Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 6 06 206

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлепо31.03.75 (21) 2120575/18-21 с присоединением заявки №

/ (23) Приоритет (43) Опубликовано05.05,78.Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания ф,0!1-, tIN (51) М, Кл.

Н 03 К 13/17

Государственный номитет

Совета Министров СССР по делам ивооретений и открытий (53) УДК 681.374

1088.8! (72) Авторы изобретения

В. А, Арнкайиен, Э. Я. Скегин u II. Г. Ходаков (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КОД

Изоб.ieiение От!!Осится к аналоговой, вычислительной и измерительной технике, может бып, Hci!e;IBBîâàío в устройствах ввода-выво;18 цифровых выч.:!сг!ительных машин, а также для построения шгфровых измерительных приборов, средств контроля и автоматики.

Известен преобразователь постоянного .апряжения в последовательный код, содержащий операционный усилитель, элемент сравнения, двухтактный аналоговый запоминающий блок, входной ключ, источник опорного напряжения, коммутатор опорного напряжения, блок управления и управляющий триггер, регистр и индикатор (I).

Недостатки этого ус;"ройства — низкая точность преобразования вследствие влияния смещения и дрейфа нул". операционного усилителя и элемента cpBB>ILIIB;-I и низкое быстродействие.

Наиболее î ",ê, .Bîê к предлагаемому преобразователь постоянного напряжения в последовательный код, содержащий операционный усилитель, соединенный с суммирующей цепью, элементом сравнения и входным ком 1утатором, двухтактный ан» .>г)BBIH запоминаю!ц!!й блок, комм -! BTG:1 эта," >!!!!Ого напряжения и бл !к управлс! Ия; г!ри этом триггер подк.!!О !ен ., э. !еме!1т. !".рав :г !ия и коммутатору этало!!ного напряжсния !2) .

Это устройство обладает невысокой точностью преобразования и низким быстродействием

Цель изобретегн!я — повышен! е быстродействия и точности преобразовател.s.

Поставленная цель достигаетсч тем, что в преобразователь постоянного напряжения в ггоследовательный код, содержащий Операционный усилитель, соединенный с суммирующей цепью, элементом сравнения и входным коммутатором, двухтактный аналоговый запоминающий блок с конденсаторами, коммутатор эталон ного напряжения, блок управления, причем триггер подключен к элементу сравнения и коммутатору эталонного напря кения, введены ключ коррекции, согласующий элемент, конденсатор цепи коррекции, дополнительный комму15 татор с тремя ключами и дополнительный ключ во входном коммутаторе, один из выводов которого соединен с общей шиной, а дру10H — с выходом входного коммутатора, причем в-!ход всех трех ключей дополнительного коммутатора подключен к инвертирующему входу элемента сравнения, одни из входов двух ключей дополнительного коммутатора соединены с конденсаторами двухтактного аналоговоп запоминаюце1о блока, вход третьего ключа — с общей шиной, вход двухтактного аналогового запоми2 нающего блока подключен к выходу элемента

606206 сравнения и через ключ коррекции — — к одной из обкладок конденсатора цепи -коррекции и ко входу согласующего элемента, другая обкладка конденсатора цепи коррекции подключена.к выходу коммутатора эталонного напряжения, выход согласующего элемента подключен к суммирующей цепи.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код содержит операционный усилитель 1 с суммирующей цепью 2, двухтактный аналоговый запоминающий блок 3 с конденсаторами 4, 5 и ключами 6 — 9, элемент сравнения 10, входной коммутатор 11, коммутатор 12 эталонного напряжения, состоящий из ключей 13, 14, триггера 15, блок управления 16, дополнительный коммутатор 17, состоящий из ключей 18 — 20, дополнительный ключ 21 во входном коммутаторе 11 и цепь коррекции смещения и дрейфа нулевого уровня, состоящую из ключа коррекции 22, конденсатора 23 и согласующего элемента 24.

Выход операционного усилителя 1 соединен с неинвертируюшим входом элемента сравнения 10, инвертирующий вход которого соединен с выходом коммутатора 17. Ключ 18 коммутатора 17 подключен к земляной шине, а ключи 19 и 20 — к конденсаторам 4, 5 аналогового:»апоминаюшего блока 3. Вход аналогового блока 3 через ключи 8, 9 соединен с выходом элемента сравнения 10. выход которого соединен с триггером 15, управляющим ключами 13, 14 ком мутатор а 12.

К выходу элемента сравнения 10 подключена также цепь коррекции смещения и дрейфа нулевого уровня, состоящая из ключа 22, конденсатора 23 и согласуюшего элемента 24, который должен иметь коэффициент передачи, равный единице, высокое входное и низкое выходное сопротивления. В качестве согласующего элемента может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме повторителя. Одна из обкладок конденсатора 23 соединена с ключом 22 и входом элемента 24, а другая — с выходом коммутатора 12. Выход согласующего элемента 24 соединен с одним из входов суммируюшей цепи 2. Работой преобразователя управляет блок 16.

Преобразователь работает следующим образом.

В режиме коррекции конденсатор 23 цепи коррекции, неинвертируюший вход усилителя 1 и инвертируюгций вход элемента сравнения 10 через ключи 14, 21 и 18 соответственно подключаются к земляной шине. Через ключ 22 выход элемента сравнения 12 подключается к конденсатору 23 и согласующему элементу 24.

В результате в режиме коррекции образуется контур 100%-ной отрицательной обратной связи, и конденсатор коррекции заряжается до напряжения где К вЂ” — коэффициент усиления элемента срав нения;

IQ го

7$ зо

55 ьо U i, Л !г, Л 1; — приведенные ко входу значения смещения и дрейфа нулевого уровня соответственно согласующего элемента 24, операционного усилителя 1 и элемента сравнения 1О;

P — коэффициент обратной связи, P =! .

Так как для операционного усилителя, используемого в качестве элемента сравнения, К ) 1000, то напряжение с большой точностью равно суммарному значению смещения и дрейфа нулевого уровня операционного усилителя 1 и согласуюшего элемента 24. Суммарное смешение и дрейф нулевого уровня этих элементов не превышает 20 — 30 мВ, т.е.. учитывая медленное изменение этой величины, цепь коррекции позволяет с достаточно высокой точностью скомпенсировать смещение и дрейф нулевого уровня операционных усилителей.

Напряжение коррекции U» в режиме преобразования включается последовательно с эталонным источником и сохраняется на конденсаторе 23 с достаточно высокой точностью на время преобразования.

В режиме преобразования каждый разряд последовательного кода определяется в течение одного такта, состоящего из двух полутактов, причем в первом полутакте напряжение, формируемое на выходе усилителя 1, сравни«ается с нулевым уровнем, поступаюшим на элемент сравнения 10 через ключ 17. Усилитель 1 в первом полутакте формирует на выходе напряжение

U,,„=- 2U„. где U. — эталонное напряжение;

U,„преобразуемое напряжение, поступающее на инвертирующий вход усилителя 1.

Во втором полутакте на одном из конденсаторов запоминающего блока 3 запоминается ..апряжение усилителя 1, которое формируется в соответствии с выражением

U„„,„, = 211, --- !.,а;, г е ) 1 при U...„г 01 — рез ьтат сравнения I0 при U „„ О.!

Для ускорения процесса запоминания напряжения U,„,„êoíäåíñàòoðû 4, 5 блока 3 заряжаются с выхода элемента сравнения 10 через ключи 8 или 9. При этом на неинвертируюший вход элемента сравнения 10 подается U„„„„, а на инвертируюший — напряжение с конденсаторов 4, 5 через ключи 19, 20, т.е. в режиме запоминания элемент сравнения 10 работает с отрицательной обратной связью.

Старший разряд кода определяется следующим образом.

Преобразуемое напряжение через коммутатор 11 на время первого такта подключается к неинвертируюшему входу усилителя !. Напряжение U, через ключ 13 коммутатора 12, конденсатор 23 и элемент 24 подается на суммируюшую цепь 2; На выходе усилителя 1 формируется напряжение U,.„,, „которое сравнивается с нулевым потенциалом, поступающим через ключ 18 коммутатора 17 на другой вход элемента сравнения !О. Результат сравнения запоминается триггером 15. Если в триггер 15 при сравнении записана единица (а, = !), во втором полутакте ключ 13 остается замкнутым;

606206

Форщ.та изобретения 5 !

Составитель Д. Голубович

Техред О.Луговая Корректор Н. Тупица

Тираж 1086 Г!одписное

Редактор Б. Федотов

Заказ 2416>36

Г1НИИГ1г1 Государственного комитета Совета Министров С(СР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауинскан иаб.: д. 4 6

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проев пан. 4 при этом „„, = 2U,„— U. Если в триггер 15 записан нуль (а; = О), во втором полутактс ключ 13 размыкается, а ключ 14 замыкается; при этом U „.„„, = 2U

Напряжение U„,,„. запоминается на конденсаторе 4 блока 3. При этом замыкается .ключ

19 и размыкается ключ 18 коммутатора 17.

Кроме того, замыкается ключ 8, подключая выход элемента сравнения О к конденсатору 4.

В конце второго полутакта процесс запоминания прекращается.

Значение следующего разряда кода запоминается аналогично, с той лишь разницей, что на вход усилителя 1 вместо U„„через ключ 6 посту пает напряжение, запомненное на конденсаторе 4. Напряжение U„„, во втором такте запоминается на конденсаторе 5, для чего замыкаются кл1очи 20 и 9.

Следую1цие разряды кода определяются аналогично. На усилитель 1 попеременно поступает напряжение с конденсаторов 5, 4, а промежуточный результат Ь"„,„, запоминается соответственно »а конденсаторах 4, 5.

Устройство о .сспе пинает высокое быстродей ствие благодаря iскорению заряда конденсаторов аналогового запоминающего блока и высокую точность благодаря коррекции смещения и дрейфа нулевого урогня операционного усилителя и элементу сравнения.

Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код, содержащий операционный усилитель, соединенный с суммирующей цепью, элементом сравнения и входным коммутатором, двухтактный аналоговый запоминающий блок с конденсаторами, коммутатор эталонного напряжения, блок управления, при этом триггер подключен к элементу сравнения и коммутатору эталонного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразования, в него введены ключ коррекции, согласующий элемент, конденсатор цепи коррекции, дополнительный коммутатор с тремя ключами и дополнительный ключ во входном коммутаторе, один из выводов которого соединен с общей шиной, а другой — с выходом входного коммутатора, причем выход всех трех ключей дополнительного коммутатора подключен к инвертирующему входу элемента сравнения, одни из входов двух ключей дополнительного коммутатора соединены с конденсаторами двухтактного аналогового запоминающего устройства, вход третьего ключа— с общей шиной, вход двухтактного аналогового запоминающего блока подключен к выходу элемента сравнения и через ключ коррекции— к одной из обкладок конденсатора цепи коррекции и ко входу согласующего элемента, другая обкладка конденсатора цепи коррекции подключена к выходу коммутатора эталонного

25 напряжения, выход согласующего элемента подключен к суммирующей цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США . № 358881, кл. 340-347 (Н 03 К 13/17), 1971.

2. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы, «Высшая школа», 1973.