Функциональный преобразователь

(19) 6 О 7/2 ЕЛЬСТВ еобразователь оттехнике и может остроении систем нтроля, Сущность льный преобразоонный усилитель, тор, два коммутанающих конденсахранения, блок й институт им, й социалистиПарамоновский (Б. СССР935,СССР4609227/24, 0 ГО СУДА Р СТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМГ 1 РИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ(71) Киевский политехническ50-летия Великой Октябрьскческой революции(положит, решение по з-ке Ь,Сб 0 7/26, 1938 г. Изобретение относитсяк области информационно-измерительной техники, в частности, к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем.Известны функциональные преобразователи, используемые в информационно-измерительной технике (см например, авт. свидетельство СССР 1 ч.И. 661525, 6 05 Е 1/44, 1979 г 1191892, 6 05 Е 1/44, 1985 г.; положительное решение от 5,04,89 по заявке М 4609227/24,Устройство, описанное в авт. свид, М.661525, содержит интегратор, ключи, нелинейный преобразователь кода во временные интервалы, блок управления. Входной величиной в этом устройстве служит код, а выходной - напряжение, Это обусловлено тем, что входной код преобразуется в промежуточную величину - временные интервалы, физическая реализация которых связана с созданием прямоугольных имУНКЦИОНАЛЬНЫИ ПРЕОБРАЗО(57) Функциональный пр носится к измерительной быть использован при и автоматизированного ко изобретения: функциона ватель содержит операци интегрирующий конденса тора, две группы запоми торов, блок выборки- управления. 1 ил,пульсов, обладающих неидеальным фронтом и спадом. Снижение погрешности от неидеальности формируемых импульсов связано с увеличением их длительности, В результате, это устройство обладает низким быстродействием, что является его важным недостатком. Устройство, описанное в авт. свид. М 1191892, содержит операционный усилитель, конденсаторы, коммутаторы и блок управления, Входной величиной данного устройства служит цифровой код, а выходной - переменное напряжение сложной формы, сформированное с помощью кусочно-ступенчатой аппроксимации, Это устройство может быть использовано для масштабного преобразователя напряжения пропорционально коэффициенту, находящемуся в нелинейной зависимости от входной величины, однако оно обладает низким быстродействием, связанным с необходимостью промежуточного преобразования входного кода в интервалы времени, т, е. с формированием прямоугольных импульсов, 177280801=О о+М 25СпСК 2 Ох СИ 1С Спгде Сп - емкость конденсатора 2,Ох - напряжение на входе устройства, 30СМ 2СпПосле окончания 2-го циклаОх Осмссс 2СпПосле окончания и-го циклаОх + Осм С М 1 д 1-1+ ОООп,и=1 Сп 11=1,п. 40 Воспользовавшись формулами для геометрической прогрессии с О1, получимО. - Оп=Ох+ Оси)К 1Й 2Следовательно, повышение точности пре образования связано с уменьшением Ос, принимающего неизвестные значения, Это связано с использованием высокоточных операционных усилителей, однако добиться полного устранения Ос невозможно и поэ тому мы можем написать, что значения функционала данного устройства(И 1 И 2 Ох, ЬТ, Ьт,см),где ЛТ - изменение времени, Ь - изменение температуры,- напряжение смещения 55 неидеальность фронтов и спадов которых ограничивает возможности по уменьшению их длительности, а следовательно, увеличение быстродействия устройства, Это является его недостатком, 5Наиболее близким по технической сущности является устройство (полож, реш, от 5,04,89 по заявке М 4609227/24).Это устройство содержит операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, два 10 коммутатора, две матрицы конденсаторов и блок управления. Это устройство может использоваться как функциональный масштабный преобразователь, реализующий функцию потенционирования - обратную 15 логарифмированию, однако оно не учитывает наличие на входе усилителя напряжения смещению, Предположим, что перед началом преобразования напряжение на выходе операционного усилителя было равно Оо, а 20 напряжение на входе операционного усилителя составляет О,м. Тогда после окончания первого цикла напряжение на выходе устройства станет равным принимает не конкретное скалярное значение, а попадает в интервал, Это является недостатком устройства,Целью настоящего изобретения является повышение точности функционального преобразователя,Функциональный преобразователь (см. чертеж) содержит операционный усилитель 1, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, интегрирующий конденсатор.2, первая обкладка которого подключена к инвертирующему входу операционного усилителя 1, коммутатор 3, подключенный первым входом к аналоговому входу устройства, матрицу конденсаторов 4, подключенную первыми обкладками своих конденсаторов к выходам коммутатора 3, коммутатор 5, выходы которого подключены к первым обкладкам конденсаторов матрицы б, и блок управления 7, подключенный к цифровому входу устройства, первыми выходами подключен к входам управления коммутатора 3, а вторыми выходами подключен к входам управления коммутатора 5, ключ 8, подключенный к первой обкладке интегрирующего конденсатора 2 и к инвертирующему входу операционного усилителя 1, а также к выходу операционного усилителя 1, ключ 9, подключенный ко второй обкладке интегрирующего конденсатора 2, а также к выходу операционного усилителя 1, вторые входы коммутаторов 3 и 5 подключены к общей шине устройства, входы управления ключей 8 и 9 подключены к третьему выходу блока управления 7, а блок выборки-хранения 10 подключен к выходу операционного усилителя 1, к аналоговому выходу функционального преобразователя и к коммутатору 5 и к четвертому выходу блока управления.Примером построения блока управления 7 может служить совокупность включенных последовательно генератора 11, счетчика импульсов 12, дешифратора 13 и схем совпадения 14, а также дешифратора 15 с соответствующими связями,По команде "Старт" счетчик начинает подсчитывать импульсы генератора 11, Дешифратор 13, дешифрируя состояния счетчика 12, формирует импульсы управления Ф 1, Ф 2, Ф 3, Ф 4, поступающие на схемы совпадения 14 и на управляющие входы ключей 9 и 10 и управляющий вход блока выборки-хранения. На схемы совпадения поступает также выходной код дешифратора 15, являющийся результатом нелинейного преобразования входного кода устройства. Импульсы с выхода схем совпадения 14 поступают на коммутаторы 3 и 5, осуществляющие подключение конденсато 1772808ров матриц 4 и 6, соответственно к аналоговому входу устройства (матрицу 4) и к выходу блока выборки-хранения 8, являющимся аналоговым выходом прибора, Процесс преобразования предлагаемого устройства состоит из нескольких одинаковых циклов. Цикл начинается с того, что дешифратор вырабатывает сигнал Ф 1, поступающий на вход дешифратора 15. По этому сигналу дешифратор выдает код, замыкающий ключи группы Б, Сигнал Ф 1 также замыкает ключ 9 и размыкает ключ 10. В результате, операционный усилитель 1 превращается в повторитель напряжения, а разомкнуть,й ключ 10 препятствует разряду конденсатора 2. Конденсаторы матриц 1 и 6, подключенные одной обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя, а другой к общей шине устройства заряжаются до Осм - напряжения смещения на входе операционного усилителя 1, По сигналу Ф 2 конденсаторы матрицы 4, выбранные дешифратором 15 и схемами совпадения 14 подключаются одной пластиной к аналоговому входу прибора, а другой к инвертирующему входу операцион ного усилителя 1. Т. к, конденсаторы матрицы 4 были заряжены до напряжения Осм, то по сигналу Ф 2 они перезаряжаются до напряжения Ох - О;м. В результате перезаряд связан с изменением заряда, равного ОхС 4, где С 4 - суммарная емкость подключенных конденсаторов матрицы 4, и не зависит от Осм Этот заряд передается на интегрирующий конденсатор 2, Аналогично по сигналу ФЗ на интегрирующий конденсатор 2 передается заряд ОвыхСб, где Сб - суммарная емкость подключенных конденсаторов матрицы б, По сигналу Ф 4 происходит выборка выходного напряжения операционного усилителя 1,Емкости конденсаторов каждой из матриц 4 и б соотносятся между собой, например, как веса разрядов двоичного числа, т, е, они могут быть равными 2 С, 2 С С,о 3 .Й где С - емкость конденсатора соответствующего разряду минимального веса, Таким образом, если на вход устройства поступают коды Н 1 и Чг, которые дешифратором 15 преобразуются соответственно в коды М и Ы 2, управляющие непосредственно коммутаторами 3 и 5, то суммарные заряды передаваемые матрицами 4 и 6 конденсатору 2 в этом случае равны=11 - 1 р;1Ч 2=ОвыхС Ь 2 = ОвыхСМ 2, где а и Ь - значения двоичных цифр 1-х разрядов кодов М 1 и Мг соответственно.Предположим, перед началом преобразования напряжение на выходе операцион ного усилителя 1 было равно Оо. Тогда послеокончания первого цикла напряжение на выходе устройства станет равным ОС 1 Сйг О 1=О.+,. О.СоС Иг) = - 100=ЗА,.2 ОсмОхВ этой погрешности мы не учитываемвременной дрейф, который внес бы еще погрешность, Изобретение обеспечило функциональному преобразователю существенное увеличение точности преобразования, так как его выходное напряже ние инвариантно к напряжению смещенияоперационного усилителя, которое в значительной мере зависит от температуры внешней среды.Формула изобретения 55 Функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине преобразователя, интегрирующий конденсатор, первая обкладка котораОх С И 1 ; О - 1+ О свС.где ) - порядковый номер цикла, )=1,п,Воспользовавшись известными формулами для геометрической прогрессии, запишем выражение для определения 25 выходного напряжения устройства послеокончания переходного процесса, в установившемся режимекО = Оп= ОхррИг30 Чтобы оценить выигрыш в точности преобразования рассмотрим пример, Пусть в качестве операционноо усилителя взят 544 УД 2 А, имеющий гемпературный дрейф ТКОвм=50 мкВС, в процессе работы тем пература изменилась на 30 С, Овх=0,1 В. Упрототипа мы получили бы относительную погрешность177280 В Составите Техред М ь И,Серге оргентал ектор Н,Ревская едактор Заказ 3847 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 го подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, первый коммутатор, подключенный первым информационным входом к информационному входу преобразователя, первую группу запомина ощих конденсаторов, первые обкладки запоминающих конденсаторов которой подключены к выходам первого коммутатора, второй коммутатор, выходы которого подключены к первым обкладкам запомина ющих конденсаторов второй группы, управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с соответствующими выходами блока управления, вход которого соединен с управляющим входом 15 преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй ключи, блок выборки-хранения, выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с первым входом второго коммутатора, выход операционного усилителя соединен с информационным входом блока выборки- хранения и с первыми выводами первого и второго. ключей, второй вывод первого ключа соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к второму выводу второго ключа и к вторым обкладкам запоминающих конденсаторов первой и второй групп, вторые информационные входы коммутаторов подключены к шине нулевого потенциала, а управляющие входы блока выборки-хранения, первого и второго ключей подключены к соответствующим выходам блока управления,