Функциональный преобразователь

 

Функциональный преобразователь относится к измерительной технике и может быть использован при построении систем автоматизированного контроля. Сущность изобретения: функциональный преобразователь содержит операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, два коммутатора , две группы запоминающих конденсаторов , блок выборки-хранения, блок управления. 1 ил.

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 6 06 G 7/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811459/24 (22) 09.04.90 (46) 30.10,92. Бюл, N 40 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) И. Ю, Сергеев, M. Ю. Парамонов, А.В,Парамонова,НЗ.А.Двораковский (SU) и

А. С. Юссеф (SY} (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1191892, кл. G 05 Е 1/44, 1985, Авторское свидетельства СССР (положит, решение по з-ке № 4609227/24, 6

Сб G 7/26, 1938 г.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, в частности, к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем.

Известны функциональные преобразователи, используемые в информационно-измерительной технике (см., например, авт. свидетельство СССР №И 661525, G 05 F

1/44, 1979 г„1191892, G 05 F 1/44, 1985 r.; положительное решение от 5,04,89 по заявке ¹ 4609227/24.

Устройство, описанное в авт. свид, М.

661525, содержит интегратор, ключи, нелинейный преобразователь кода во временные интервалы, блок управления. Входной величиной в этом устройстве служит код, а выходной — напряжение. Это обусловлено тем, что входной код преобразуется в промежуточную величину — временные интервалы, физическая реализация которых связана с созданием прямоугольных им. БЫ 17728О8 А1 (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ6 (57) Функциональный преобразователь относится к измерительной технике и может быть использован при построении систем автоматизированного контроля, Сущность изобретения; функциональный преобразователь содержит операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, два коммутатора, две группы запоминающих конденсаторов, блок выборки-хранения, блок управления. 1 ил. пульсов, обладающих неидеальным фронтом и спадом. Снижение погрешности ат неидеальности формируемых импульсов связано с увеличением их длительности, В результате, эта устройство обладает низким быстродействием, что является его важным недостатком. Устройства, описанное в авт. свид. № 1191892, содержит операционный усилитель, конденсаторы, коммутаторы и блок управления, Входной величиной данного устройства служит цифровой код, а выходной — переменное напряжение сложной формы, сформированное с помощью кусочна-ступенчатой аппроксимации, Это устройство может быть использовано для масштабного преобразователя напряжения пропорционально коэффициенту, находящемуся в нелинейной зависимости оТ входной величины, однако она обладает низким быстродействием, связанным с необходимостью промежуточного преобразования входного кода в интервалы времени, т, е. с формированием прямоугольных импульсов, 1772808

U1=u0+

N 25

Сп

СК2 Ux СИ1 с. с. где Сп — емкость конденсатора 2, Ux — напряжение на входе устройства, С 12

Сп

После окончания 2-ro цикла о. -I. u.. c l

Сп

После окончания и-го цикла

Ux+Осм С 1 QJ-1 о и, и =1

1 (/ ъ

Сп!

j=1,п. 40

Воспользовавшись формулами для геометрической прогрессии с IQ I < 1, получим

Un= (Ux+ U«)

N1

Р- -,О 1 2

Следовательно, повышение точности пре- 45 образования связано с уменьшением U«, принимающего неизвестные значения, Это связано с использованием высокоточных операционных усилителей, однако добиться полного устранения 0«невозможно и поэ- 50 тому мы можем написать, что значения функционала данного устройства

f(N1, N2, Ux, ЛТ, Aт, !см), где ЛТ вЂ” изменение времени, Ьt — изменение температуры, I — напряжение смещения (4Ч

55 неидеальность фронтов и спадов которых ограничивает возможности по уменьшению их длительности, а следовательно, увеличение быстродействия устройства, Это является его недостатком, 5

Наиболее близким по технической сущности является устройство (полаж, реш, от

5,04,89 по заявке N 4609227/24).Это устройство содержит операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, два 10 коммутатора, две матрицы конденсаторов и блок управления. Это устройство может использоваться как функциональный масштабный преобразователь, реализующий функцию потенционирования — обратную 15 логарифмированию, однако оно не учитывает наличие на входе усилителя напряжения смещению, Предположим, чта перед началом преобразования напряжение на выходе операционного усилителя было равно 0п, а 20 напряжение на входе операционного усилителя составляет О«. Тогда после окончания первого цикла напряжение на выходе устройства станет равным принимает не конкретное скалярное значение, а попадает в интервал. Это является недостатком устройства.

Целью настоящего изобретения является повышение точности функционального преобразователя.

Функциональный преобразователь (см. чертеж) содержит операционный усилитель

1, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, интегрирующий конденсатор.2, первая обкладка которого подключена к инвертирующему входу операционного усилителя 1, коммутатор 3, подключенный первым входом к аналоговому входу устройства, матрицу конденсаторов 4, подключенную первыми обкладками своих конденсаторов к выходам коммутатора 3, коммутатор 5, выходы которого подключены к первым обкладкам конденсаторов матрицы 6, и блок управления 7, подключенный к цифровому входу устройства, первыми выходами подключен к входам управления коммутатора 3, а вторыми выходами подключен к входам управления коммутатора 5, ключ 8, подключенный к первой обкладке интегрирующего конденсатора 2 и к инвертирующему входу операционного усилителя 1, а также к выходу операционного усилителя 1, ключ 9, подключенный ко второй обкладке интегрирующего конденсатора 2, а также к выходу операционного усилителя 1, вторые входы коммутаторов 3 и 5 подключены к общей шине устройства, входы управления ключей 8 и 9 подключены к третьему выходу блока управления 7, а блок выборки-хранения 10 подключен к выходу операционного усилителя 1, к аналоговому выходу функционального преобразователя и к коммутатору 5 и к четвертому выходу блока управления.

Примером построения блока управления 7 может служить совокупность включенных последовательна генератора 11, счетчика импульсов 12, дешифратора 13 и схем совпадения 14, а также дешифратара

15 с соответствующими связями, По команде "Старт" счетчик начинает подсчитывать импульсы генератора 11, Дешифратор 13, дешифрируя состояния счетчика 12, формирует импульсы управления

Ф1, Ф2, Ф3, Ф4, поступающие на схемы совпадения 14 и на управляющие входы ключей 9 и 10 и управляющий вход блока выборки-хранения. На схемы совпадения поступает также выходной код дешифратора 15, являющийся результатом нелинейного преобразования входного кода устройства. Импульсы с выхода схем совпадения 14 поступают на коммутаторы 3 и 5, осуществляющие подключение конденсато1772808 ров матриц 4 и 6, соответственно к аналоговому входу устройства (матрицу 4) и к выходу блока выборки-хранения 8, являющимся аналоговым выходом прибора, Процесс преобразования предлагаемого устройства состоит из нескольких одинаковых циклов.

Цикл начинается с того, что дешифратор вырабатывает сигнал Ф1, поступающий на вход дешифратора 15. По этому сигналу дешифратор выдает код, замыкающий ключи группы Б, Сигнал Ф1 также замыкает ключ

9 и размыкает ключ 10. В результате, операционный усилитель 1 превращается в повторитель напряжения, а разомкнутый ключ 10 препятствует разряду конденсатора 2. Конденсаторы матриц 1 и 6. подключенные одной обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя, а другой к общей шине устройства заряжаются да О« — напряжения смещения на входе операционного усилителя 1. По сигналу Ф2 конденсаторы матрицы 4, выбранные дешифратором 15 и схемами "îâïàäåíèÿ 14 подключаются одной пластиной к аналоговому входу прибора, а другой к инвертирующему входу операционного усилителя 1. Т. к, конденсаторы матрицы 4 были заряжены до напряжения U«. то по сигналу Фг они перезаряжаются до напряжения Ux — О«. В результате перезаряд связан с изменением заряда, равного UxC4, где С4 — суммарная емкость подклю <енных конденсаторов матрицы 4, и не зависит от Uc>. Этот заряд передается на интегрирующий конденсатор

2, Аналогично по сигналу ФЗ на интегрирующий конденсатор 2 передается заряд

0выхсб, где Сь — суммарная емкость подключенных конденсаторов матрицы 6, По сигналу Ф4 происходит выборка выходного напряжения операционного усилителя 1.

Емкости конденсаторов каждой из матриц 4 и 6 соотносятся между собой, например, как веса разрядов двоичного числа, т, е. они могут быть равными 2 С, 2 С,.„ С, о 1,-Д где С вЂ” емкость конденсатора соответствующего разряду минимального веса, Таким образом, если на вход устройства поступают кади N1 и Ч2, которые дешифраторам 15 преобразуются соответственно в коды N1 и

К, управляющие непосредственно коммутаторами 3 и 5, то суммарные заряды передаваемые матрицами 4 и 6 конденсатору 2 в этом случае равны

1Ч 1-1

q1=U с а;2 =u.сы1, i=1

i— - 1 „,.1

qz=U»xÑ Ь г =- и.„,CN 2, где ai u bi — значения двоичных цифр i-x

f разрядов кодов N1 и М2 соответственно.

Предположим, перед началам преобразования напряжение на выходе операцион5 ного усилителя 1 была равно Uo. Тогда после окончания первого цикла напряжение на выходе устройства станет равным

UxxC«CNz

С С их«1 +и О

Сп о

СNz, Сп — емкость конденсатоСп

""0 где Q= 115 ра 2

После окончания и-го цикла (Uex+Uc )C4= (0еых+ -1см)сй

40 С4 С4

U»х = Uex = + 2 Ucv, °

С9 1 9

y = — 100 =3g,.

2 . см О

Ux

В этой погрешности мы не учитываем временной дрейф, который внес бы еще погрешность, Изобретение обеспечило функциональномуу преобразователю существенное увеличение точности преобразования, так как его выходное напряжение инвариантно к напряжению смещения операционного усилителя, которое в значительной мере зависит от температуры внешней среды.

Формула изобретения

55 Функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине преобразователя, интегрирующий конденсатор, первая обкладка котора1

Ох СИ1 gl — 1+у С1

20 Сп ) =1

rpe j — порядковый номер цикл-, J=1,ï.

Воспользовавшись известными формулами для геометрической прогрессии, запишем выражение для определения

25 выходного напряжения устройства после окончания переходного процесса, в установившемся режиме

N1

U- Un- =Ux

А7

1 2

30 Чтобы оценить выигрыш в точности преобразования рассмотрим пример. Пусть в качестве операционно1о усилителя взят

544УД2А, имеющий гемпературный дрейф

ТКУ«=50 мкВ/ С, в процессе работы тем35 пература изменилась на 30 С, U =0,1 В. У прототипа мы получили бы относительную погрешность

1772808 р рууЯ М& 2 Фс Ф

Составитель И,Сергеев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор

Заказ 3847 Тираж 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 го подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, первый коммутатор, подключенный первым информационным входом к информационному входу преобразователя, первую группу запомина- 5 ющих конденсаторов, первые обкладки запоминающих конденсаторов которой подключены к выходам первого коммутатора, второй коммутатор, выходы которого подключены к первым обкладкам запомина- 10 ющих конденсаторов второй группы, управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с соответствующими выходами блока управления, вход которого соединен с управляющим входом 15 преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй ключи, блок выборки-хранения. выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с первым входом второго коммутатора, выход операционного усилителя соединен с информационным входом блока выборкихранения и с первыми выводами первого и второго. ключей, второй вывод первого ключа соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к второму выводу второго ключа и к вторым обкладкам запоминающих конденсаторов первой и второй групп, вторые информационные входы коммутаторов подключены к шине нулевого потенциала, а управляющие входы блока выборки-хранения, первого и второго ключей подключены к соответствующим выходам блока управления,