Преобразователь напряжения в интервал времени

(51)5 Н 03 М 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(:Т ТЕ АЗОВАТЕПЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНЕНИ лы, 3 ил. лок.и Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в составе информационно-измерительцых систем автоматического контроля, в частности цифровых вольтметрах для измерения удельного электрического сопротивленияполупРоводниковых материалов двухзацдовым методом, четырехзондовым методом и методом сопротивления растеканияЦель изобретения - повышение разрешающей способности и обеспечение возможности преобразования напряженияобеих полярностей,На Фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя на Фиг. 2 и .3 - временные диаграммы его работы. неццьп, 9 ише логиче вид ой 10цй бльмой я ряжения, восьм сятый 18 ключи табепяй усилител токоаграничива ненньп"ъ в виде 21 и одиннадца гически 3, втор во.(61) 1282331 ,(21). 4634257/ (22) 09.01,89 (46) 15.01.91 (71) Научно-и структорско-т средств контр ры и изделий (72) .А.И. ФедД.А. Кувшинов (53) 681.325(.(56) Авторско Р 1282331, кл (прототип), (54) ПРЕОЪРТЕРМ 31 БРЕМ Бюл. Б 2следовательский конхнологический институт ля электроннои аппарат лектронной техники нин, М.А, Брежнев, и Е,В, Финк88,8)свидетельство СССР Н 03 М 1/52, 1984(57) Изобретение относится к циФровойэлектроизмерцтельной технике и можетбыть использовано в составе информационно-измерительцых систем автоматического контроля, в частности в цифравых вольтметрах для измерения удельного электрического сопротивленияполупроводниковых материалов двухзондовым методом, четырехзацдовым методам и методом сопротивления растекания. Цель изобретения - увеличениеразрепьающей способности и обеспечениевозможности пр еобразовация напряженийобеих полярностей - достигается засчет введения дополнительных элементов и изменения схемы логического Преобразователь напряжения в интервал времени содержит первый 1 и второй 2 ключи, масштабный усилитель 3, операционный усилитель 4, токоограцичцваюший элемент 5, выполненный ца резисторе, третий 6 и четвертый 7 ключи, цакопительцьп элемент, выполконденсатора 8, пятыиключи, компаратор 11,к 12, блок 13 управлеключ 14, делитель 15 напай 16, девятый 17 и дедаполнительцьп масшь 19, дополнительныйющцй элемент 20, выполрезистора, потенциометртыл ключ 22,блок 12 выполнен на пер 24, третьем 25 и чет 1621177. Р - сигналы на первом, втором и третьем выходах генератора тактовых импульсов (блока 13 управления); Юсс - изменение напряжения на нижней обкладкеконденсатора 8 относительно верхней;.В - сигнал на выходе комнаратора 11;С - сигнал на выходе первого триггера27 и на управляющих входах четвертогои одиннадцатого ключей 14 и 22; Р -сигнал на выходе второго триггера 28и на управляющем входе девятого ключа17; Е - сигнал на выходе четвертогоэлемента И 26 и на управляющем входедесятого ключа 18 О - сигнал на выхо.де третьего элемента И 25 и на управ Оляющем входе второго ипоча 2; Н -сравнение потенциалов на входах компаратора 11 с учетом собственных шумовпоследнего.Преобразователь работает следующим 25образом,В первый полупериод работы преобразователя в течение Фиксированногоинтервала времени Т интегрируетсясумма преобразуемого напряжения Бн и 3 Онапряжения на первом выходе делителя15 напряжения БоК, Ио окончании интервала времени Т состояние ключейб 10 и 7,9 изменяется, вызывая переворот конденсатора 8 в цепи отрицательной обратной связи операционногоусилителя 4. Данное включение сохраняется в течение второго полупериодапреобразования также длительностью Т.В начале второго полупериода преоб.4 Оразования в течение информативного ин,тервала времени ТН посредством один надцатого ключа 22 принудительно изменяется порог срабатывания компаратора11 (напряжение Уп и происходит интегрирование опорного сигнала 0 на конденсаторе .8, причем напряжение на последнем убывает, В момент достижениянапряжением на конденсаторе 8 порогового напряжения Б компаратора 11 пос.ледний формирует положительный им"пульс, обеспечивающий отключениеопорного сигнала Бо и подключениеуменьшенного опорного сигнала Уо, К4 второго выхода делителя 15 напряжения. В этот момент формируется передний фронт дополнительного информативного интервала времени ТН и устанавЛивается собственный порог срабатывания компаратора 11. Фронт окончанияинтервала времени Т Формируется комХпаратором 11 в момент снижения напряжения на конденсаторе 8 до собственного порога срабатывания, В оставшееся время до начала следующего цикла преобразования, входы масштабных усилителей 3 и 19 подключаются к общей шине и поэтому на конденсаторе 8 может интегрироваться только напряжения смещения 1, включающее напряжение смещения масштабных усилителей 3 и 19 и операционного усилителя 4.Поскольку инверсия включения конденсатора в цепи отрицательной обратной связи осуществляется через полу- период преобразования, влияние напряжения смещения 1 (в силу постоянства) практически исключается из результата преобразования,Обеспечение максимальной разрешающей способности преобразователя предполагает выполнение условий, описываемых системой уравнений: Оо К Бо БоКа 1Т +Т + , - Т = ОКС КС хо у хо(1) напряжение опорного сигнала(положительное);максимальное положительноенапряжение преобразуемогосигнала; коэффициенты передачи дели"теля 15 напряжения для первого и второго выходов;длительность полупериодапреобразования;информационный интервал времени идополнительный информатнв-.ныи интервал времени приОсопротивление резисторов 5и 20 (сопротивления могутбыть неравными);емкость конденсатора 8;напряжение порога срабатывания компаратора 11 в течение интервала времени ТХ, 5 162 спектральная плотность приведенных к входу собственных шумов компаратора 11; частота единичного усиления компаратора 11;частота импульсов синхронизации на третьем выходе блока 13 управления, 1 х макс Тхог/К 2(10) 1177 6Т до минимально возможного с нракХтической точки зрения. В этом случаеразрешающая способность преобразова 5теля для обеих полярностей сигналаУх должна быть не менее, чем(8) Уравнение (1) справедливо для случая, когда напряжение преобразуемогосигнала Ух = О,Уравнение (2) характеризует операцию интегрирования уменьшенного делителем 15 напряжения опорного сигналау за время Тх,.Уравнение (3) определяет скоростьизменения напряжения на конденсаторе.8 во время интегрирования уменьшенного делителем 15 напряжения опорногосигнала У за время Т . 11 аксиьаль 1Хоная разрешающая способность достигается при скорости, равной отношению напряжения собственных шумов компаратора11 (фиг, 3) к периоду импульсов синхронизации (1/Г ) на третьем выходеблока 13 управления,Уравнение (4) определяет динамический диапазон преобразуемого сигнала У.Параметры Уо, К , У , К С дляПоданного преобразователя являются искомыми,Решение системы уравнений имеетследующий вид: КС - " Ю, - , (7) К Т (Тхо+КТхп ) р Б,Ь В слУчае Ухс. 0 результат преобразования должен вычисляться по формуле 1Ух+ УокТ + Тх = - -- Т, (9) К причем дополнительньпо информативныйс синтервал времени Т = Ткп практически не зависит от Ух, Интеграл времени Т 11 связан с УХ прямо пропорциональной зависимостью. Исходя из этого, для повыпения разрешающей способности преобразователя необходимо уменьшить 10 При Ухмпк 1 с 5 ВФ Т = 2 10 срТх = 9 10 с; Тх,= 10 ср К = 1/16,Г = 106 Гц и при использовании в качестве компаратора 11 операционногоусилителя КР 544 Д 1 А с 6 с. = 10 Гц иг, -е18 = 31 О В/Гц по соотношениям (5)- -(8) легко определить Уо = 3,33 В;У = 3.10 В; ВС = 6,8 10 с; К =0,453,В этом случае, используя соотноше 20ние (10), можно определигь 1 о 1 хХмакс144000, Это почти в шестнадцать разпревышает значение разрешающей спо. собности преобразователя-прототипа,Таким образом, предлагаемьй преобразователь обладает более высокой разрепающе способностью и обеспечиваетвозможность преобразования входныхсигналов обеих полярностей,Формула и зо брет ения 1 Преобразователь напряжения в интервал времени по авт.св. 11 1282331,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью позьшения разрешающей способности и обеспечения воэможности преоб"разования напряжений обеих полярностей, в него введены потенциометр,восьмой, девятьп 1, десятьп и одиннадцатьп ключи, дополнительный токоограничивающий элемент, выполненный парезисторе, дополнительный масштабныйусилитель и делитель напряжения, входы которого являются соответственно 45шиной опорного сигнала и общейшнсо,а выходы через восьмой и девятьп ключи соответственно соединены с входомдополнительногоассптабного усилителя,вход которого через десятый ключ подключен к общей ппе, выход через резистор - ,к инвертирующему входу операционного усилителя, первый и второи выводы балансировки нуля компаратора соединены с первым и вторым выводами потенциометра соответственно,подвижный контакт которого через одиннадцатый ключ подключен к шине питания компаратора, управляющие входывосьмого, девятого, десятого и один 1 б 21 1 Т 3надцатого ключей подключены соответственно к первому выходу блока управления, первому и второму дополнительным и первому выходам логическогоблока, дополнительный вход которогосоединен с дополнительным выходомблока. управления. Преобразователь по п 1 ф о т,О л и ч а ю щ и й с я тем, что в нем логический блок выполнен на первом, втором, третьем и четвертом элементах И, первом и втором триггерах и одновибраторе, причем первый вход первого элемента И является первым входом логического блока, второй вход первого,и первый вход второго элементов И объединены и являются дополни". тельным входом логического блока, выход оперного элемента И подключен к входу сброса первого и второго триггеров, вход синхронизации первоготриггера является третьим входом логического блока, а выход через одновибратор соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом установки в единичноесостояние второго триггера, выходыпервого и второго триггеров соединены соответственно с первыми входамитретьего и четвертого элементов И, вторые входы которых объединены и являются вторым входом логического блока,выходы второго триггера и четвертогоэлемента И являются соответственнопервым и вторым дополнительньи выходами логического блока, а выходы третьего элемента И и первого триггераявляются соответственно первым и вторым выходами логического блока,