Устройство для сравнения напряжений

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУи д ву -Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 111003014/О Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) УСТРОЯСТВ СРАВНЕНИЯ НАПРЯЖЕ к автомаифровой изжет быть иссравнения напряжений зователей, широтно-имифровых изя сравн е блок соедине входом нератор ряжения ра, вых ому вхо т р ю тройст и мала наявляютс дежностНаиб сущност устройс содержа которог вторым через г я н о а м, в Изобретение относитсятическому управлению и цмерительной технике и мопользовано в устройствахпостоянных и переменныханалого-цифровых преобрарегуляторах напряжения,пульсных модуляторах и цмерительных приборах,Известны устройства дния напряжений, содержащравления, выход которогонепосредственно с первымвого триггера, а через глинейно изменяющегося нас первым входом компараткоторого подклочен к втопервого триггера Г 1.Недостатками данных уя низкая точность ь.олее близким по технически к предлагаемому являетство для сравнения напряжещее блок управления, выхоо соединен непосредственнвходом второго триггера,енератор линейно изменяющФяжения - с первым компараход которого подключен к 4.1081 (21) 3347425/18 второму входу первого триггера, первый и второй ключи, выходы которыхсоединены с входом компаратора, авторые входы - с выходом первого триггера, Причем на первый вход данногоустройства подается сумма напряжений 0 + О , а на второй О Таким образом на выходе устройстваформируется импульс, длительностькоторогс равна ол + 13 вх) "оп вх фт.е, абсолютной величине одйоГо извыходных напряжений, в зависимости отого, на какой из входов они поданы. Отсюда следует, что данное устройство выполняет функцию не сравнения двух уровней постоянного на-,пряжения, а определения одного изних. Далее сигналы на входах логическогс элемента И находятся в противофазе, а значит, получить на выходеустройства импульс, пропорциональныйОвх, не представляется возможным,для нормальной работы в начальныймомент времени триггер необходимоустановить в единичное состояние (2).К недостаткам данного устройстваотносят"я его низкая надежность ипомехозащищенность,Цель изобретения - повышение надежности, помехозащищенности и рас 003014ШИрС.11 ИЕ ф,НКП 3531111 к ВС 13;С С;1 о; - тей устройства.П О С Т с Е 3 Л Е 1 11 с 3 Я 11 с. 1 Ь,110 С 11 Д Е 1 С 5 тем, что в устрогСво для ср,Неия напр яжени П, с:одерждщее задс,щи 11 генератор прямоу Ог 1 ных 1 пуьсо 13, 5 снязанн.;и ныходом епосРе 1 спзе 1 с с нходОм стдоьки в Уь :сРНОГО триггера и через геердтор гилообразного ндг:ряжени 53 сеиверсым 13 хс- дом компаратора, выход которого е- О рез согласующее звено поендюне к счетному входу первого триг 1, ра, источники опорного и и:3 меряемого дпр 5 жений Одк 101 е 1:е черосокму 1 с - циОнь 1 ые цсп соотвс.тс 513 е 5 с:е.5 ОГОс и второго ключей к инверсному входу КОМПаРаТОРД, а УГРс В 1,1 ЮИ Е Б Х 05 Ы У 0 - МЯ Н У ТЬ Х К ЛСЧ С и С О О Е 3 Е Т С Т Е 3 С 1 0 К П Р 51 - МОМУ И 113 ЕРСОМВ;.ХС)сцсМ 1 Т)РОГО триггера, первую и в гору:с ТРех 13 хоО НЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМ:; СРсВСИ 5, ПЕР- вые входы котоРьх ссответстьс:о под - ключены к прямому и нвероому выхс- дам второго трггард нторыс. входь объедиеы и подксяе 1 к рямому 2. ньходу гсрно о тРи 1 еерд и:лсмсИт задержк 1, выпо;е 1 ый, дрлер, ь виде 5 -триггера и 5 ОГескоео элемента И-НЕ, выход которого соедине С ВХОДОМ УСтДНОВКИ Ь УЛ, Рсэ-ЕРГГСРа, и является вь;ходом элемента -ддержкиЗО первьм входом которого являет я вход уотсдгО 3 СИ В ЕДИ 1;ц; Ксб - Тр 1 -Ерд д вторым входом - второй вход; Огического элс 1 етд И - НЕ, первый вход ко -5 С ТОРОГО СОЕДИНС Н С ПР 5 МЕ 11 33 ЫХСДОМ- ТРИ Г 1" сЭД, "В С.,Е Н .3101 И С.СКИН элемс 1 т РЕ, вхОД (О.ГОрОГО (.ОсД 113 с выходом согласующего звена, а выход - с третьими зходами ;ервой и второй схем сравнеия, и ждущий 40 мультивибратор, вход которого годключен к ныходу задающего генератора а выход - к первому входу :лемента задержки, второй вход соедине с вы- ХОДОМ СОГЛДСУЮЩЕГО Знена, а ВсХОД со счетным входом второго триггера. На фиг. 1 приведена функциональая схема устройства для срдвнеия напряжений на фиг. 2 - времеые дирс) аграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит задающий генератор 1 прямоугольых имгуьсо 3, генератор 2 пилообразного ндг;ряжеинс компаратор 3, первьй 4 и второи 5 ключи, первый 6 и второй 7 триггеры ,причем второй триггер гредстдвляет СОбОЙ ДВУХТД 1 СТНЫЙ ЕСИХРОННЫЙ Е - триггер, первй универсаьн Й,С- триггер ), элемент 8 задержки, в состав которого входят днухтактпый Яэ -триггер 9 51 логический элемент И-НЕ 10, логический элемент НЕ 11, первую 12 и вторуа 3 3 логические схемы сраьнеия, согласующее звено 14 и ждущий мультивибрьтор 5.1 Э У .1О:1 с 1 ) дб 01 сссОСДУюЩим .3 с к:3 см .пмульс:ом Рlс с.е,дтора 1 за - 3 уссдетс генэра гор 2 илообразного 55 жсия, трггер 7 1 О входу устаовки в нул с устанавливается в.с.ос: с.остояНе 0 = О, импульсом Р 5, сс сдущего мулыинибратора 15 триггер 9 по входу установки в едину 6 устанавливается в единичое сос:тояние 0 = 1. Рсяссмотрим слу;1, КОДа ИЗМЕРЯЕМОЕ ДГРЯжЕНИЕ О боьье ог:ор 01 о .5 (О ) О ) при -СГ Х СП ) чем 13 и Омоут быть любой поляе - ости. Пусть триггер 6 в момент подачи ; схему напряжения питания уста- НОВИ.С 51 В ЕДИНИЧНОС. СОСТОЯНИЕ Т,Е.= .1 . Е 1 иничым сиГнслом с прЯмое О ыхОДсд тр 1 Г 1-срд 6 пеР)вый 4 ключ откроетс 51, д ьтсрои 5 закроется. При э"ом а инверсный вход компаратсрд 3 ссту:дет Опорное напряжение И.3 . Д НД ЕГО ЕИНВЕРСНЫй ВХОД С ге:ератора 2 поступает напряжение 02 В момс;т равенства этих напряжений ссс:то 5 Ре на выходе компаратора 3 и:3 менит полярность с отрицательной д Положительную (т,е. образуется :30:окительый перепад напряжения ), Поскольку логические элементы требу:от положительного входного напряжеия, огрицдтельные импульсы С 53 на :ыходе ко"паратора подавляются при 1:О;.0 ги согласующего звена 14, так какд вором входе логического,лмс:тд И-НЕ 10 присутствует сиглоги еской едиицы с прямого еыходд триггера 9, образованный на ь;одс; ксмпаратора положительный пе;, е:дд дпряжения Ц, инвертируется и образованным при этом на выходе .лсмс.та И-НЕ 10 отрицательным перепадом напряжения О триггер 6 по счетному входу С, а триггер 9 по ьходу Р устанавливаются в нулевые сос.05 я, тем самым закрывая сигдлом логического нуля элемент И-НЕ 10 , :":ервый ключ 4, открывая сигналом 0 = 1 второй ключ 5, Через откр: ьщийся ключ 5 на инверсный вход комдратора поступает измеряемое напряжение О,.так как величина :дряже ия пилообразной формы (НПФ) д прямом входе компаратора еще не ,ос:тигла уровня Ос, состояние на его выходе снова станет отрицательЫм. Полученным отрицательным перепддом напряжений О, по счетному входу первый триггер 7 переключится ь единичное состояние: 0 = 1. В :.:Омент, когда входные напряжения комдрдтора 3 станут равными, образуется положительный перепад напряжеия, Через некоторое время на участкс. Обрдтного хода НПф вновь станет рдв,м Ц), и состояние на выходе комг;др;тора изменится на отрицательное. ТдКим образом, за нремя прямого иобратного хода НПС на выходе согласующего звена образуются два импульса О 1+ положительной полярности и разной длительности, интервал , между передними фронтами которых про 5 порционален разности входных напряжений Ох " ОопСледует отметить, что триггер 7 в момент поступления второго импуль - са Оо с генератора вновь переключится в нулевое состояние, и нулевой потенциал Оо на его Р входе во время обратного хода НПФ не позволит изменить состояние данного триггера по счетному входу вторым отрицательным перепадом сигнала О 1+с15 компаратора 3 по счетному входу С. Далее для выделения информационного интервала Т , сигнал с выхода согласующего звена 14 через логический элемент НЕ 11 поступает на третьи входы схем 12 и 13 сравнения, на вторые входы которых приходит сигнал О- с прямого выхода триггера 7,при этом на первом входе второй схемы 13 сравнения присутствует сигнал О логической единицы с инверсного вйхода триггера б. Первая схема 12 сравнения в это время закрыта нулевыл сигналом с прямого выхода триггера б.Таким образом, схема 13 сравнения 30 осуществляет операцию логического умножения и на ее вьхое образуется импульс длительностью 7 , равной длительности информационного импульса за вычетом быстродействия логичес кого элемента И-НЕ 10, триггера б и ключа 5, Величина полученной задержки ,3 = ь - Г определяет разрешающую способность устройства, При заданной величине разрешения ьО ,зная заО держку конкретных элементов схемы ,3 можно определить минимальную скорость О,нарастания НПФ или ее крутизну, при которой обеспечивается заданная величина разрек;ения по формуле45дО,ОЬ псхНеодходимо отметить, что наличие задержки З повышает помехоэащиищенность устройства, а соответственным образом подобранная крутизна НПФ позволит обеспечить заданную величину разрешения и точность измерений.В следующий период НПФ импульсом О со ждущего мультивибратора триггер 9 по ходу 5 вновь у.станавлива ется в единичное состояние, открывая сигналом с выхода 0 = 1 логического элемента И-НЕ 10, Триггер 7 ранее установлен сигналом 010 в нулевое состояние, а триггер б йаходится К в нулевом состоянии 0 = О, при этом через открытый второй ключ 5 измеряемое напряжение поступает на инверсный вход компаратора, При достижении НПФ, поступающего на неинверсный 65 вход компаратора 3 величины Ох, навыходе компаратора образуется положительный перепад напряжения, который, инвертируясь с помощью логического элемента И-НЕ 10, устанавливает триггеры б и 9 в нулевое состояние. Тем самым закрывается элементИ-НЕ 10, открывается первый 4 и закрывается второй 5 ключи. При этомна инверсный вход компаратора посту"пает О ( О состояние при этом навыходе компаратора не изменится,так как величина НПФ больше Ох итем более О и, Через некоторое время, когда на участке обратного напряжения хода НПФ станет равным Ооп,на выходе согласующего звена сформируется задний фронт положительногоимпульса 014, который, однако, неизменит состояния триггера по счетному входу С, так как на время обратного хода НПФ на его входе установкинуля Я присутствует нулевой уровеньсигнала с задающего генератора. Следовательно, обе схемы 12 и 13 сравнения в этот период НПФ закрыты нулевым потенциалом О с выхода триггера 7. Поэтому состояние на их выходене меняется независимо от состояниядругих входов схем 12 и 13 сравнения.В третий период НПФ цикл сравненияаналогичен проведенному в первом.Для случая, когда измеряемое напряжение О меньше опорного О пОх(30)работа схемы аналогична с той лишьразницей, что информация о разностивходных напряжений снимается с выходапервой схемы 12 сравнения.В начальный момент, когда Ох == О и = О, а также в частном случае,когда Ох = Оо = сопят, на обоих выходах устройства импульс отсутствует, так как положительный импульс О,образованный в этом случае на выходесогласующего звена, не меняет нулевого состояния триггера 7, поэтомучто сигнал Ов с блока управленияво время обратного хода НПФ имеетнулевой потенциал, а его присутствиена входе установки в нуль триггера7 не позволяет изменить состояние навыходе данного триггера. Следовательно, не меняется и состояние на выходе обеих схем сравнения.Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении надежности, помехозащищенности и увеличении числа выполняемыхфункций устройством для сравнениянапряжений за счет переключения первого триггера по счетному входучерез элемент задержки, блокирующийцепь управления на время обратного хода НПФ;Формула изобретения Устройство для сравнения напряже-ний, содержащее задающий генераторпрямоугольных импульсов, связанный выходом непосредственно с входом установки в нуль первого триггера и через генератор пилообразного напряжения с неинверсным входом компаратора, выход которого через согла 5 сующее звено подключен к счетному входу первого триггера, источники опорного и измеряемого напряжений, подключенные через коммутационные це. пи соответственно первого и второго ключей к инверсному входу компаратора, а управляющие входы упомянутых ключей соответственно к прямому и инверсному выходам второго триггера, первую и вторую логические схе мы сравнения, первые входы которых соответственно соединены с прямым и инверсным выходами второго триггера, вторые входы обьединены и подключены к прямому выходу первого 20 триггера, и элемент задержки, выполненный, например, в виде Ь 5 -триггера и логического элемента Н-НЕ, выход которого соединен с входом установки в нуль Р 5-триггера и является выходом элемента задержки, первым входом которого является вход ус -тнонки н единицу К 5 -триггера, авторым входом - второй вход логического .лемента Н-НЕ, первый вход которого соединен с прямым выходом Йв -триггера, о т л и ч а ю ш е е с ятем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, в него введенылогический элемент НЕ, вход которогосоединен с выходом согласующегозвена, а выход - с третьими входамипервой и второй схем сравнения, иждущий мультивибратор, вход которогоподключен к выходу задающего генератора, а выход - к первому входу элемента задержки, второй вход которогосоединен с выходом согласующего звена, а выход - со счетным входом второго триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 405104, кл, С, 05 В 1/01, 1972,2. Лвторское свидетельство СССРУ 702341, кл, (. 05 В 1/01, 1978