Преобразователь напряжения в интервал времени

(19) (11) 1)5 Н 03 М 1/5 ТЕНИ мульты, -га,ек ть ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗК АВТОРСКОМУ СВЩЕТЕЛм.(56) Стронг Н. Конструированидежного портативного цифровогтиметра для жестких условий рЭлектроника, 1977. с.24.Э 181 Са 1 ва 1 сиаеег 3438 А Ойпя апй зегчсе пипиа 1. Р 18,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ(57) Изобретение относится кизмерительной технике и может использовано в универсальных цифровых вольтметрах для линейного преобразования постоянного напряжения винтервал времени. Изобретение позволяет повысить точность преобразования. В преобразователь, содержащий источник 1 опорного напряжения,ключи 4, 5, 8, 9 и 17, блок 23 сравнения, операционные усилители 12,13, 19, компаратор 20 . буферный усилитель 6, токоо:-раничивающие элементы 2, 3, 15, 16, 18, 21, 22, выполненные на резисторах, накопительныеэлементы 11, 14, выполненные на кон"денсаторах, введен ключ 7. 1 э.п.ф лы 3 ил,Из.обретение относится к электроизмерительной технике и .может бытьиспользовано в универсальных цифровых вольтметрах для линейного пре 5образования постоянного напряжения винтервал времени,Целью изобретения является повышение точности преобразования.На фиг. 1 приведена структурнаясхема преобразователя на Фиг. 2 -структурная схема блока управления;на Фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие, работу блока управления.Преобразователь содержит источник 151 опорного напряжения, токсограничивающие элементы 2 и 3, выполненныена,резисторах, ключи 4 и 5, буферный усилитель 6, ключи 7-,9, токоограничивающий элемент 10, выполненный 20на резисторе, накопительный элемент11, выполненный на конденсаторе, операционные усилители 12 и 13, накопительный элемент 14, выполненный наконденсаторе, токоограничивающие элементы 15 .и 16, выполненные на резисторах, ключ 17, токоограничивающийэлемент 18, выполненный на резисторе,операционный усилитель 19, комларатор 20, токоограничивающие элементы21 и 22 вьрполненные на резисторах. иблок 23 управления.Блок управления (Фиг,2) содержитгенератор 24 импульсов, делители 25и 26 частоты на два, элемент. И-НЕ27, элементы НЕ 28-30, П-триггеры 3 1и 32 и элементы ИЛИ-НЕ 33 и 34,На Фиг,З обозначены: ц - напряже-.ние на выходе элемента НЕ 28; У - напряжение на выходе элемента И.-НЕ 27," 40о - напряжения на инвертирующем выходе Э-триггера 32,- напряжениена прямом выходе Э-триггера 31, ф -напряжение на выходе элемента ИЛИ-НЕЗЗ Е - напряжение на выходе элеменФф /та ИЛИ-НЕ 34; Ж - напряжения на, вхо 1де блока 23,- напряжение на выходе усилителя 12,Преобразователь работает в три такта. В исходном состоянии (до началапервого такта работы) ключи 5, 9, и17 замкнуты. Вход буферного усилителя 6 соединен с общей шиной, а входусилителя 13 - с точкой соединениярезисторов 2 и 3 образующих делитель, с коэффициентом передачиНэКэ =3оЭ Псм ргде П - опорное напряжение,П , - напряжение смещения усилителя 13,КЭ - коэфФициент передачи делителя, образованного резисторами 2 и 3,На неинвертирующем входе усилителя 12 интегратора за счет глубокойотрицательной обратной связи устанавливается напряжение, равное:(3) с "сии+ "см а р где П- напряжение смещения буферного усилителя бф П- напряжение смещения усилителя 12 интегратора. Предположим, что источник опорного напряжвния имеет отрицательную полярность, тогда выражение (2) примет вид(4) По 3+ см 4 Напряжение на выходе усилителя 12равно унт,О а 3 сми см 19(5) где О - опорное напряжение,К - коэффициент передачи дели 3теля, образованного резисторами 2 и Зф,ПСМ, - напРЯжение смеЩениЯ Усилителя 13,П см 9 - напряжение смещения усилителя 19.Конденсатор 14 заряжается до напряжения, равного;1П П -П; =-У -0с 1 С О б,. ОМь-сМВ+ "смй ), (6)В начале первого такта работы (наФиг.З момент времени)на выходеэлемента 27 блока 23 устанавливаетсясостояние логического нуля, на выходеэлемента 28 - состояние логическойединицы, а на выходе элемента 34 -состояние логического нуля Это при-,где Е - сопротивление резистора 2;Н - сопротивление резистора 3Так как делитель подключен к выхо-, ду источника 1, то на выходе усилителя 13 устанавливается напряжение, равное:5,164966 водит к размыкакию ключей 5 и 17 и замыканию ключа 4.Во время первого такта, длительность которого постоянна и равна То (период времени С -на фиг.З),5 к входу буферного усилителя прикладывается преобразуемое напряжение П. К концу первого такта напряжение на выходе интегратора имеет ве- личину"смб + "омю),(") 15 где П- преобразуемое напряжениефТ - длительность первого тактаопреобраэоврйия,К - сопротивление резистора 10; 20С - емкость конденсатора 11,.По окончании первого такта (момент временина фиг,3) на выходе элемента 27 устанавливается уровень логической единицы. При этом 25 ключ 4 размыкается, а ключ 5 замыкается.Перепад напряжения на выходе элемента 27.воздействует на С-входы Р-триггеров 31 и 32. В зависимости от состояния входа блока 23 триггер 31 устанавливается в единичное состояние, триггер 32 - в нулевое. Состояние входа блока 23 в конце первого такта определяется полярностью пре 35 образуемого напряжения, При положительном преобразуемом напряжении на входе блока 23 устанавливается логическая. единица, а.при отрицательном преобразуемом напряжении - логический 40ноль.Рассмотрим случай, когда преобра зуемое напряжение имеет отрицательную полярность. На К-вход Р-триггера 31 .поступает логический ноль. Положительный перепад напряжения на С- входе переводит Р-триггер 31 в единичное состояние. На неинвертирующем выходе Р-триггера 31 устанавливается логическая единица. Этот сигнал вызывает замыкание ключа 8. На выходе элемента 33 устанавливается логический ноль, который размыкаетключ 9. Логическая единица, установившаяся 55 на выходе элемента 30, поддерживает нулевое состояние на выходе элемента 34, тем самым сохраняя разомкнутое состояние ключа 17. На вход усилителя,13 через ключ 8 поступает опорное напряжекке. Очевидно, что напряжение на входе усилителя 13 изменится на Величину(8.)Ь 0= -Н +о о дгде Н - опоркое напряжениеоК - коэффициент передачи дели(теля, образованного резисторами 2 и 3,На такую же величину изменится напряжение на выходе усилителя 13, ка неиквертирующих входах усилителей 12 и 19 и ка выходе усилителя 12 интегратора которое становится равным:+ЛР:-ц +и +Йм ( Ии- о СМЗНапряжение на неинвертирующем входе усилителя 12 в этот момект времеьи равно:-Ц (1-К)+ П + Б (10) ор 3 очи оИЫНа кепнвертирующем входе усилителя 19 устанавливается напряжение;5 - -"о"оя"сМ;9Благодаря наличию ка неиквертирующем входе усилителя 12 напряжениячккается разряд интегратора заканчивающийся при появлении на выходе интегратора нагряжения, равного 11 (момент С, на фиг.З), В этот момент срабатывает компаратор 20 и на шине входа блока 23 устанавливается логическая единица,. которая устанавливает по Н-входу Р-триггер 31 н нулевое состояние. Р-триггер.32 остается в единичном состоянии. На выходе элемента 33 устанавливается состояние логической единицы, а на выходе инвертора 30 и элемента 34- состояние логического нуля. Это приводит к размыканию ключа 8 и замыканию ключей 9 и 17. Так как в конце второго цикла напряжение на выходе интегратора становится равным напряжению 11, то можно записать:интТ (" Кц) - 11 (12)1где Биинт- напряжение на выходе ин.-тегратора, в начале второго такта- длительность второго такта,подстановки (1), (9) и (11),преобразования получаем После в (12) и(1. Преобразователь напряжение в интервал времени, содержащий компаратор, первый ключ, информационный вход которого является первой входной шиной, выход первого ключа соединен с информационным входом второго ключа и неинвертирующим входом буферйого усилителя, инвертирующий вход которого соединен .с выходом буферного усилителя и через первый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, с инвертирующим входом первого операционного усилителя, который через первый накопительньй элемент выполненный на конденсаторе, соединен с выходом первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционногоусилителя соединен с первыми выводами второго и третьего токоограничивающих элементов, выполненных на резисторах, второй вывод второго резистора соединен с выходами второго операционного усилителя и третьего ключа, информационный вход которого через второй накопительный элемент, выполненный на конденсаторе, соединен с первым выводом четвертого токоограничивающего элемента, выполненного на резисторе, выход компаратора соединен с входом блока управления и через пятый и шестой токо- ограничивающие элементы, выполненные на резисторах, с шиной нулавого потенциала, третий операционный 50 При положительной полярности преобразуемого напряжения выражение для Т имеет видй з "хТК + К 0 15кц оИз (13) и (14) видно, что время Т пропорционально величине преобра" Хзуемого напряжение.и не зависит от сопротивления канала ключей,усилитель., инвертирующий вход которого соединен с его выходом, источник опорного напряжения, первый выход которого является шиной нулевого потенциала, второй выход через седьмой токоограничивающий элемент., выполненный на резисторе, соединен с первым выводом восьмого токоограничивающего элемента, выполненного на резисторе, первый вывод восьмого резистора соединен с информационным входом четвертого ключа, выход которого объединен с выходом пятого ключа, управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого ключей соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока управления, выход второго ключа является шиной нулевого потенциала, о т- л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введен шестой ключ, информационный вход которого является шиной нулевого. потенциала, управляющий вход соединен с шестым выходом блока управления, а выход объединен с выходом пятого ключа и соединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и вторым выводом четвертого резистора, неинвертирующий вход компаратора соединен с первым выводом шестого резистора инвертирующий вход соединен, с выходом второго операционного усилнтеля, второй вывод третьего резистора соединен с выходом первого операционного усилителя, информационный; вход пятого ключа соединен с вторым выходом источника опорного напряжения, второй вывод восьмого резистора является шиной нулевого потенциала, седьмой выход блока управления является выходкой шиной.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на последовательно соединенных генераторе, импульсов, первом и втором делителях частоты на два, элементе И-НЕ, а также на.двух П-триггерах, трех элементах НЕ и двух элементах ИЛИ-НЕ, выход элемента И-НЕ подключен к входу пер-. вого элемента НЕ и С-входам первого и второго 0- триггеров, Б-вход первого В-триггера через второй элемент НЕ подключен к К-входу второго Р-триггера и является входом блока управления, Р-вход второго Р-триг гера является шиной логической,единицы, 8-вход второго Р-триггера и Р- и К-входы первого Э-триггера обьединены и являются шиной логического нуля, прФмой выход второго Р-триг гера и инверсный вь 1 ход первого Р-триггера соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через третий, элемент НЕ подклю.чен к первому входу второго элемен- т 5 Я 1643662 ЗОта ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ,выход первого делителя частоты соединен с вторым входом элемента И-НЕ,выход которого, а также выходы первого элемента НЕ, второго элементаИЛИ-НЕ, третьего элемента НЕ, первого элемента ИЛИ-НЕ, инверсный выходпервого ипрямой выход второго Ртриггеров являются соответственновторым, первым, третьим, седьмым,четвертым, шестым и пятым выходамиблока.