Преобразователь сигнала

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Н 03 К 5/24 Государственный комитет СССР по дедам: изобретеиий и открытийДата опубликования описания 15.0381(72) Автор изобретен и П. Медведев 71) Заявитель 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛ 2 н 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 обусловлено 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 сущ ости 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 ключи на входе дифференциального усилителя, задавая таким образом два различных режима с различным усилителем. Эти два состояния различаются с помощью схемы индикации состояний 2 .К нЕдостаткам данного преобразователя относится наличие зоны неопределенности компаратора и его дрейф, дрейф диФференциального усилителя постоянного тока. Кроме того схема индикации состояний не показывает состояния, когда входной сигнал равен опорному,это состояние отображается с помощью аналого-циФрового преобразователя и устройства цифровой инди 81376250 ходы компараторов б и 7 подключены ко входу устройства индикации состояний 8 и однонременно к двум отдельным входам элемента совпадений9, выход которого также подключен ковходу устройства индикации состояний8. Входной сигнал подается на вход9 ключа 10, выход которого подключенко входу суммирующего дифференциаль 60 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 способность и точность устройства.Целью изобретения являетсяшение разрешающей способности и точ" 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 квходной 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 которогоподсоединены к выходам компараторон,третий вход связан с устройством управления, а выход подключен к дополнительному входу устройства индикации состояний,На Фиг. 1 изображена основнаяФункциональная схема устройстна; нафиг. 2 - временная диаграмма устройства, поясняющая его работу.В соответствии со схемой Фиг,. 1,выход источника стабилизированногоопорного напряжения 1 подключен ковходу 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 которогон свою очередь подключен к объединенным неинвертирующему входу компаратора напряжения б и инвертирующемувходу 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 стабили.зированный сигнал постоянного тока (см, Фиг, 2 д), а на вход 9 ключа 10 медленно изменяющийся сигнал постоянного тока (см, Фиг, 2 а ), 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 друга (см,фиг.26). Полученная разность усиливается суммирующим дифференциальным усилителем 3 (м, Фиг. 2 г ) и через разделительный конденсатор 4 поступает на вход ключа 5 (см, Фиг. 2 Д ), 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 е ) . 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" (см. Фиг. 2 Ж ), когда входной сигнал меньше опорного - на выходе компаратора 7 будет, высокий уровень соответствующий логической "1",Когда входной сигнал равен опорному на выходе компараторон б и 7 будут низкие уровни, соответствующие уровню логического "0" (см. Фиг. 21( ), 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 типонДля более эффективной компенсации выбросов и дрейфа ключей, ключи 2и 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 15 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 высокочувствительцым нуль-органом, которое реагирует не толыо 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 открыть 1 длительное время, поэтому дифференциальный усилитель работает в режиме усилителя постоянного тока с непосредствен ной связью, с дрейфом, пропорциональным его коэффициенту усиления, а в предлагаемом устройстве этот усилитель В 1(лючен по схеме усилителя пе - ременного тока и его дрейф пренебре жимо мал. Дальнейшее Ослабление,црейФа усилителя осуществляется с помощью ключа 5, который открывается с небольшим запаздыванием, что необходимо для подавления выбросов в вы ходном напряжении усилителя, работающего в режиме усиления малого сигнала. Эти выбросы проникают на вход усилителя при насыщенных ключах 2 иг 10 в виде паьех от работы посторонних элементов и устройств. Подавление этих выбросов позволяет .овысить разрешающую способность в 10-15 разТаким образом, предлагаемое устройство обладает более высокой стабильностью, точностью и разрешающей способностью измерения входного сигналапо 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 изобретенияПреобразователь сигнала, содержащий два ключа, одни входы которыхподключены к устройствууправления,другие входы соответственно к источнику опорного напряжения и к входной шине, а выходы - ко входам дифФеренциального усилителя с разделительным конденсатором на выходе, иустройство индикации состояний, входы которого подключены к выходамкомпараторов напряжения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения разрешающей способности иточности, в него введены третий ключ,один вход которого соединец с выходом дифференциального усилителя,другой вход с соответствующим выходомустройства управления, а выход подключен к инвертирующему входу первого н неинвертирующему входу второгокомпараторов, и элемент совпадения,два входа которого подсоединены к выходам компараторов, третий вход связан с устройством управления, а выход подключен к дополнительному входу устройства индикации состояний.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кори Г. и Корн Т. Электронныеаналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, М 1967, с.184.2. Патент США Р 4068138,кл. 307-262, 1976.Тираж Государс елам изо 988венногоетений и комитета открытий сная на