Преобразователь напряжения во временной интервал

 

О П И С А Н И Е ()720717

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социвлистмческих

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.12.72 (21) 1862558/26-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл .

Н 03 К 13/20

Гасударственный комитет

СССР да делан изобретений и аткрытий

Опубликовано 05.0ф.80. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 15.03.80 (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Каштанов, А. А. Прозоров и 1О. Н. Родионов.р у з 3„"-., (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во времяимпульсных, аналого-цифровых и цифровых вычислительных устройствах.

Известен преобразователь напряжения во временной интервал, содержащий интегратор и сравнивающее устройство, ключи и формирователь (1).

Недостатком его является недостаточная точность преобразования.

Известно также устройство время-импульсного преобразования напряжения постоянного тока в число., содержащее интегратор, ключи, сравнивающее устройство, формирователь двух последовательных временных интервалов, логические элементы (2) .

Преобразуемое напряжение через первый ключ соединено со входом интегратора, через второй ключ подключен источник опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности преобразуемого напряжения. Выход интегратора соединен со входом сравнивающего устройства. Выходы формирователя временных интервалов соединены с управляющими входами ключей.

Недостатком устройства является сравнительно низкая точность преобразования.

Во втором такте (такт считывания)— опорное напряжение, имеет полярность, противоположную полярности преобразуемого напряжения. При этом время от начала такта считывания до момента, когда выходное напряжение интегратора достигнет. порога срабатывания сравнивающего устройства прямо пропорционально величине преобразуемого напряжения.

Одним из недостатков устройств этого типа является то, что погрешности, возникающие вследствие наличия потенциальной и токовой составляющих смещения нуля усилителя интегратора, пропорциональны сумме временного интервала записи и выходного временного интервала. Другим недостатком является противоположность полярностей преобразуемого и опорного напряжений. Это не позволяет использовать в качестве опорного напряжение запитки датчика, выходной сигнал которого преобразуется. Изменение полярности напряжения запитки датчика или полярности преобразуемого напря720717 менных интервалов и имеет отдельный выход для каждого временного интервала. Первый и второй выходы формирователя 7, через логический элемент ИЛИ 8 соединены со входом установки в нуль первого интегратора

3, третий-выход соединен с управляющим входом первого ключа 1, четвертый выходс управляющим входом третьего ключа 5, пятый выход — с управляющим входом второго ключа 2 и с одним из входов логичес50

3 жения на обратную вносит дополнительную йогрешность.

Целью настоящего изобретения является повышение точности преобразователя напряжения во временной интервал.

Эта цель достигается тем, что в преобразователь напряжения во временной интервал, содержащий два ключа, соединяющие входные зажимы преобразуемого и опорного напряжения с входом интегратора, выход которого подключен к сравнивающему устройству, формирователь и элементы И и

ИЛИ, введены третий ключ и второй интегратор, последовательно включенные в цепь отрицательной обратной связи сравнивающего устройства, первый и второй выходы формирователя, через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом интегратора, 15 третий выход формирователя соединен с управляющим входом первого ключа, четвертый выход формирователя — с управляющим входом третьего ключа, пятый выход формирователя — с управляющим входом второго ключа и с первым входом элемента

И, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход элемента И подключен к выходному зажиму преобразователя.

При таком решении ввиду того, что полярности преобразуемого и опорного напряжений совпадают, становится возможным в качестве опорного использовать напряжение запитки датчика и тем самым избежать погрешности преобразования знака. Одно- 5р временно с этим погрешности, возникающие вследствие наличия потенциальной и токовой составляющих смещения нуля усилителя первого интегратора, пропорциональны разности временного интервала записи и выходного временного интервала, а не их сумме, как это имеет место у известного преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя, на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

4О

Преобразователь содержит первый ключ

1 и второй ключ 2 для подключения соответственно источников преобразуемого и опорного напряжений ко входу первого интегратора 3. Выход первого интегратора 3 соединен со входом сравнивающего уст-, 45 ройства 4, в цепь отрицательной обратной связи которого включены третий ключ 5 и второй интегратор 6. Формирователь 7 служит для выработки последовательности вре4 кого элемента И, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства

4. Выходом преобразователя является выход логического элемента И вЂ” зажим 10, а зажимы 11 и 12 — преобразуемого и опорного сигнала соответственно.

Перед началом преобразования первый интегратор 3 устанавливается в нулевое положение. Для этой цели формирователь 7 в момент t 1 вырабатывает первый управляющий временной интервал длительностью т1 (фиг. 2а), который через логический элемент

ИЛИ 8 поступает на вход установки в нуль первого интегратора 3. Исходное состояние второго интегратора 6 любое. Затем в момент t z формирователь 7 вырабатывает второй временной интервал длительностью (фиг, 2б), являющийся эталонным, в течение которого открывается первый ключ 1 и на вход интегратора поступает преобразуемое напряжение И„. В конце второго временного интервала напряжение на выходе первого интегратора 3 с учетом потенциальной Ю и токовой М составляющих смещения нуля интегратора будет 1завно (фиг. 2е):

U (1з(= (U„+ aU+ с, ) + Ц® где Т1 — постоянная времейи интегратора;

С вЂ” емкость интегратора.

В момент t4 формирователь 7 вырабатывает третий временной интервал длительностью (фиг.2в), который открывает третий ключ 5, замыкая на время тз цепь отрицательной обратной связи сравнивающего устройства 4 и подключая тем самым выход сравнивающего устройства 4 ко входу второго интегратора 6. В результате на выходе второго интегратора 6 устанавливается напряжение U (t>) (фиг. 2,ж), которое вычитаясь из напряжения V i(t ) = U i(tз) вызовет нулевои потенциал на выходе сравнивающего устройства 4 (фиг. 2).

111(1з) + Ь14у -11 (1 ) = О, (2) где Ь11ьу — ошибка смещения нуля сравнивающего устройства.

Таким образом, к моменту tg окончания третьего временного интервала на выходе второго интегратора 6 устанавливается и запоминается после размыкания третьего ключа 5 напряжение

11Х(15 ) = U1(t3) + й-1су ° (3)

В момент tq формирователь 7 вырабатывает четвертый временной интервал длительностью т4(фиг. 2,г), который через логический элемент ИЛИ вновь устанавливает первый интегратор в нулевое состояние. Затем в момент t 7 формирователь 7 вырабатывает последний пятый временной интервал длительностью ts (фиг. 2,д), который поступает на управляющий вход второго ключа 2, подключая ко входу первого интегратора 3 опорное напряжение Vq той же полярности, что и преобразуемое U„. Напряжение на выходе первого интегратора 3 линейно меняется в соответствии с уравнением, Ug(t) = +(и. + Л(З + с") (t - t y) +AU (М

В момент t q разность между линейно изменяющимся напряжением U<(t) = U (1q) и заполненным значением Uz(tg) = Uz(ta) вновь вызовет переход выходного потенциала на выходе сравнивающего устройства 4 через ноль

U <(t 8) + Я3су - U (t ) . = О, (>) . Подставляя значение U (t ) из (3) и далее

U (t) из (4), а также заменив одновременно (t 8-t 7) . на ъ„получим

I (0» а О + I ) а (0оЖг+ c, ) »®

Отсюда, пренебрегая членами погрешности второго порядка малости, получим

Из (7) видно, что временной интервал

ty, = t q- t 7 прямо пропорционален преобразуемому напряжению U» и имеет погрешность — )

4 — 1 — — (»,- „) (S)

Ue

7 которая не зависит от смещения нуля сравни вающего устройства 4.

Для известного устройства время-импуль сного преобразования, погрешность смещения нуля имеет вид д1 Т, hz= " (z+ ). (9)

Ua

Параметры преобразователя обычно выбираются так, что т».пах = т2 Для этого случая максимальное значение погрешности Л в два раза превышает максимальное значение Ь ь а среднее значение Ь превышает среднее значение Ь в три раза.

Выходной временной интервал (рис. 2,и) выделяется логическим элементом И 9 как результат логического произведения пятого

720717

6 временного интервала с выхода формирователя 7 и выходного сигнала со сравнивающего устройства. 4. ф

Формула изобретения

Преобразователь напряжения во временной интервал, содержащий два ключа, соединяющие входные зажимы преобразуемого и опорного напряжений с входом интеграто о ра, выход которого подключен к сравнивающему устройству, формирователь и элементы

И и ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены третий ключ и второй интегратор, последовательно включенные в цепь отрицательной обратной связи сравнивающего устройства, первый и второй выходы формирователя через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом интегратора, третий вы. ход формирователя соединен с управляющим входом первого ключа, четвертый выход формирователя — с управляющим входом третьего ключа, пятый выход формирователя— с управляющим входом второго ключа и с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход элемента И подключен к выходному зажиму преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3182304, кл. 340 †3, опублик. 04.05.1965.

2. Авторское свидетельство СССР № 215619, кл. Н 03 К 13/20, 21.01.1966 (прототип) .

720717

1 ! (I!

Состав ител ь Д. Голубов нч

Редактор Н. Веселкина Техред К. Шуфрич Корректор М, Вигула

Заказ 10244/48 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений, и открытий

l! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патеитв, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 (i д

7 7 8