Преобразователь напряжения в интервал времени

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9) 01) (504 Н 03 М А НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ О 4 68. Бкл. У 14кий политехнический тся к областихники и мо"ри создании и переменноойствах перации. Цельювышение точП, Першенкндин ву нтегрирующи Энергия, оставленна то в извес в Э,вател яжения элек" сис- Энероперационный опорного то" а источник олнен на ста ров М СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ(57) Изобретение относэлектроизмерительной т жет быть использованоточных АЦП постоянногго тока, а также в уствичной обработки.инфоризобретения является иности преобразования,цель достигается тем,ный преобразователь наптервал времени введеныусилитель 5, источникка 6, четыре резистораопорного напряжения выбилитроне 7. 2 ил.(2) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при создании точных ЛЦЙпостоянного и переменного тока а5также в устройствах первичной обработки информации, в составе ИИС иИВК,Целью изобретения является повышение точности. 10На фиг. 1 представлена схема пре"образователя напряжения в интервалвремени (ПНВ); на фиг. 2 - временныедиаграммы, поясняющие его работу.ПНВ содержит четыре резистора 1-4, 15операционный усилитель 5, источник, 6опорного тока, стабилитрон 7, переключатель 8, интегратор 9, сравнивающее устройство 10 и источник 11порогового напряжения, 20Рассмотрим работу ПНВ.Операционный усилитель 5, резисто ры 3 и 4, стабилитрон 7 и источник 6тока представляют собой Формировательопорного. напряжения Ч , осуществляющий одновременно суммирование (вычитание) входного Чи опорного Чнапряжений, причем в этом случаеиспользуется одно опорное напряжение, формируемое стабилитроном 7.Источник 6 тока служит для задания тока через стабилитрон 7.Рассмотрим случай, когда К,= сю ,а К щ О. Это вполне допустимо, т.к,резйсторы 1 и 2 служат только длямасштабного преобразования входногосигнала при преобразовании сигналовмалого уровня и принципиальной ролив формировании суммы и разности опорного и входного напряжений не играют. В этом случае в точке В (фиг. 1)напряжение равно Ч , т.к. операцион"ный усилитель 5 охвачен отрицательнойобратной связью. Очевидно, что приЧ =О,.напряжения в точках С и Р относительно общей шины ( земли") опреи 45деляются как Тогда при одновременном воздействии двух источников (входного Ох и опорного Ч, ) нетрудно получить выражения для напряжения в точках С и Р: или, если К К 4 и ток через стаби" литрон существенно больше. тока через К и К 4 а то получим Таким образом, на выходе рассмот"ренной схемы мы получаем.два напряжения, одно из которых равно суммепреобразуемого и опорного напряжений (5), а другое их разности (6).Как уже отмечалось, резисторы 1 и2 введены в схему для того, чтобыиметь возможность для дополнительныхсредств усиливать входной сигнал ,Действительно, если сделать К,Ф оои КО, то мы получим возможностьрегулировать коэффициент передачи 0на выход схемы. Можно показать, чтов этом случае напряжение в точках Си Р будут определяться выражениямиУ Ч + ае + еаеее(тее ) +с Х К К К +К 4Ч,Кэаа(7)К+К2Кэв х К, К (Кэ К 4).чае(8)Кэ+КФ1Сформированные подобным образомнапряжения (5), (6) или (7), (8)подаются через переключатель 8 навход интегратора 9,Пусть в первоначальный момент переключатель 8 находится в нижнем положении и на вход интегратора 9 подается разность входного Б и опорного Ч напряжений, а так как значение Ч выбирается таким образом,чтобы оно превосходило максимальнодопустимое значение Ч, то выходноенапряжение интегратора 9 (при даннойсхеме его построения) будет линейноувеличиваться (фиг. 2), Это первыйтакт работы ПНВ, в течение которогопороговое напряжение У положительно. В момент равенства выходногонапряжения интегратора 9 и Ч сра"батывает сравнивающее устройство 1 О,изменяется полярность напряжения наего выходе (фиг. 2) и, соответствен"+Т 2 Ч.,(10)25 где Ч и Ч - напряжения на входеинтегратора в первом и втором циклах, в общем случае определяе-.мое выражениями (8) и (7);Г = КС - постоянная интегрирования.Принимая К. =В=К, подставив в уравнения (9) и (8) значение Ч и Ч из (8) и (7) и решая эти уравнения относительно (Т "Т), получим следующее выражение: 30 35 т -т е 2 - (т +Т ) (1+ -" + -- ).Ч Кг КЧ,Если мы производим оценку результата преобразования за некоторое фиксированное время Т, в которое укладывается и малых циклов (Т+Т),то окончательное выражение для функции преобразования будет иметь вид 40 45ЧхЬтвьХ (Тя, -Т . )2 -"-ТК т (2)+ К/ К,) - масш табный коэффициент, К 1 при К =оо.Преимущества предлагаемого устрой"55 ства следующие.Во-первых данный ПНВ обеспечивает более высокую точность, т,к, в но, полярность порогового напряжения на - Ч, Кроме того, переключатель 8 подключает на вход интегратора 9 сумму входного и опорного напряжений. Начинается второй такт работы5 ПНВ, в течение которого напряжение на выходе интегратора линейно изменяется в противоположную сторону, пока не будет равно - Ч . Вновь срабатывает сравнивающее устройство 10, изменяется полярность его выходного напряжения, полярность порогового напряжения, и переключатель переводится в нижнее положение. Далее цикл повторяется.В течение первого Т, и второго Т тактов преобразования выходное напряжение интегратора описываетсяследующими уравнениями: 20 нем используется только один источник опорного напряжения, что принципиально невозможно во всех известныханалогичных схемах,Во-вторых, в данном ПНВ нет необходимости выдерживать равенство постоянных времени, т.к. используетсяодновходовой интегратор. Это сталовозможно благодаря тому, что формирование суммы (разности) входного иопорного напряжений происходит доинтегратора, что также выгодно отличает данный ПНВ от аналогичныхустройств.И, наконец, в данном ПНВ введениемдвух резисторов или резистивной матрицы (если необходимо иметь несколько масштабных коэФфициентов) обеспечивается требуемое (масштабированное) усиление входного сигнала.Формула изобретенияПреобразователь напряжения в интервал времени, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход - спервым входом сравнивающего устройства, второй вход которого подключенк выходу источника порогового напряжения, выход сравнивающего устройства является выходной шиной и соединен с входом источника пороговогонапряжения и управляющим входом переключателя, первый и второй информационные входы которого соедине"ны соответственно с первым и вторымвыходами источника опорного напря"жения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены операционный усилитель,источник опорного тока, четыре резистора, а источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне, причем неинвертирующий вход операционного усилителя является входной шиной, а инвертирующий вход соединенчерез первый резистор с общей шинойи через второй резистор - с первымивыводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с катодом стабилитрона, выходом источника опорного тока и является первым выходом источника опорного напряжения, а второйвывод четвертого резистора соединенс выходом операционного усилителя,анадом стабилитрона и является вторым выходом источника опорного на"пряжения.585/56 Тираж 928 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб, одписноеССР д. 4/5 Про Проектная, 4 дственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород