Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик) М, Кл. Н 03 К 33/1 присоединением заяв осудврственный номитетСовета Министров СССРпо делам иэооретенийи открытий(45) Дата опубликования описани 2) Авторы изобретен Л,Арикайнен, Э. Я, Ске даков явите 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КОДИзобре ение отосится к аналоговой, вычислительной и измерительной технике, можетбып, использовано в устройствах ввода-вывода цфров.х выч:с:ительных машин, а такжедля построения нфровых измерительных приборов, средств контроля и автоматикиИзвестен преобразователь постоянного напряжения в последовательный код, содержащий операционный усилитель, элемент сравнения, двухтактный аналоговый запоминающийблок, входной ключ, источник опорного напряжения, коммутатор опорного напряжения, блокуправления и управляющий триггер, регистри индикатор )) .Недостатки этого ус; ройства - низкая точность преобразования вследствие влияния смещения и дрейфа нуля операционного усилителяи элемента сравнения и низкое быстродействие.Наиболее одкзок к предлагаемому преобразователь постоянного напряжения в последовательный код, содержащий операционный усилитель, соединенный с суммирующей цепью, элементом сравнения и входным коммутатором,двухтактный ана" эговый запоминаю, ,й блок,коммутатор эталонного напряжения и бл к управлсИя; гри этом триГгер подк,ое . элеме.ту сравнсия и коммутатору эталоного напря.жсния )2),Это устройство обладает невысокой точностью преобразования и низким быстродействиемЦель изобретения - повышен е быстродействия и точности преобразователи.Поставленная цель достигаетсч тем, что в 5 преобразователь постоянного напряжения в последовательный код, содержащий операцион ный 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 комму татор с тремя ключами и дополнительный ключво входном коммутаторе, один из выводов которого соединен с общей шиной, а дтугой - 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 кондея.саторами двухтактного аналогового запоминаюгцсо блока, вход третьего ключа - с общей шиной, вход двухтактного аналогового запоминающего блока подключен к выходу элемента15 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 запоминающего 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, состоягцая 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 1 О через ключи 14, 21 и 18 соответственно подключаются к земляной шине, Через ключ 22 выход элемента сравнения 12 подключается к конденсатору 23 и согласуюшему элементу 24, В результате в режиме коррекции образуется контур 100%-ной отрицательной обратной связи, и конденсатор коррекции заряжается до напряжения(Ь Ч, + Ы.1, + Ъ 3,) Кк =1 где К -- коэффициент усиления элемента срав нения; 5 1 О го 75 зо 35 40 45 50 55 ьо Л 11, Лг, Л 11; - приведенные ко входузначения смещения и дрейфа нулевого уровнясоответственно согласующего элемента 24, операционного усилителя 1 и элемента сравнения 1 О;ф - коэффициент обратной связи, ф = .Так как для операционного усилителя, используемого в качестве элемента сравнения,К ) 1000, то напряжение с большой точностьюравно суммарному значению смещения и дрейфа нулевого уровня операционного усилителя 1 и согласуюшего элемента 24. Суммарноесмешение и дрейф нулевого уровня этих элементов не превышает 20 - 30 мВ, т.е., учитываямедленное изменение этой величины, цепь коррекции позволяет с достаточно высокой точностью скомпенсировать смещение и дрейф нулевого уровня операционных усилителей.Напряжение коррекции .1, в режиме преобразования включается последовательно с эталонным источником и сохраняется на конденсаторе 23 с достаточно высокой точностью навремя преобразования.В режиме преобразования каждый разрядпоследовательного кода определяется в течение одного такта, состоящего из двух полутактов, причем в первом полутакте напряжение,формируемое на выходе усилителя 1, сравниается с нулевым уровнем, поступаюшим наэлемент сравнения 10 через ключ 17, Усилитель 1 в первом полутакте формирует на выходе напряжение1-был 21-Вдгде. - эталонное напряжение;11, - преобразуемое напряжение, поступаюшее на инвертирующий вход усилителя 1.Во втором полутакте на одном из конденсаторов запоминающего блока 3 запоминаетсяапряжение усилителя 1, которое формируетсяв соответствии с выражениемИ., = 211,.;,а;,где 1 при О г 01 - результат сравнения.10 при Ьйл- ОДля ускорения процесса запоминания напряжения 1 конденсаторы 4, 5 блока 3 заряжаются с выхода элемента сравнения 10 черезключи 8 или 9, При этом на неинвертируюшийвход элемента сравнения 10 подается 1.1 ана инвертируюший - напряжение с конденсаторов 4, 5 через ключи 19, 20, т.е. в режимезапоминания элемент сравнения О работаетс отрицательной обратной связью.Старший разряд кода определяется следующим образом.Преобразуемое напряжение через коммутатор 11 на время первого такта подключаетсяк неинвертируюшему входу усилителя 1. Напряжение 11, через ключ 13 коммутатора 12, конденсатор 23 и элемент 24 подается на суммируюшую цепь 2. На выходе усилителя 1 формируется напряжение которое сравнивается с нулевым потенциалом; поступающим черезключ 18 коммутатора 17 на другой вход элемента сравнения О. Результат сравнения запоминается триггером 15. Если в триггер 15при сравнении записана единица (а, = ), вовтором полутакте ключ 13 остается замкнутым;606206 Форщ,та изобретения Составитель Д. ГолТехред О.ЛуговаяТираж 1086 вич Корректор Н. Тупица Годписное Редактор Б. ФедотоЗаказ 241636 тета Совета Министровний и открытийРауинскан иаб.; д. 45Ужгород, ул. Проевна Н И И П г Госу да рственн по делам3035, Москва,Филиал ППП Патго ком изобрет М(.35, т, г. при этом 1".= 2 Ц, - Ц, Если в триггер 15 записан нуль 1 а; = 0), во втором полутактс ключ 13 размыкается, а ключ 14 замыкается; при этом 1.1, = 21.,вк.Напряжение 1.а 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 сравненияО 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 1 через ключ 6 поступает напряжение, запомненное на конденсаторе 4. Напряжение 11, во втором такте запоминается на конденсаторе 5, для чего замыкаются кл)очи 20 и 9.Следуюцие 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;сспечнвает высокое быстродей ствие благодаря ускорению заряда конденсаторов аналогового запоминающего блока и высокую точность благодаря коррекции смещения и дрейфа нулевого урогя 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 запоминаюший блок с конденсаторами, коммутатор эталон.ного 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, согласуюший 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 инвертируюшему входу элемента сравнения, одни из входов двух ключей дополнительного коммутатора соединены с конденсаторами двухтактного аналогового запоминаюшего устройства, вход третьего ключа - с общей шиной, вход двухтактного аналогового запоминаюшего 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 суммируюшей цепи.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Патент США358881, кл. 340-3471 Н 03 К 13/17), 1971.2. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы, Высшая школа, 1973.