Детектор перехода сигнала черезнулевое значение

союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11841104(51)М, Кл.з Н 03 К 5/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(53) УДК 621,374,5088.8) Дата опубликования описания 230681(71) Заявитель 54) ДЕТЕКТОР ПЕРЕХОДА СИГНАЛА ЧЕРЕЗ НУЛЕВОЕЗНАЧЕНИЕ Изобретение относится к измери.тельной технике, в частности к области цифровых измерителей периода колебаний, длительности импульса, ампли" туды и Фазы переменного сигнала, а ,также для измерения амплитуды напряжения постоянного тока.Известен детектор перехода сигна" ла через нулевое значение, содержащий входной ограничитель, подсоеди" ненный к объединенному входу двух идентичных каналов, каждый из которых состоит из усилителя постоянного тока, последовательно соединенных двухвходового элемента И, инвертора и многовходового элемента И, один из входов каждого из которых соединен с мультивибратором, общим для двух каналов, последовательно соединенные элемент ИЛИ и два триггера 1). 2 ОНедостатками известного устройства являются ложные срабатывания при входном аналоговом сигнале, подлежащем измерению, близком или равном нулю, а также недостаточная разрешающая способность по входу аналогового сигнала, причем увеличение коэффициента усиления входных усилителей постоянного тока не увеличивает разрешающей способности, так как пропорцио нально коэффициенту усиления возрастает дрейф, шумы и появляется гистерезис. При этом инвертор надежно работает как пороговый элемент при входном сигнале И )1,5 В, а при ИВ( 1,5 В он работает неустойчиво, Кроме того, невозможна обработка медленно изменяющихся сигналов, например постоянного напряжения, так как отсутствует внутренняя или внешняя синхронизация.Цель изобретения - улучшение характеристик устройства и расширение его функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что в детектор перехода сигнала через нулевое значение, содержащий входной ограничитель, подсоединенный к объединенному входу двух идентичных каналов, каждый из которых состоит из усилителя постоянного тока, последовательно соединенных двухвходового элемента И, инвертора и много-: входового элемента И, один из входов каждого из которых соединен с мульти- вибратором, общим для двух каналов, последовательно соединенные элемент ИЛИ и два триггера, введены трехпозиционный переключатель, дифференциальный умножитель, блок установкиопорных напряжений постоянного тока на одних из входов введенных двух Ьалансных усилителей, два согласующих усилителя, входы которых соединены с выходами дифференциального умножителя, одни входы которых соепинены с выходами усилителей постоянного тока первого и второго каналов, а выходы согласующих усилителей подключены к входам двухвходовых элементов И и перекрестно ко входам многовходовых элементов И каждого из каналов, причем другие входы балансных усилителей соединены с трех- позиционным переключателем, включенным на выходе усилителей постоянного тока каждого канала, а выходы балансных усилителей соединены с другими входами дифференциального умножителя.На фиг, 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы работы устройства.Детектор содержит ограничитель 1, усилитель 2 постоянного тока двухаходовый логический элемент И 3, инвертор 4, многовходовый элемент И 5, усилитель б постоянного тока, двухвходовый логический элемент И 7, инвертор 8, многовходовый логический элемент И 9, мультивибратор 10, логический элемент ИЛИ 11, триггеры 12 и 13, умножитель 14, блок 15 установки стабилизированного постоянного напряжения, балансные усилители 16 и 17, согласующие усилители 18 и 19, переключатель 20 режимов, клеммы 21- 24, резистор 25, клеммы 26-29.(диаграмма б на фиг. 2) сигнал подается на объединенный вход усилителей2 и б постоянного тока. Когда этотсигнал переходит от отрицательногозначения к положительному, выходнойсигнал усилителя б постоянного токаравен нулю (диаграмма д на фиг. 2),а выходной сигнал усилителя 2 постоянного тока положительный, и он (диаграмма в на фиг. 2:) подается навход Х дифФеренциального умножителя14, также одновременно через переключ 4 тель 20 на вход балансовогоусилителя 16, выходной сигнал которого подается на вход У умножителя 14,Выходной сигнал умножителя 14, с выхода Е, поступает через согласующийусилитель 18 на один из входов логического элемента И 3 (диаграмма г),на второй вход которого подается вы"ходной сигнал триггера 13 (диаграммам,на фиг. 2), который блокирует, т,е.закорачивает, верхний вход элементаИ 3 на нулевую шину, в результатечего выходной сигнал элемента И 3, подаваемый на вход инвертора 4 (диаграмма е на фиг. 2), равен нулю, т.е.соответствует уровню логического0 этой схемы. В результате выход.ной сигнал инвертора 4 (диаграмма ж,на Фиг. 2) соответствует уровню логической 1 и поступает на один извходов многовходового логическогоэлемента И 5, который будет блокирован выходным сигналом (диаграмма мнафиг, 2) триггера 13, вследствиечего элемент И 5 не пропускает импульсов мультивибратора 10(диаграмма 3на фиг. 2) к входу логического элемента ИЛИ 11, Однако, как видно из 15 диаграмм (диаграммы д,о,л,и,к нафиг 2) в этот момент времени (припереходе сигнала ограничителя ототрицательного к положительному значению) открыт многовходовый логичес кий элемент И 9 второго канала сиг.налом логической 1, поступающимот триггера 13 (диаграмма н на фиг,2) и выходным сигналом согласующегоусилителя 18 (диаграмма г на фиг. 2),Это позволяет пройти двум импульсамот мультивибратора 10 через логические элементы И 9 и 11 на счетныйвход триггера 12 (фиг. 2 к), который ЗО35 40 455055 60 65 делит частоту этих импульсов на 2, и в результате на его клемме 24 имеется выходной сигнал (диаграмма л на фиг. 2), соответствующий переходу аналогового сигнала на объединенном входе усилителей 2 и б через нулевое значение, т.е, от отрицательной его величины к положительной. После окончания длительности импульса на клемме 24 триггер 13 изменяет свое состояние (фиг, 2 н), выходным сигналом запирает элемент И 9 и подготавливает к работе элемент И 5, который открывается выходным сигналом инвертора 4 и пропускает два импульса с выхода мультивибратора 10 через элементы 5 и 11 на счетный вход триггера 12 диаграммы ж,м,л на фиг, 2), это происходит при переходе аналогового сигнала на объединенном входе усилителей 2 и б от положительного значения к отрицательному. В дальнейшем цикл повторяется.Сигналы(диаграммы г,о на фиг. 2), подаваемые на входы логических элементов И 5 и 9 с выхода согласующих усилителей 18 и 19, позволяют исключить ложное срабатывание схеМы при входном аналоговом сигнале на клемме 21 близком или равном нулю.Переключатель 20 предназначен для расширения функциональных возможностей предлагаемого устройства, он позволяет синхронизироваться дис. кретным выходным сигналом триггера 13, т.е. фактически синхронизироваться с частотой мультивибратора 10 (клеммы 26 и 27.), это необходимо, когда на клемму 21 подается медленно изменяющийся сигнал. постоянноготока, при этом входные импульсытриггера 13 являются. импульсами опроса, позволяет также синхронизироваться аналоговым входным сигналомлюбой формы (клеммы 28 и 29), приэтом этот входной сигнал является сигналом запуска, а также синхронизироваться внешним сигналом (клеммы 22 и23) любой формы и следить за изменением этого сигнала,Блок 15 установки стабилизированного постоянного напряжения являетсядвухканальным с независимой установкой напряжения каждого из каналов,подключенныхк двум отдельным балансным усилителям 16 и 17, это позволяет следить за двумя разными уровнямиизменений напряжений входного аналогового сигнала, например усилитель16 может давать импульс, открывающийумножитель 14 при И = +И ) О, а 20усилитель 17-при И, =О.В предлагаемом устройстве разрешающая способность выше, чем в извес-тном в К 16 ХК 9 хК 9 хК 4 раз, (1)где Кь =К - коэффициент усиленияусилителей 16 и 17;К 9 =К 9 - коэффициент усиления усилителей 18 и 191К =К - коэффициент усиления умножителя 14 по входу У;К, =Кх - коэффициент усиления умножителя 14 по входу Х,При Х=Х =0Е, =Е =0 и при у, =У =0 Е, =Е=О, т.е.выходной сигнал умножителя всегда равен нулю при равенстве нулю любого изего входных сигналов Х или У.Умножитель обладает также небольшими коэффициентами усиления К=З и К=3-6 и небольшим дрейФом, йамногоменьшим, чем любой операционный усилитель, при слежении за входным переменным сигналом его входы и выходымогут быть подключены через развязывающие конденсаторы, что значительноуменьшает дрейф. Применение Усилителей 2 и 6 с большим коэффициентом усиления вызывает ложные срабатывания. иэ-эа дрейфа. В качестве умножителяможет быть применен любой двухканальный дифференциальный умножитель, приэтом одновременно работает толькоодин иэ каналов . Выходной сигнал склеммы 24 предлагаемого устройствапредставляет собой два импульса, пауза между которыми пропорциональнадлительности импульса входного изме" 55 ряемого сигнала, При подаче двух разных входных сигналов переменного тока (или медленно изменяющегося постоянного тока) на клеммы 22 и 23 можно измерить период одного колебания или разность фаз двух сигналов, выходные импульсы при этом управляют триггером заполнения (или разрешения) электронного счетчика, который показывает измеряемую величину в цифровом виде.Таким образом, предлагаемое устройство применяют во многихприборах измерительной техники,Формула изобретенияДетектор перехода сигнала черезнулевое значение, содержащий входнойограничитель, подсоединенный к объединенному входу двух идентичных кана.лов, каждый из которых состоит изусилителя постоянного тока, последовательно соединенных двухвходовогоэлемента И, инвертора и многовходового элемента И, один из входов каждого из которых соединен с мультивибратором, общим для двух каналов, последовательно соединенные элемент ИЛИ идва триггера, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения егохарактеристики и расширения его функциональных возможностей, в него введены трехпозиционный переключатель,дифференциальный умножитель, блок установки опорных напряжений постоянного тока на одних из входов введенныхдвух балансных усилителей, два согласующих усилителя, входы которых соединены с выходами дифференциальногоумножителя, одни входы которых соединены с выходами усилителей постоянного тока первого и второго каналов,а выходы согласующих усилителей подключены к входам двухвходовых элементов И и .перекрестно к входам многовходовых элементов И каждого из каналов, причем другие входы балансныхусилителей соединены с трехпозиционным переключателем, включенным на выходе усилителей постоянного тока каждого канала, а выходы балансных усилителей соединены с другими входамидифференциального умножителя.Источники инф 9 рмацииупринятые во внимание при экспертизе1. Патент СШ Р 3593166,кл. 328-150, (прототип)841104 Тираж 988 дписное ужгород роектна ПИ Закаэ 4800/ Филиал ППП "Патент Ько