дополнительных элементов и изменения алгоритмов функционирования преобразователя. Преобразователь содержит компаратор 1, RS-триггер 2, повторитель-инвертор 3, интегратор 4, источник 5 опорного напряжения, RS-триггер 6, компаратор 7, дифференцирующие элементы 8, 9, элементы И 10, 11, элемент 13 задержки, дифференцирующий элемент 14, элемент ИЛИ 15, первый и второй инверторы 16, 17, элементы 2-2И-ИЛИ 18, 19, элемент ИЛИ 20, блок 21 сброса, конденсатор 22, блок коммутации 23, третий инвертор 24. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701237/21, 4703656/21 (22) 25.04.89 (46) 30,08,91. Бюл. М 32 (72) M.È,Êóêóøêèí и М.И.Александров (53) 621.314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1233056, кл. 6 01 R 19/04, 1986.

Авторское свидетел ьство СССР t4 1442926, кл. G 01 R 19/04, 24,04,87. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭКСТРЕМУМОВ

ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА В ПОСТО.ЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

» Я3 1674002 А1 (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения амплитуды сигналов, максимального и минимального напряжений однополярных периодических сигналов любой полярности, максимального и минимального значений двухполярных периодических сигналов, Цель изобретения— повышение точности преобразования при малых уровнях входного сигнала, Полученный эффект достигается за счет введения в преобразователь дополнительных злемен1674002 тов и изменения алгоритмов функционирования преобразователя, Преобразователь содержит компаратор 1, RS-триггер 2, повторитель-инвертор 3, интегратор 4, источник 5 опорного напряжения, RS-триггер 6, компаратор 7, дифференцирующие элементы 8,9, элеИзобретение относится к импульсной технике и может использоваться для измерения амплитуды сигналов, максимального и минимального значения напряжения однополя рных периодических сигналов любой полярности, минимального и максимального значения напряжения двухполярных периодических сигналов.

Цель изобретения — повышение точности преобразования при малых уровнях входного сигнала.

На фиг.1 и 2 приведена функциональная схема преобразователя и примеры выполнения блока коммутации; на фиг.3 и 4— временные диаграммы работы преобразо-. вателя при преобразовании максимума и минимума сигналов напряжения.

Преобразователь (фиг.1 и 2) содержит компаратор 1, первый вход которого соединен со входом устройства, RS-триггер 2, повторитель-инвертор 3, выход которого соединен со входом интегратора 4, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора 1, источник опорного напряжения 5, подключенный ко входу повторителя-инвертора 3, RS-триггер 6, компаратор 7, дифференцирующий элемент 8, выход которого соединен с S-входом RS-триггера 6, дифференцирующий элемент 9, выход которого соединен с первыми входами элементов И 10 и 11, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами ВЯ-триггера 6, а выходы — со входами элемента ИЛИ 12, выход которого через последовательно соединенные элемент задержки 13 и дифференцирующий элемент 14 соединен с R-входом

RS-триггера 6, выход элемента И 10 также соединен с S-входом RS-триггера 2, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 15, выходи компараторов

1,7 соединены соответственно с входами инверторов 16 и 17 и первыми входами элементов 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ 18,19, выход элемента

2 — 2И вЂ” 2ИЛИ 18 соединен со входом дифференцирующего элемента 8 и со. вторым входом элемента ИЛИ 15, выход элемента

2 — 2И вЂ” 2ИЛИ 19 — со входом дифференцирументы И 10,11, элемент 13 задержки, дифференцирующий элемент 14, элемент

ИЛИ 15, первый и второй инверторы

16,17, элементы 2 — 2И вЂ” ИЛИ 18,19, элемент ИЛИ 20., блок 21 сброса, конденсатор 22, блок коммутации 23, третий инвертор 24. 1 ил, ющего элемента 9, выход элемента И 11 соединен с первым входом элемента ИЛИ

20, второй вход которого соединен.c выходом блока сброса 21, а выход — с R-.âõîäîì

RS-триггера 2, вход — с выходом компаратора 7, вход которого через конденсатор 22 подключен ко входу устройства, блок коммутации 23, второй выход которого соединен со вторыми входами первых элементов И элементов 2-2И-2ИЛ И 18,19, третий выход — со вторыми входами вторых элементов И элементов 2-2И вЂ” 2ИЛИ 18 и 19, инвертор 24, подключенный входом к вы- . ходу второго элемента ИЛИ 15, первый и второй входы блока коммутации 23 соответственно подключены к выходу второго элемента ИЛИ 15 и выходу третьего инвертора

24, а первый выход — к управляющему входу повторителя-инвертора 3.

Блок коммутации 23 (фиг.1) содержит резистор 25, инвертор 26, переключатель (ключ) 27, элемент 2 — 2И-2ИЛИ 28, причем выход элемента 2 —.2И вЂ” 2ИЛИ 28 является первым входом блока коммутации 23, первый вывод резистора 25 соединене с источником опорного напряжения, а первый вывод ключа 27 соединен с общей шиной, вторые выводы которых обьединены и соединены с входом инвертора 26, первым входом первого элемента И,элемента 22И вЂ” 2ИЛИ 28 и вторым выходом блока коммутации 23, выход инвертора 26 соединен с первым входом второго элемента И элемента 2-2И-2ИЛИ 28, третьим выходом блока коммутации 23, вторые входы первого и второго элементов И элемента 2-2И вЂ” 2ИЛИ 28 являются первым и вторым входом блока коммутации 23.

Блок коммутации 23 (фиг.2) содержит резистор 25, инвертор 26, соединенный переключатель 27, причем первый вывод переключателя 27 соединен с первым выводом резистора 25, входом инвертора 26 и является вторым выходом блока коммутации 23. второй вывод резистора 25 соединен с источником опорного напряжения, а второй вывод переключателя 27 — с общей шиной, третий, четвертый и пятый выводы пере15

1674002 ключателя 27 соединены соответственно с первым выходом, первым и вторым входами блока коммутации 23, а выход инвертора 26 — с третьим выходом блока коммутации 23, Преобразователь работает следующим образом.

Первоначально при отсутствии сигнала на входе (сигнал напряжения на входе равен нулю) компаратор 7 находится в одном устойчивом состоянии, а блок 21 сброса вырабатывает сигнал, соответствующий отсутствию сигнала с переменной составляющей, который через элемент 20 ИЛИ устанавливает RS-триггер 2 в устойчивое состояние. При этом нэ выходе RS-триггера

2 устанавливается сигнал, равный "0".

В зависимости от состояния сигналов блока коммутации 23 на выход элементов

2 — 2И вЂ” 2ИЛИ 18 и 19 проходит либо прямой сигнал, формируемый соответствующим компаратором 1 и 7, либо проинвертированный инверторами 16 и 17 сигнал от этих же компараторов 1 и 7. Далее сигнал Up проходит через повторитель-инвертор 3, знак коэффициента передачи которого определяется логическим уровнем на управляющем входе, что приводит к возрастанию либо уменьшению сигнала напряжения нэ выходе интегратора 4. При этом при превышении уровня сигнала над нулем компаратор 1 вырабатывает сигнал, который, пройдя через элемент 2-2И-2ИЛИ 18, элемент ИЛИ 15 и блок коммутации 23, переключает знак коэффициента передачи повторителя-инвертора 3, сигнал на выходе интегратора 4 начинает уменьшаться, что приводит к тому, что.он становится меньше нуля, и компаратор 1 перебрасывается, Сигнал с его выхода, пройдя по той же цепи, опять меняет знак коэффициента передачи повторителя-инвертора 3, и напряжение на выходе интегратора 4 начинает возрастать.

В устойчивом состоянии напряжение нэ выходе преобразователя совершает устойчивые колебания около нуля с частотой, определяемой в основном чувствительностью компэратора 1 и постоянной времени интегратора 4.

Рассмотрим подробно работу преобразователя в случае однополярного положительного сигнала напряжения с наложенной переменной составляющей (фиг.3 и 4) для режимов преобразования максимума и минимума.

Пусть на вход и реобраэователя подается сигнал положительной полярности с наложенной переменной составляющей, как показано на фиг.3а и 4а. Блок коммутации 23 установлен в положение преобракомпэратора 1, как показано на фиг,Зб, устанавливается "1" на все время превышения сигнала. Переменная составляющая входного сигнала через разделитель15 ный конденсатор 22 подается на вход вто20

30

5

55 зования максимума напряжения, При этом на его прямом выходе потенциал, соответствующий "1", а на инверсном — соответствующий "0".

Напряжение Uo больше нуля. При усло- вии "1" на управляющем входе повторителяинверторэ 3 коэффициент передачи имеет отрицательный знак.

Напряжение нэ выходе преобразователя приблизительно равно нулю. На выходе рого компарэтора 7, на выходе которого формируется последовательность импульсов, как показ-но нэ фиг.Зк. Далее сигналы с компарэторов 1 и 7 без инверсии проходят на выход элементов 2 — 2И вЂ” ИЛИ 18 и 19. При этом сигнал с элемента 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ 18 через элемент ИЛИ 15 и блок коммутации 23 устанавливает коэффициент передачи повторителя-инвертора 3, равный минус К.

Соответственно на вход интегратора 4 поступает сигнал отрицательного напряжения -KV««и напряжение U«; на выходе интегратора 4 начинает возрастать в течение всего времени, пока выполняется условие U» > Ок. Первый же передний фронт на выходе элемента 2 — 2И вЂ” ИЛИ 18 (фиг,Зб) дифференцируется дифференцирующим элементом 8 (фиг.Зг) и информация о факте выполнения условия Uex > «..«к записывается ««RS-триггер 6 (фиг.Зд), а по сигналу (фиг,Зм), формируемому по заднему фронту последовательности импульсов, на выходе элемента 2-2И вЂ” ИЛИ 19 (фиг,3n) через элемент И 10 информация переписывается в

RS-триггер 2. При этом на выходе устанэвливается сигнал "1" (фиг.Зз). В то же время этот же сигнал, пройдя через элемент ИЛИ

12 и задержанный элементом 13 задержки на время т, дифференцируется дифференцирующим элементом 14 и сбрасывает RSтриггер 6. Время задержки твыбирается из тех условий, что оно должно быть больше, чем длительность импульса, формируемого дифференцирующим элементом 9, чем исключается гонка фронтов импульсов на входах RS-триггеров 2 и 6. По заднему фронту следующего импульса с компараторэ 7 производится последующий опрос состояния

RS-триггера б, а так как переднего фронта больше не было, RS-триггер 6 остается в сброшенном состоянии, Тогда сигнал с элемента И 11, пройдя через элемент ИЛИ

20, сбросит HS-триггер 2 (фиг.Зз). Однако направление интегрирования останется за

1674002

20 счет сигнала, который проходит с компаратора 1 на второй вход элемента ИЛИ 15 через блок коммутации 23 (фиг.Зи) и возрастание Ок будет продолжаться. При достижении напряжением Ок минимальных значений напряжения на входе компаратор

1 начинает опрокидываться на каждый импульс наложенной переменной составляющей, если выполняется условие Ок«< Омак .

При этом данная информация последовательно по переднему фронту записывается в RS-триггер 6, а затем по заднему фронту информации переписывается в

RS-триггер 2 и, если выполняется условие

U«U a c, RS-триггер 2 не меняет своего состояния, а следовательно, продолжается возрастание напряжения Ок, как показано на фиг.За (пунктиром) и фиг.Зо. С момента, когда условие Ок < Огпмакс перестает выполняться, по первому же заданному фронту переменного сигнала RS-триггер 2 перебросится (фиг.Зз) и Ок (фиг.3o) начинает уменьшаться до момента, когда условие UK < Umw>mice выполнится.

Далее процесс повторяется, и в устой. и вом состоянии напряжение 0 s x = Ок совершает колебания около значения, равного Оудк входного сигнала.

Рассмотрим для этого же сигнала работу преобразователя в режиме преобразования минимума сигнала. При этом на грямом выходе блока коммутации 23 отенциала, соответствующий "0", а на инверсном — потенциал, соответствующий

"1". На выход первого и второго элементов

2-2И-ИЛИ 18 и 19 проходит проинвертированный coDTBBTcòâóþù ëìè инверторами l6 и 17 сигнал с компараторов 1.и 7, B на выход элемента 2 — 2И вЂ” ИЛИ 28 сигнал с инвертор

24, сигнал с элемента (фиг,4в) 2-2И вЂ” ИЛИ 18 подается на первый вход логического weмента ИЛИ уровнем 0", если выполняется условие Ь х > UK. С элемента 2 — 2И вЂ” ИЛИ 19 сип-, ал подается на дифференцирующий элемент 9, где формируется по заднему фронту последовательность импульсов (фиг,4м), 3тим же. импульсом RS-триггер 6 сбрасывается, так как на выходе элемента

2-2И вЂ” ИЛИ 18 не формируется импульс:, сигнал "0" проходит через элемент ИЛИ 20 (ф

15 формируется низкий потенциал, соответс-вуюций уровню "0", а на первом выходе блока коммутации 23 — высокий, при этом у повторителя-инвертора 3 устанавллвается коэффициент передачи -К, а на его выходе устанавливается сигнал КОо, и напряжение

Ок на выходе интегратора 4 начинает возра25

4Q

55 стать (фиг.4а, 4о), Процесс возрастания продолжается до тех пор, пока Ок не превысит величины Омин входного сигнала. При этом первый же импульс с компаратора

1, пройдя через инвертор 16 и элемент

2 — 2И-ИЛИ 18, продифференцированный дифференцирующим элементом 8, устэновит RS-триггер 6 и одновременно, пройдя через элемент ИЛИ 15, третий инвертор 24 и блок коммутации 23, изменит знак коэффициента передачи повторителя-инвертора 3, и напряжение на входе интегратора

4 (фиг.4н) изменит направление интегрирования, Напряжение Ок начинает уменьшаться (фиг.4а,4о). Как только поступлениесигналов с компаратора 1 прекращается, т.е, выполнится условие Uy. < Омно, сигналом

RS-триггера 6 (фиг.4з) изменится знак коэффициента передачи повторителя-инвертора 3, и напряжение Ок будет возрастать. В установившемся режиме напряжение Ок будет совершать колебания у величины напряжения, равного U>«<.

Аналогично преобразователь работает и при других формах сигналов автоматически, в зависимости от заданного режима преобразования, находя и преобразуя максимум либо минимум входного сигнала.

Формула изобретения

1. Преобразователь экстремумов периодического сигнала в постоянное напряжение, содержащий первый компаратор, первый вход которого соединен с входом устройства, первый RS-триггер, повторитель-инвертор, вход которого соедйнен с входом интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, источник опорного напряжения, подключенный к входу повторителя-инвертора, второй RS-триггер, второй компаратор, первый дифференцирующий элемент, выход которого соединен с S-входом второго

RS-триггера, второй дифференцирующий элемент, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго RS-триггера, а выходы — с входами первого элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные элементы задержки и третий дифференцирующий элемент соединен с R-входом второго RS-триггера, выход первого элемента И, кроме того, соединен с S-входом первого RS-триггера, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выходы первого и второгого компараторов соединены соответственно с входами первого и второго инверторов и первыми входа1674002

Фиг. 2 ми первых элементов И, первого и второго элементов 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ, выход первого элемента 2 — 2И-2ИЛИ соединен с входом первого дифференцирующего элемента и с вторым входом второго элемента ИЛИ, 5 выход второго элемента 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ вЂ” c входом второго дифференцирующего элемента, выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом 10 блока сброса, а выход — с R-входом первого

RS-триггера, вход блока сброса соединен с выходом второго компаратора, вход которого через конденсатор подключен к входу устройства, отличающийся тем, что, с 15 целью повышения точности преобразования при малых уровнях входного сигнала, дополнительно введен третий инвертор, подключенный входом к выходу второго элемента ИЛИ, блок коммутации, второй 20 выход которого соединен с вторыми входами первых элементов И первого и второго элементов 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ, третий выход — c вторыми входами вторых элементов И элементов 2-2И вЂ” ИЛИ, первый и второй входы 25 которого подключены к выходу второго элемента ИЛИ и к выходу третьего инвертора, а первый выход — к управляющему входу повторителя-инвертора, 2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю- .30 шийся тем, что блок коммутации содержит ключ, резистор, четвертый инвертор и третий элемент 2-2И-2ИЛИ, причем выход третьего элемента 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ является первым выходом блока коммутации, первый вывод резистора соединен с источником опорного напряжения, а первый вывод ключа соединен с общей шиной, вторые выводы которых объединены и соединены с входом четвертого инвертора, первым входом первого элемента И, третьего элемента

2-2И-2ИЛИ и вторым выходом блока коммутации, выход четвертого инвертора соединен с первым входом второго элемента И, третьего элемента 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ и третьим выходом блока коммутации, вторые входы первого и второго элементов И элемента

2-2И вЂ” 2ИЛИ являются первым и вторым входами блока, коммутации.

3. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок коммутации содержит сдвоенный перключатель, резистор и четвертый инвертор, причем первый вывод переключателя соединен с первым выводом резистора, входбм четвертого инвертора и является вторым выходом блока коммутации, второй вывод резистора соединен с источником опорного напряжения, а второй вывод переключателя — с общей шиной, третий, четвертый и пятый выводы переключателя соединены соответственно с первым выходом, первым и вторым входами блока коммутации, а выход четвертого инвертора — с третьим выходом блока коммутации.

i674002

1674002

Редактор Н.Горват

Заказ 2917 Тираж 397 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 MQ MV

Составитель А.Рафиков

Техред M.Ìîðråíòàë Корректор М.Пожо