Быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное

О П И С А Н И Е низамаИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1) М. Кл,6 01 фу, 19 с присоед2) Приорите осударственнын комитетСовета Министров СССРпо делам изобретеннйи открытий(72) Авторы изобретения1) ЗаявительКуйбышевский политехнический ин им. В.В.Куйбышеваф;:, Быстродействующий преобразователь, 1.еремвнного напряжения в постоянное Изобретение относится к Об ласти изцерительной техники,Известны быстродействующие преобразователи переценного цапряжения в постоянное, содержащие выпряцляющие диоды, усилитель и резистор обратной связи.Однако в этих преобразователях при изценении фазы входного напря кения на 180" полярность въходного сигнала не ценяется. Кроце того, известные преобразователи ицеют низкое быстродействие при частотных входного сигнала 2 оФО Гц оно составляет 7-10 сок).Эти недостатки не позволяют эффективно использовать указанные преобразователи в систоцах сбегающего контроля, когда входной сигнал поступает поочередно от нескольких дифференциальных датчикоэ.Для расширения частотного диапазона преобразовании и повышен чувствительности в предлагаецый преобразователь введены диффоренцирующий элецент, регистроключи, усилител -огранйчитоль, триггер, интегрирующие конденсаторы,резйстор нагрузки, фазочувствитольный усилитель, вход которогосоединен с эыходоц усилителя ичерез выпряцляющие диоды первый,второй ключи - с эходацитретьего 1 о и четвертого ключей,а также свходоц усилителя=ограничителя,причец вход триггера подключен квыходу фазочувствительного усилитоля, первый эыход ого соединен 1 а С уПраВЛяЮщИцИ ВХОдацИ ВторОГО,пятого ключей, второй вход егос управляющицй эходаци первого,второго ключей; кроце того, выход усилителя через резистор об РатНой СВЯЗИ ПОДКЛЮЧЕН К ВХОДаЦптго и щестого ключей, ходыкоторых соединены соответственно с входаци первого и второгоключей; кроце того, выход усили 2 бтеля=ограйичителя йо 21 ключен к5ходу регистра, соответствующиевыходы которого соединены с управляющими входами третьего,четвертого, седьмого, восьмого,девятого и десятого ключей, причем выход третьего ключа подключен к первому интегрирующамуконденсатору, входам седьмого идевятого ключей, а выход четвертого ключа - к второму интегрирующему конденсатору, входаивосьмого и десятого ключеи, авыходы девятого и десятого ключей соединены с сопротивлениемнагрузки.На чертеже изображена блоксхема описываемого преобразователя, состоящего из дифферонцирующего звена 1, усилителя 2резистора 3 обратной связи, аэочувствительного усилителятриггера 5, выпрямляющих диодов6 и 7, ключей 8-11, коммутирующих йаправленив тока в нагрузкапреобразователя, ключей 12-17усилителя=огранйчитоля 18,разрядного регистра 19 ийтвгрирующих конденсаторов 20, 21 инагру зки 22 преобразователя.Принцип деиствия преобразователя заключается в следующем.Пороменнов напряжение, подаваемое на вход преобразователячерез диффарвнцирующве звено 1,включено встречно с напряжениемобратной связи, снимаемым с резистора 3, так, что на вход усилителя 2 воздействует разностьэтих напряжений ь ц . Свпхода усилителя 2 усиленноенапряжение К 2 с ( здесь К 2 коэффициент усиления усилителя 2)поступает на диоды 6,7 и усилитель 4 с синхронным детектором,Если напряжение на выходеусилителя Ф положительно и достигает заданного уровня, то триггер 5 находится в строго заданном состоянии, так что ключи 8,11 открыты, а ключи 10, 9 закрыты. В результате на входе усилителя=ограничителя 18 появляется постоянная составляющая положительной полярности.При смена фазы сийфазнойсоставляющей входного напряженияна противоположную (оуноситальноопорного напряжения ЕС, Оп ) изменяется полярность напряженияна входе триггера 5, в результатечего измовются уровни напряжений на вго выходах и состоянияключой. Ключи 8,11 закрываются, 10 15 20 25 35 45 50 55 где 8 х, - амплитуда входногонапряжения;с - напряжение, до которого заряжаетсяконденсатор эа интервал времениКф - коэффициент передачи диффервнцирующего звена 1;п 2 - число периодов, в а ключи.у,10 открываются, напри-, мер, напряжение на входе коммутатора (ключи 8,П) становится отпипятельдым.Напряжвнйв с выхода коммутатора поступает на усилитель=ограничитель 18, который усиливает пульсацию этого напряжения. При переходе через нуль напряжения на входе усилителя один раз за период происходит изменение состояния регистра 19, в результате чего за несколько периодов срабатывают ключи 12-17 в следующей последовательности: сначала открывается ключ 12, и конденсатор 20 заряжается током через диод и открытый ключ 10 (или 11) в зависимости от фазы входного напряжения, при этом ключи 13-16 закрыты и только ключ 17 открыт.В течение нескольких периодов,в зависимости от числа разрядов регистра 19, конденсатор заряжается, после чего исипульсы с регистра закрывают ключи 12,17 и открывают ключи 15,16 . Койденсатор 20 подключается последовательно нагрузке 22, создавая через нев ток. В следующий такт ключ 15 закрывается, а ключ 13 открывается, происходит заряд конденсатора 21 током через открытый ключ 10 или 11.После окончания заданного времени заряда ключи 13 16 закрываются, а ключи 14 и 17 открываются.При этом параллельно нагрузке 22 подключается заряженный конденсатор 20, а конденсатор 21 отключа ется от нагрузки и разряжаетсячерез ключ 1 М.Таким образом, в любой моментвремени параллельно нагру зке подключен конденсатор 20 или 21, заряжанный до напряжения, определяемого по формулец К 1 2 ду2.КфятО.хлрс-Бхзо4 О 32 З 6тгоальных микросхемах.В случае преобразования сигналов с емкостных или воздушнотрансформаторных датчиков перемещений необходимость в дифференцирующем звене 1 отпадает. течение которых происходит заряд конденсаторов,С - емкость каждого конденсатора;- угловая частота;К - козффициент преобразоваг.ния преобразователя напряжения э ток.Если сопротивление нагрузкивыбрать достаточно большим, тонапряжение на конденсатора за время пТ+ 1 Т будет практическинеизменно, Здесь ГТ - интервалвремени, в течение которого открывается ключ 14 или 15 для разряда соответствующего конденсатора,Из соотношения (1) видно, чтонапряжение на нагрузке не зависитот частоты и пропорционально токузаряда конденсаторов, который придостаточной глубине обратной связи с высокой точностью пропорционален входному переменному напряжению. Значения т ивыбирают так, чтобы возможные запаздывания срабатывания ключей не эносили существенной погрешности.На низких частотах когда период 7 весьма велик 0,2-0,08сек) время переходного йроцессапредлагаемого преобразователя непревысит (2-5) ТНа высоких частотах, когдадлительность периода Т соизмерима с временем запаздывания ключей при переключении, целесообразно, с целью увеличения точности, вйбирать параметры т идостаточно большими путем увеличения числа разрядов а регистра19.Как видно, быстродействиепредлагаемого преобразователя получается аущественно более высоким по сравнению с известнымипреобразователями, особенно нанизких частотах, йри этом обеспечивается чувстэйтельность к сменефазы входного напряжения на противоположную.Схема преобразователя легковыполняется на стандартных инПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯБыстродействующий преобразова, тель переменного напряжения в постое янное, содержащий выпрямляющие диоды, усилитель и резистор обратнойсвязи. о т л и ч .а ю ш и й с я темчто, с целью расширения частотно-го диапазона преобразования и повышения чувствительности, в неговведены дифференцирующий злемент,регистр, ключи, усилитель=ограничитель, триггер, интегрирующиеконденсаторы, резистор нагрузки,фазочувстэительный усилитель,вход которого соединен с выходомусилителя и через выпрямляющиедиоды, первый и второй ключи - с 25 входами третьего и четвертогоключей, а также с входом, усилителя=ограничителя, причем входтриггера подключей к выходу фазочувствительного усилителя, первый зо выход его соединен с управляющими входами второго, пятого ключей,второй вход его - с управляющимивходами первого, второго ключей;кроме того, выход усилителя через з 5 резистор обратной связи подключенк входам пятого и шестого ключей,выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго ключей; кроме того, выход 4 о усилителя=ограничителя йодключенк входу регистра, соответстэующиевыходы которого соединены с управляющими входами третьего, четвертого, седьмого, восьмого, девято го и десятого ключей, прйчем выход третьего ключа подключен кпервому интегрирующему конденсатору, входам седьмого и девятогоключей, а выход четвертого ключа 5 о к второму интегрирующему конденсатору, входам восьмого и десятого ключей, а выходы девятого идесятого йлючей соединены с сопротивлением нагру зки.