Преобразователь напряжения во временной интервал

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 720717 Союз СоветскихСоцивлистмческихРеспублик(51) М.Кл . Н 03 К 13/20 Гасударственный комитет СССР по делан изааретений и аткрытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано во время- импульсных, аналого-цифровых и цифровых вычислительных устройствах,Известен преобразователь напряжения во временной интервал, содержащий интегратор и сравнивающее устройство, ключи и формирователь 1.Недостатком его является недостаточная точность преобразования. Известно также устройство время-импульсного преобразования напряжения постоянного тока в число., содержащее интегратор, ключи, сравнивающее устройство, формирователь двух последовательных временных интервалов, логические элементы 12,Преобразуемое напряжение через первый ключ соединено со входом интегратора, через второй ключ подключен источник опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности преобразуемого напряжения. Выход интегратора соединен со входом сравнивающего устройства. Выходы формирователя временных интервалов соединены с управляющими входами ключей,2Недостатком устройства является сравнительно низкая точность преобразования. Во втором такте (такт считьвания) - опорное напряжение, имеет полярность, противоположную полярности преобразуемого напряжения. При этом время от начала такта считывания до момента, когда выходное напряжение интегратора достигнет. порога срабатывания сравнивающего .устройства прямо пропорционально величине преобразуемого напряжения. Одним из недостатков устройств этого типа является то, что погрешности, возникающие вследствие наличия потенциальной и токовой составляющих смещения нуля усилителя интегратора, пропорциональны сумме временного интервала записи и выходного временного интервала. Другим недостаткомявляется противоположность полярностейпреобразуемого и опорного напряжений. Это 20 не позволяет использовать в качестве опорного напряжение запитки датчика, выходной сигнал которого преобразуется. Изменение полярности напряжения запитки датчика или полярности преобразуемого напря3жения на обратную вносит дополнительную йогрешность.Целью настоящего изобретения является повышение точности преобразователя напряжения во временной интервал.Эта цель достигается тем, что в преобразователь напряжения во временной интервал, содержащий два ключа, соединяющие входные зажимы преобразуемого и опорного напряжения с входом интегратора, выход которого подключен к сравнивающему устройству, формирователь и элементы И и щ ИЛИ, введены третий ключ и второй интегратор, последовательно включенные в цепь отрицательной обратной связи сравнивающего устройства, первый и второй выходы формирователя, через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом интегратора,15 третий выход формирователя" соединен с управляющим входом первого ключа, четвертый выход формирователя - с управляющим входом третьего ключа, пятый выход формирователя - с управляющим входом второго ключа и с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход элемента И подключен к выходному зажиму преобразователя.При таком решении ввиду того, что полярности преобразуемого и опорного напряжений совпадают, становится возможным в качестве опорного использовать напряжение запитки датчика и тем самым избежать погрешности преобразования знака, Одно- м временно с этим погрешности, возникающие вследствие наличия потенциальной и токовой составляющих смещения нуля усилителя первого интегратора, пропорциональны разности временного интервала записи и выходного временного интервала, а не их сумме, как это имеет место у известного преобразователя.На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя, на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.40Преобразователь содержит первый ключ 1 и второй ключ 2 для подключения соответственно источников преобразуемого и опорного напряжений ко входу первого интегратора 3. Выход первого интегратора 3 соединен со входом сравнивающего уст-, 4 ф ройства 4, в цепь отрицательной обратной связи которого включены третий ключ 5 и второй интегратор 6, Формирователь 7 служит для выработки последовательности временных интервалов и имеет отдельный выход для каждого временного интервала. Первый и второй выходы формирователя 7, через логический элемент ИЛИ 8 соединены со вхо дом установки в нуль первого интегратора3, третий выход соединен с управляющим входом первого ключа 1, четвертый выходс управляющим входом третьего ключа 5, пятый выход - с управляющим входом второго ключа 2 и с одним из входов логичес 4кого элемента И, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства4. Выходом преобразователя является выходлогического элемента И - зажим 10, а зажимы 11 и 12 - преобразуемого и опорногосигнала соответственно.Перед началом преобразования первыйинтегратор 3 устанавливается в нулевое положение. Для этой цели формирователь 7в момент 11 вырабатывает первый управляющий временной интервал длительностью т 1(фиг. 2 а), который через логический элементИЛИ 8 поступает на вход установки в нульпервого интегратора 3. Исходное состояниевторого интегратора 6 любое. Затем в момент 1формирователь 7 вырабатывает второй временной интервал длительностью т(фиг, 2 б), являющийся эталонным, в течение которого открывается первый ключ 1 ина вход интегратора поступает преобразуемое напряжение И. В конце второго временного интервала напряжение на выходепервого интегратора 3 с учетом потенциальной Ы и токовой М составляющих смещения нуля интегратора будет 1 авно (фиг. 2 е):Уч(1 з( = ф(Ц + дО+ с) а +Ы Л)где Т 1 - постоянная времейи интегратора;С- емкость интегратора,В момент 14 формирователь 7 вырабатывает третий временной интервал длительностью(фиг,2 в), который открывает третийключ 5, замыкая на время тз цепь отрицательной обратной связи сравнивающего устройства 4 и подключая тем самым выходсравнивающего устройства 4 ко входу второго интегратора 6. В результате на выходевторого интегратора 6 устанавливается напряжение 11(1,) (фиг. 2,ж), которое вычитаясь из напряжения У 1(15) = 3(1 з) вызовет нулевои потенциал на выходе сравнивающего устройства 4 (фиг. 2).-11(13) + Ысу - 1-12(1) = О, (1)где Д 11 ьу - ошибка смещения нуля сравнивающего устройства,Таким образом, к моменту 1 ь окончаниятретьего временного интервала на выходевторого интегратора 6 устанавливается и запоминается после размыкания третьего ключа 5 напряжение1-1 Х(15) = 1-113) + д 1-1 су, (3)В момент 1 формирователь 7 вырабатываетчетвертый временной интервал длительностью т(фиг. 2,г), который через логическийэлемент ИЛИ вновь устанавливает первыйинтегратор в нулевое состояние, Затем в момент т 7 формирователь 7 вырабатывает последний пятый временной интервал длительностью т (фиг. 2,д), который поступает науправляющий вход второго ключа 2, подключая ко входу первого интегратора 3 опорное напряжение 1.10 той же полярности, чтои преобразуемое К. Напряжение на выходепервого интегратора 3 линейно меняется всоответствии с уравнениеми,(1) =+(и. + ДСЗ+ ,) - ,) до,(М5В момент 1 з разность между линейно изменяющимся напряжением У(1 ) = (31(1 в) и заполненным значением 11(1 д) = Уа(1 ю) вновь вызовет переход выходного потенциала на выходе сравнивающего устройства 4 через ноль111(1,) + ЯЗВ -112(1) .= О,Подставляя значение Зг(1,) из (3) и далее 131(1) из (4), а также заменив одновременно (1 8-1 7) . на тполучим1( о, + а Ц +) , = ( о, у, +)"г . (6) Отсюда, пренебрегая членами погрешности второго порядка малости, получимИз (7) видно, что временной интервал к = 1 ь т прямо пропорционален преобразуемому напряжению 1.1 и имеет погрешность= ---- (та- т)Ое7 которая не зависит от смещения нуля сравни вающего устройства 4.Для известного устройства время-импуль сного преобразования, погрешность смещения нуля имеет видд 1 Т,Ла= (та+ т). (9)0Параметры преобразователя обычно выбираются так, что т пах = т 2 Для этого слу чая максимальное значение погрешности Л в два раза превышает максимальное значение Ь ь а среднее значение Ь превышает среднее значение Ь в три раза.Выходной временной интервал (рис. 2,и) выделяется логическим элементом И 9 как результат логического произведения пятого 7207176временного интервала с выхода формирователя 7 и выходного сигнала со сравнивающего устройства. 4.Формула изобретенияПреобразователь напряжения во временной интервал, содержащий два ключа, соединяющие входные зажимы преобразуемогои опорного напряжений с входом интеграто 16 ра, выход которого подключен к сравнивающему устройству, формирователь и элементыИ и ИЛИ, отличаюишйся тем, что, с цельюповышения точности преобразования, в неговведены третий ключ и второй интегратор,последовательно включенные в цепь отрица 1 ф тельной обратной связи сравнивающего устройства, первый и второй выходы формирователя через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом интегратора, третий вы. ход формирователя соединен с управляющимвходом первого ключа, четвертый выход формирователя - с управляющим входом третьего ключа, пятый выход формирователя -с управляющим входом второго ключа и спервым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу сравнивающегоустройства, а выход элемента И подключенк выходному зажиму преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе72071 11е Го ич Вигула о ком й, и о ауаска город,1 нлнаРедактор Н. ВеселкЗаказ 10244/48ЦН Состав ител ь иа Техред К. ШуТираж 995 ИИПИ Государственнопо делам изобретени 35, Москва, Ж - 35, Р ППП Патентв, г, Уж 77 ф 81 бовнчКорректор Подписное итета СССР ткрытий я наб., д. 4/5 ул. Проектная