Преобразователь сигнала

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 1813762

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2805.79 (21) 2772044/18-21 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Н 03 К 5/24

Государственный комитет

СССР по дедам. изобретений и открытий

Опубликовано 15.03,81 Бюллетень Ni 10 (- з) M1(621.374..38(088.8) Датаопубликования описания 150381 (72) Автор изобретения

В.П. Медведев (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛА

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к изме. рителям постоянных напряжений и токов с преобразованием сигнала.

Известны устройства, выполненные по схеме усилителей постоянного тока с преобразованием, т.е. усилителей типа модулятор-демодулятор (1) .

Основным недостатком этих устройств является малое быстродействие и дрейф. Малое быстродействие обус.ловлено применением в этих устройствах фильтра, а дрейф — выбросами и нестабильностью ключей и усилителя переменного тока. Для более быстродействующего слежения за изменением измеряемого сигнала больших уровней применяют другие схемы, которые называются детекторами перехода через нулевое значение и детекторами напряжений низкогв уровня. Большинство этих схем выполнены на транзисторах и обладают невысокими характеристиками, поэтому применяются в основном при изменении сигналов постоянного тока больших уровней.

Наиболее близким по своей сущности техническим решением к данному изобретению является преобразователь сигнала, который содержит последовательно соединенные источник опорного сигнала ключа,-дифФеренциальный усилитель постоянного тока, измерительный преобразователь, состоящий из аналого-цифрового преобразователя и устройство цифровой индикации, а также последовательно соединенные компаратор напряжения, усилитель и схему индикации состояний, которая сигнализирует больше или меньше входной сигнал, чем установленный опорный. В зависимости от величины входного сигнала относительно установленного опорного компаратор переключает

15 ключи на входе дифференциального усилителя, задавая таким образом два различных режима с различным усилителем. Эти два состояния различаются с помощью схемы индикации состоя2О ний $2) .

К нЕдостаткам данного преобразователя относится наличие зоны неопределенности компаратора и его дрейф, дрейф дифференциального усилителя

25 постоянного тока. Кроме того схема индикации состояний не показывает состояния, когда входной сигнал равен опорному,это состояние отображается с помощью аналого-uH4>posoro преобра30,зователя и.устройства цифровой инди813762

50 ходы компараторов 6 и 7 подключены ко входу устройства индикации состояний 8 и однонременно к двум отдельным входам элемента совпадений

9, выход которого также подключен ко входу устройства индикации состояний

8. Входной сигнал подается на вход

9 ключа 10, выход которого подключен ко входу суммирующего дифференциаль60 кации, очень сложного и дорогого. Компаратор напряжения на входе не позволяет обработать сигнал меньше 100 мВ иэ-эа его низкой помехоустойчивости.

Все это обуславливает малую разрешающую способнос--ь и точ:н-ость устройстBB.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и точI ности, необходимых для обработки медленно изменяющихся сигналон постоянного тока малых уровней более простыми средствами, т.е. не применяя специально для этого отдельного аналого-цифрового преобразонателя и цифрового устройства индикации.

Поставленная цель достигается тем, что н преобразователь сигнала, содержащий два ключа, одни входы которых подключены к устройству управления, другие входы соответственно к источнику опорного напряжения и к входной шине, а выходы — ко входам дифференциального усилителя с разделительными конденсатором на выходе, и устройство индикации состояний, входы которого подключены к выходам компараторон напряжения, введены третий ключ, один вход которого соецинен с выходом дифференциального усилителя, другой нход с соответствующим выходом устройства управления, а выход подключен к иннертирующему входу первого и неиннертирующему входу второго компараторов, и элемент совпадения, два входа которого подсоединены к выходам компараторон, третий вход связан с устройством управления, а выход подключен к дополнительному входу устройства индикации состояний.

На фиг. 1 изображена основная функциональная схема устройстна; на фиг. 2 — временная диаграмма устройства, поясняющая его работу.

В соответствии со схемой фиг,. 1, выход источника стабилизированного опорного напряжения 1 подключен ко входу ключа 2, выход которого подключен к одному из входов ключа ?,ныход которого подключен к одному из входов суммирующего дифференциального усилителя 3, а выход суммирующего дифференциального усилителя 3 через разделительный конденсатор 4 подключен ко входу ключа 5, выход которого н свою очередь подключен к объединенным неинвертирующему входу компаратора напряжения б и инвертирующему входу компаратора напряжения 7, а выного усилителя 3. Выходы устройства управления ключей 11 подключены к соответствующим входам ключей 2, 10 и 5 и к 3-ему входу элемента совпадений 9.

Устройство работает следующим образом.

На вход ключа 2 подается стабилизированный сигнал постоянного тока (см. фиг. 2 д ), а на вход 9 ключа

10 медленно изменяющийся сигнал постоянного тока (см. фиг. 2 a ), который н общем случае может быть любой полярности и амплитуды. Одновременно от устройства управления ключами 11 подаются сигналы возбуждения для открывания ключей 2, 5 и 10 (сигнал опроса см. фиг. 2 л, м и н), причем скнажность и частота этих импульсов может быть любой (на фиг. 2 и и н скнажность равна ?). Ключи 2 и 10 открываются одновременно, при этом к суммирующим резисторам суммирующего дифференциального усилителя 3 прикладываются сигналы входного и опорного источников таким образом, что они вычитаются друг из друг (см.фиг.28).

Полученная разность усиливается суммирующим дифференциальным усилителем

3 (см. фиг. 2 г ) и через разделительный конденсатор 4 поступает на вход ключа 5 (см. фиг. 2 ), который открывается с небольшим запаздыванием относительно открывания ключей 2 и

10 (см. фиг. 2 н ), необходимого для подавления выбросов в выходном напряжении усилителя 3 . .Сигналы с выхода ключа 5 подаются на объединенные входы компараторон напряжения б и 7 (см. фиг. 2 н ) . В зависимости от разности входного и опорного источников на выходе компараторов б и 7 появляется сигнал, соответствующий логическому уровню "0" или "1".Когда входной сигнал больше опорного, на выходе компаратора б будет нысокий уровень, соответствующий логической

"1" (cM. фиг. 2Ж ), когда входной сигнал меньше опорного — на выходе компаратора 7 будет, высокий уровень соответствующий логической "1".Когда входной сигнал равен опорному на выходе компараторон 6 и 7 будут низкие уровни, соответствующие уровню логического "0" (см. фиг. 2 k ), а на выходе схемы совпадений при стробировании ее входа сигналом возбуждения от устройства управления ключами 11 будет высокий уровень соответствующий логической "1" (см. фиг. 2 И ). Все эти три состояния будут индицироваться устройством индикации состояний 8. Устройство управления ключами 11 может работать как в автоколебательном, так и в режиме синхронизации внешний переменным сигналом. Ключи 2, 5 и 10 могут быть как последовательного, так и параллельного или комбинированного типон

81З762

Для более эффективной компенсаци!« выбросов и дрейфа ключей, ключи 2 и 10 лучше применить различного типа приводимости однако, применяя специальные схемы компенсации выбросов и дрейфа ключей, в устройстве управления ключами 11 можно достигнуть также очень высокой компенсации их выбросов и дрейфа. Без компенсации выбросов и дрейфа ключей невозможно измерять сигналы малых уровней с достаточной точностью и стабильностью. В предлагаемом устройстве дополнительная индикация осуществляется введением в схему второго компаратора, схемы совпадений и одного транзистора со светодиодной нагрузкой в схеме индикации состояний. Если в предлагаемом устройстве перед сигналом возбуждения ключей 2 и 10 установить уровень опорного напряжения равным нулю, и, если входной сигнал равен нулю, то это однозначно будет отображено устройством индикации состояний, т.е. предлагаемое устройство является высокочувствительным нуль-органом, которое реагирует не только на переходящие .через нулевое значение сигналы, но и на значение, когда этот сигнал равен нулю. Это является большим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными, так как расширяет его функциональные возможности. В известной схеме ключи открыть1 длительное время, поэтому дифференциальный усилитель работает в режиме усилителя постоянного тока с непосредствен- З ной связью, с дрейфом, пропорциональным его «<оэффициенту усиления, а в предлагаемом устройстве этот усилитель вкл«очен по схеме усилителя пе— ременного тока и его дрейф пренебре- 4О жимо мал. Дальнейшее ослаблен;,дрейфа усилителя осуществляется с «о мощью ключа 5, который открывается с небольшим запаздыванием, что «<еобходимо для подавления выбросов в вы- 4 ходном напряжении усилителя, работающего в режиме усиления малого сигнала. Эти выбросы проникают на вход усилителя при насыщенных ключах 2 и г

10 в виде помех от работы посторонних элементов и устройств. Подавление этих выбросов позволяет повысить разрешающую способность в 10-15 раз

Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высокой стабильностью, точностью и разрешающей способностью измерения входного сигнала по сравнению с известными схемами, что позволяет применить его во многих измерительных устройствах и приборах для измерения и контроля параметров всевозможных полупроводниковых элементов и интегральных схем.

Формула изобретения

Преобразователь сигнала, содержащий два ключа, одни входы которых подключены к устройству управления, другие входы соответственно к источнику опорного напряжения и к входной шине, а выходы — ко входам дифференциального усилителя с разделительным конденсатором на выходе, и устройство индикации состояний, входы которого подключены к выходам компараторов напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности, в него введены третий ключ, один вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя,другой вход с соответствующим выходом устройства управления, а выход подключен к инвертирующему входу первого н неинвертирующему входу второго компараторов, и элемент совпадения, два входа которого подсоединены к выходам компараторов, третий вход связан с устройством управления, а выход подключе«! к дополнительному входу устройства индикации состояний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Корн Г. и Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. М., 1967, с.184.

2. Патент СШ«« 9 4068138, «<л. 307-262, 1976.

813762

1 е д

Составитель Л. Колосков

Погориляк Техред Н.Майорош Корректор Н.Григорук

Редактор М.!

Эаказ 835/79 Тираж 9 88 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4