Преобразователь напряжения в длительность импульсов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в широком диапазоне температур. Преобразователь содержит генератор, конденсатор 2. токоограничивающие сопротивления 3, 4, 5, 6, ключи 7, 8, 9, диод 10. Отличие состоит в том, что в схему ввели ключи 7 и 8, диод 10, сопротивления 4, 5, 6, причем выход задающего генератора 1 соединен с управляющим входом ключа 9, вход которого подключен к источнику.пцга, ния, а выход через сопротивление 6 к первой обкладке конденсатора 2, вторая обкладка которого подключена к выходу ключа 7 и через диод 10 к управляющему входу ключа 8 и к одному из выводов сопротивления 4, второй вывод которого соединен с источником питания. 3 ил. ОЧвЮЯШ 17. 6w.t 8х 1 № г еД ,я вход ff -tt V8x J в#х. Пи - (Л С -Ч 00 СЛ о х4

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (я)5 Н 03 М 1/50

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,1

31 (21) 4881362/24 (22) 06.11.90 (46) 30,.12,92, Бюл, М 48 (71) Камский политехнический институт (72) П.С.Яковлев, Г.И.Шаронов и B.Â.ÇàìîðСкий (56) Авторское свидетельство СССР

М 1166306, кл. Н 03 М 1/50, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1181147, кл, Н 03 М 1/50, 1989. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ (57). Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность.... Ж,», 1785071 А1 импульса в широком диапазоне температур, Преобразователь содержит генератор, конденсатор 2, токоограничивающие сопротивления 3, 4, 5, 6, ключи 7, 8, 9, диод 10.

Отличие состоит в том, что в схему ввели ключи 7 и 8, диод 10, сопротивления 4, 5, 6, причем выход задающего генератора 1 соединей с управляющим входом ключа 9, вход которого подключен к источникущпа=. ния, а выход через сопротивление 6 к первой обкладке конденсатора 2, вторая обкладка которого подключена к выходу ключа 7 и через диод 10 к управляющему входу ключа

8 и к одному из выводов сопротивления 4, второй вывод которого соединен с источником питания. 3 ил.

1785071

10 генератор, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого является шиной питания, а выход соединен с входом синхронизации задаю15

25

35 третьего ключа

45

55 тания, а выход соединен с входом синхронизации генератора 1, управляющим входом ключа 7, через сопротивление 6 с шиной нулевого потенциала и первым выводом конденсатора 2, второй вывод которого подключен к выходу ключа 7 и катоду диода 10, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиковой аппаратуре для преобразования аналоговых сигналов в длительность импульсов в цифровых измерительных сис- 5 темах.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий пять транзисторов, диод, конденсатор и шесть сопротивлений, где база первого транзистора подключена к информационному входу преобразователя, коллектор соединен с шиной питания, а эмиттер подсоединен к аноду диода, через первое сопротивление к общей"шине уст ройства и второе сопротивление с базой третьего и коллектором второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине устройства, а база соединена с коллектором третьего транзйстора и через третье сопротивление подключена к катоду диода и выходной шине устройства; эмиттер третьего транзистора соединен с одной из обкладок времязадающего конденсатора и "стоком четвертого полевого транзистора, иСток котброго"через"четвертое сопротивление йбдключен к затвору и шине питания, другой обкладкой конденсатор подсоединен к 6а3е пятого"транзистора"й через пятое сопротивление к шине питанйя; эмиттер пятого транзистора соединен с общей шиной устройства, а коллектор подключен к выходной шине устройства и через шестое сопротивление к шине питания, Известен также преобразователь напряжения в длительность импульса содержащий источник опорного напряжения, два операционных усилителя, интегрирующий конденсатор, токоограничивающее сопротивление, двухпозиционный ключ-, компаратор и ждущий мультивибратор, где интегрирующий конденсатор одной обкладкой соединен с инверсными входами первого и второго операционных усилителей и через токоограничивающее сопротивление подключен к информационному входу устройства, другой обкладкой со входом компаратора и выходом двухпозиционного ключа, первый вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, второй вход с выходом второго операционного усилителя, у которых прямые входы соединены с источником опорного напряжения и общей "шиной" — соответственно, выход компаратора подключен ко входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим входом двухпози- ционного ключа и информационным выходом устройства.

Недостатком данного-устройства является наличие в схеме операционных усилителей, ограничивающих диапазон рабочих температур.

Цель изобретения — повышение точности линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в широком диапазоне температур (от -60 до

+125).

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий задающий щего генератора и первым выводом интегрирующего элемента, выполненного на конденсаторе, первый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, первый вывод которого является входной шиной дополнительно введены два ключа, три токоограничивающих элемента, каждый из которых выполнен на резисторе и разделительный элемент, выполненный на диоде, анод которого объединен с первым выводом второго-резистора и соединен с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом задающего генератора и через четвертый резистор подключен к шине питания, а выход является шиной нулевого потенциала, катод диода объединен со вторым выводом конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, управляющий вход которого объединен с первым выводом третьего резистора и подключен ко входу синхронизации задающего генератора, вторые выводы второго и третьего резисторов являются соответственно шиной питания и шиной нулевого потенциала, а второй вывод первого резистора соединен со входом

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временная диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг,3 — принципиальная схема устройст ва.

Преобразователь напряжения в длительность импульса (фиг.1) содержит генератор 1, интегрирующий элемент 2, выполненный на конденсаторе, токоограничивающие элементы 3, 4, 5, 6, выполненные на сопротивлениях, ключи 7, 8, 9 и диод 10.

Выход генератора 1 подключен через сопротивление 5 к шине питания, соединен с входом ключа 8 и управляющим входом ключа 9, вход которого является шиной пи1785071

30

40

55 анод которого соединен с управляющим входом ключа 8 и через сопротивление 4 с шиной питания, выход ключа 8 является шиной нулевого потенциала, а вход ключа 7 через сопротивление 3 соединен с входной шиной.

Преобразователь работает следующим образом. При включении питания на управляющий вход ключа 8 через сопротивление

4 подается напряжение источника питания открывающее ключ 8. Открывание ключа 8 притягивает управляющий вход ключа 9 к шине нулевого потенциала и тем самым открывает ключ 9, который в свою очередь притягивает точку соединения сопротивления 6 и конденсатора 2 к шине питания и устанавливает на выходной шине преобразователя напряжения в длительность импульса "единицу", напряжение источника питания (момент А фиг.2). Это напряжение открывает ключ 7, и по входу синхронизации разрешает работу релаксационному генератору прямоугольных импульсов 1, формирующему постоянное время Т заряда интегрирующего конденсатора 2. В этот момент конденсатор заряжается от измеряемого напряжения по цепи: токоограничивающее сопротивление 3; открытый ключ 7, конденсатор 2 и открытый ключ 4 (время А-В фиг,2). По окончанию времени Т заряда конденсатора на выходе генератора I формируется короткий импульс (момент В фиг.2) с напряжением, большим напряжения питания, который поступает на управляющий вход ключа 9. Этот импульс по переднему фронту закрывает ключ 9, В результате конденсатор 2 обкладкой, заряженной со знаком "плюс" через сопротивление 6 притягивается к шине нулевого потенциала и оказывается включен по схеме Сраз (Сраз нарисовано пунктирными линиями). Отрицательным напряжением накопленным на другой обкладке конденсатор 2 открывает диод 10 и закрывает ключ 8.

Закрывание ключа 8, нулевой потенциал на выходе преобразователя, закрывает ключ 7

ui по входу синхронизации удерживает генератор 1 от формирования нового импульса.

Закрывание ключа 8 притягивает управляющий вход ключа 9 через сопротивление 5 к шине питания и теперь это напряжение по управляющему входу удерживает ключ 9 в закрытом состоянии. В это время (участок

В-С фиг.2) конденсатор 2 начинает перезаряжаться по цепи: сопротивление 4. открытый диод 10, конденсатор .2 и сопротивление 6 от источника питания. Перезаряд конденсатора 2 идет до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет уровня закрывания диода 10 и открывания ключа 8 (момент С фиг.2). Открывание ключа 8 вызовет открывание ключа 9 в результате чего откроется ключ 7 и разрешит генератору 1 по входу синхронизации формирование нового импульса длительностью Т. В результате интегрирующий конденсатор всегда заряжается одно и тоже время Т током, зависящим от измеряемого напряжения через большое входное сопротивление 3, а разряжается разное время одним и тем же током. Поэтому время разряда конденсатора зависит от напряжения, до которого он зарядится измеряемым напряжением, за постоянное время Т.

На фиг.3 представлена принципиальная схема устройства. Синхронизируемый генератор построен на транзисторах Т1-Т6, диодах 01-02, сопротивлениях R1-R3, конденсаторах С1-СЗ, на диодах 03-04 и конденсаторе С4 построена схема формирования короткого импульса с напряжением, большим напряжения источника питания, на транзисторах Т7, Т8, диоде 05 и сопротивлениях R14, R26 — аналоговый ключ, на транзисторе Т13, диодах 07-08, сопротивлении R25 и конденсаторах С6-С7 — схема формирования отрицательного напряжения для управления аналоговым ключом, на транзисторах Т9-Т10, диоде 06, сопротивлениях R16-R20 и конденсаторе С5 — ждущий мультивибратор и на транзисторах Т11-Т12, сопротивлениях R21-R23 — устройство управления синхронизацией генератора;

Рассмотрим работу преобразователя на примере принципиальной схемы (фиг.3).

При включении источника напряжения база транзистора Т9 ждущего мультивибратора через сопротивление R17 притягивается к положительной шине источника и транзистор открывается. Открытый транзйстор смещает среднюю точку делителя R18, R19 от положительной шины источника напряжения в сторону землянной и открывает транзистор Т10. В результате на коллекторе транзистора Т10, на выходе ждущего мультивибратора, формируется напряжение источника питания, "единица", Этим напряжением открываются транзисторы Т8, Т11, Т13. Открытый транзистор Т11 эакрывает транзисторы Т1 и Tt2, à Т12 в свою очередь закрывает транзистор Т5, Открытый транзистор Т8 формирует положительное напряжение на катоде диода 05 и закрывает его, тем самым открывает аналоговый ключ на транзисторе Т7. В этот же момент, при включении источника напряжения, конденсатор СЗ разряжен. Поэтому база транзистора ТЗ через сопротивление R2 притягивается к положительной шине ис1785071 точника напряжения и транзистор открывается. При открывании транзистора ТЗ за- крывается транзистор Т4, Но транзистор Т4 тут-же открывается вновь, так как конденсатор С2 не заряжен. Через конденсатор Сl делствует положительная обратная связь.

Поэтому при открывании транзистора Т4, по положительному фронту импульса, открывается транзистор Тб. Открытый транзистор

Тб открывает транзистор Т2 и конденсатор 1

С3 мгновенно заряжается по цепи: сопротивление Rl l, открытый диод 01, открытый транзистор Т2 до напряжения источника питания. По мере заряда СЗ транзистор Тб выходит из насыщения и закрывает транзистор Т2. При открывании транзистора Т2 закрываются диод 02 и транзистор ТЗ. B это время транзистор Т4 открыт и идет заряд конденсатора С2 по цепи сопротивление

R7, открытый транзистор Т4, сопротивление

R8, конденсатор С2. По окончании времени заряда конденсатора СЗ на выходе генератора формируется нулевой потенциал, транзистор Тб закрыт, и начинается""йроцеСс разряда конденсатора по цепи: сопротивления R2, Rll. Конденсатор СЗ разряжается до напряжения открывания транзистора Т3.

При открывании транзистора ТЗ закрывается транзистор Т4 и конденсатор С2 начина. ет разряжаться через сопротивление R9. По окончании разряда конденсатора транзи. стор Т4 открывается и по положительному фронту открывается транзистор Тб, который вновь открывает транзистор Tl и конденсатор С3 начинает заряжаться. Время разряда конденсатора СЗ, формируемое на выходе генератора, является величиной постоянной для ждущего мультивибратора. В это время транзисторы Т9 и Т10 открыты, аналоговый ключ на транзисторе 17 открыт и происходит заряд конденсатора СЗ разностью опорного источника напряжения и входного напряжения по цепи открытый транзистор Т10, токоограничивающее сопротивление R16 и открытый аналоговый ключ на транзисторе Т7. Время заряда является величиной постоянной. Поэтому напряжение заряда на конденсаторе зависит от входного напряжения. При открывании транзистора Тб генератор с помощью удвоителя напряжения, построенного на диодах 03; 04 и конденсаторе С4, формирует короткий импульс положительной полярности с напряжением большим напряжения источника питания. Этот импульс закрывает транзистор

Т1О. B результате конденсатор положительнозаряженной обкладкой притягивается к земле, а отрицательнозаряженной к базе транзистора Т9 через открытый диод 06 (от.рицательным напряжением диод открывается). В результате транзистор Тб закрывается и притягивает среднюю точку делителя R18, R19 к положительной шине источника напряжения. По окончании импульса на выхо5 де удвоителя закрытый транзистор Т10 будет удерживать в закрытом состоянии транзистор Т9. В это время конденсатор С5 разряжается по цепи сопротивление R17, открытый диод 06 и сопротивление R20.

0 Конденсатор разряжается до напряжения открывания транзистора Т9. При открывании транзистора Т9 открывается и транзистор Т10 и конденсатор С5 вновь начинает заряжаться. Время разряда конденсатора

15 С5 зависит от напряжения,.до которого он зарядился за время Tconst, т.е. от напряжения входного источника. Во время разряда конденсатора С5 транзистор Тll закрывается и закрывает аналоговый ключ на тран20 зисторе Т7, а также открывает транзисторы

Tl, Т12 и Т5 (транзисторы синхронизации генератора). Теперь по окончании заряда конденсатора СЗ транзисторы Т6 и Тl закрываются, но конденсатор остается заря25 женным до напряжения источника питания с помощью открытых транзисторов синхронизации Т5, Тl до окончания разряда конденсатора С5 в ждущем мультивибраторе.

Экспериментальные исследования за30 являемого устройства для преобразования двухполярного напряжения в длительность . импульса показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототипом) заявляемое устройство

35 обеспечивает большую точность (5 ) линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в диапазоне температур от -60 до+125 С.

Формула изобретения

40 Преобразователь напряжения в длительность импульсов, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого является шиной питания, а выход

45 соединен с входом синхронизации задающего генератора и первым выводом интегри рующего элемента, выполненного на конденсаторе, первый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, пер50 вый вывод которого является входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два ключа, три токоограничивающих элемента, каждый из которых выполнен на

55 резисторе, и разделительный элемент, выполненный на диоде, анод которого объединен с первым выводом второго резистора и соединен с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом задающего генератора

1785071

10 и через четвертый резистор и о д к л ю ч е н к ш и н е и и тания,а выходявляетсяшиной нулевого потенциала, катод диода объединен с вторым выводом конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, управляющий вход которого объединен с первым выводом третьВыхоц генератора I

Пист. пит.

Выход клича 9 1 !

Вхол ключа 8

Выход ключа 7

Й зар2

Фиг.2 инхрОВхOp. генератора I

Управляющий вход ключа 9

Управляющий эхоц ключа 8

Напряжение на конленсаторе2

t-- — ) i (зар? его резистора и подключен к входу синхронизации задающего генератора, вторые выводы второго и третьего резисторов явля ются соответственно шиной питания и шиной нуле5 вого потенциала, в второй вывод первого резистора соединен с входом третьего ключа, и

1785071

Составитель П.Яковлев

Техред М.Моргентал

Корректор Е.Папп

Редактор

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

Заказ 4370 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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