Преобразователь напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ Св ТЕЛЬСТВУ Сооз СоветскикСоцралист еси яРеспублик 1116904 ОО(22) Заявлено 020377 (21) 2459049/18-21с присоединением заявки Ио(5)М. Кл. 6 01 % 19/10 Государстоеииый оиитет СССР оо дедам изобретеиий и открытий(71) Заявитель пецнальное конструкторское бюро микроэлектроникии приборостроения: (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ .НАПРЯЖЕНИЯ Настоящее изобретение относится яобласти аналоговой вычислительной иизмерительной техники и может бытьиспользовано в аналоговых вычислительных машинах для выделения модуля и в качестве фазочувствительного выпрямителя.В настоящее время для преобразования сигналов (модуляции-демоду- .ляции) широко используются схем,содержащие ключи и операционныйусилитель, принцип действия которыхзаключается в коммутации сигналамодуляции с частотой сигнала несущей 11,Недостатком этих устройств является погрешность преобразования,обусловленная влиянием остаточныхпараметров аналогового ключа и небольшое быстродействие.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь напряжения,который содержит два ключа и операционный усилитель с отрицательнойобратной связью, оба входа которого через два последовательно соединенных резистора подключены ко входу устройства, а между выводами соединения этих резисторов и корпусом включены ключи, управляющие входы которых подключены к противофаэным выходам блока управления, причем неинвертирующий вход операцибнного усилителя через дополнительный резистор соединен с корпусом 23.Недостатком известного преобразователя является наличие ложного сигнала на выходе из-эа наличия коммутационных токов и из-за сдвига нулевого уровня, обусловленного изменением коэффициента передачи операционного усилителяЦель изобретения - повышение точности преобразования и расширения функций, выполняемых устройством. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения, содержащий два ключа и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход которого соединен с первым резистором, а неинвертирующий вход - со входом устройства через два последовательно соединенных резистора, вывод соединения которых.подключен к входу первого ключа, а уп 690400равляющие входы ключей соединеныс протквофазными выходами блока управЛения, введен второй операционныйусилитель, инвертирующкй вход которого через первый введенный резистор соединен со входом первого ключа, авыход - с выходом первого ключа,неинвертирующий вход подключен череэ второй введенный резистор к корпусу и через второй ключ ко входуустройства, к которому подключен с другой стороны первый резистор, Пркэтом блок управления содержит коммутатор, формирователь, переключатель и схему управления, выход которой соединен с управляющими входаьк коммутатора и переключателя, соединенного через формирователь совходом коммутатора, причем один вход переключателя подключен ко нходу устройства, а другой к источнику управляющего напряжения, а противоФазные выходы блока управления образованы выходами коммутатора.На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на Фкг. 2 даны временные диаграммы (а, б, в),отражающие работу устройства при раэличных Функциональных назначениях (вкачестве прецизионного выпрямителяи в качестве фаэочувствительногодЕтектора) .Преобразователь напряжения содержйт первый операционный усилитель1, второй операционный усилитель 2и ключи 3, 4, Некнверткрующий входоперационного усилителя 2 соединенчерез резистор 5 с корпусом, а через ключ 4 со входом устройства.Ийвертирующий вход усилителя 1подключен через резистор б ко входуустройства, который через резистор7 и резистор 8 подключен к кнвертирующему входу усилителя 2, Выводсоединения резисторов 7 и 8 черезрезистор 9 соедкнен с неинвертирующим входом усилителя 1, в цепи отряцательной обратной связи которого включен резистор 10, Блок управления 11., включающий в себя коммутакор 12, формирователь 13, переключатель 14, источник управляющего напряжения 15 и схему управления 16, противофазными выходами, образованными коммутатором 12, соединен с управляющими входами ключей 3 к 4."Выходом устройства является выход операционного усилителя 1,Работа преобразователя в качестве прецизионного выпрямителя заключается в следующем (см. Фиг. 2 а, б) При положительной полярности преобразуемого напряжения ключ 4 закрыт и неинвертирующий вход усилителя2 через резистор 5 оказывается подключенным к земле, На инвертирующийвход усилителя 2 поступает положительное входное напряжение, Выходное напряжение усилителя 2, работающего н режиме компаратора, открывает ключ 3, включенный н цепь отрицательной обратной связи, котораязначительно уменьшает влияние остаточных параметров ключа, Средняяточка последовательно соединенныхрезисторов 7 и 9 находится под потенциалом земли и усилитель 1 работает при этом и режиме кнверторас коэффициентом передачи, равнымКп = 1 (при условии раненстна междусобой номкналон резисторов б, 10),При отрицательном входном напряженииключ 4 открыт и на некнвертирующийвход усилителя 2 поцается входное отрицательное напряжение, меньшее на ве-.личину падения напряжения на открытом ключе 4. На иннертирующий входусилителя 2 подается полное входное напряжение, ч.о уменьшает времяпереключения усилителя 1 иэ-эа уменьшения зоны насыщения. Выходное напряжение усилителя 2 закрывает ключ3 и усилитель 1 работает в режимеповторителя. При необходимости получения выходного напряжения преобразователя положительной полярностинеобходимо изменить полярностьвключения ключей 3 к 4,При использования схемы в качестве универсального преобразователяс расширенными функциональными воэможностями ключи 3 к 4 выполненыуправляемыми, например, на полевыхтранзисторах. Сигналы управленияна затворы ключей 3 и 4 поступаютс протинофаэных выходов устройстваФормирования 11, На вход коммутатора 12 поступает сигнал с формирователя 13. Если н, Формирователь40 13 поступает через переключатель14 входное напряжение преобразователя, то схема выполняет функциипрецизионного выпрямителя, описанного выше,45 Полярность выходного напряженияпреобразователя определяется состоянием коммутатора 12, который управляется схемой 16. При одном и томже входном напряжении преобразователя ключ 3 может быть открыт, аключ 4 - закрыт, илк наоборот, взависимости от того, прямое или инвертированное напряжение поступаетс выхода коммутатора 12 на управляющий вход каждого ключа.Таким образом, для управленияполярностью выходного напрщ.енияпреобразователя не требуется уменьшать полярность диодов, требуетсятолько проинвертировать сигналы6 О формирователя, что легко осуществить с помощью схемы управления 16,Если на нхсд Формирователя 13поступает через переключатель 14управляющее напряжение 15, схема65 преобразователя может выполнятьряд других функций, Так, в зависимости от полярности управляющегонапряжения постоянного тока, схемавыполняет функции либо инвертора,либо повт зрителя,ЕслИ же на входы преобразователя(аналоговый и управляющий) поступают гармонические напряжения, тосхема выполняет функции фазочувствительного детектора, постоянная составляющая выходного напряжения которого равна:(во )по фгде: У, - амплитуда входного напря.кения преобразователя;К - коэффициент пропорциональности 3р - угол сдвига фаз междувходным и управляющимнапряжением,Наконец, если ц- постоянноенапряжение, а У - переменное,тс преобразователь выполняет функции прецизионного модулятора скоэффициентом передачи 1, Выходноенапряжение имеет прямоугольнуюформу с полным размахом 2 УвИзобретение может быть широко ис" польэовано в аналоговых вычислительных машинах в качестве функционального блока, а также в измерительных приборах различного назначения.Применение преобразователя напряжения в качестве входного устройства аналого-цифрового преобразователя (АЦП) достаточно просто решает вопрос преобразования раэнополярного напряжения постоянного тока в одно- полярное, что значительно упрощает схему АЦП, так как при этом требуется источник компенсирующего напряжения только одной полярности.Одновременно увеличивается и быстродействие устройства, потому что нет необходимости в дополнительном такте определения полярности. Формула изобретения1. Преобразователь напряжения,содержащий два ключа и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход кото 5 рого соединен с первым резистором,а неинвертирующий вход - со входомустройства через два последовательно соединенных резистора, выводсоединения которых подключен ко вхо 10 ду первого ключа, а управляющиевходы ключей соединены с противофазными выходами блока управления,отличающийся тем, что,с целью повьааения точности и расширения функций, выполняемых устройством, в него введен второй операционный усилитель, инвертирующийвход которого через первый введенный резистор соединен со входомпервого ключа, а выход - с выходом2 О первого ключа, неинвертирующийвход подключен через второй введенный резистор к корпусу и черезвторой ключ ко входу устройства,к которому подключен е другой стороны первый резистор,2. Преобразователь напряженияпо п.1, отличающийсятем, что блок управления содержиткоммутатор, формирователь, перекЗО лючатель и схему управления, выходкоторой соедийен с управляющимивходами коммутатора и переключателя,соединенного через формировательсо входом коммутатора, причемодин35 вход переключателя подключен ковходу устройства, а другой к источнику управляющего напряжения, апротивофазные выходы блока управления образованы выходами коммута 4 О тора.Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США 9 3783399,кл. 330/9, 1974,2. Ж.Марше, Операционные усилители и их применение, 1 Энергия,Л., 1974, с. 88.Тирам 1090 Подписное Ударственного комитета ССС изобретений и открытий В, Рауюская наб., д 4/5