Калибратор напряжения

(191 011 5 0 БРЕТЕНИ И МУ СВИДЕТЕ ВУ АВТОРСИ ывоцо ГОСУДАРСТ 8 ЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ(:46.) 23.11,83. Бюл,43 (7.2) И. Ю. Сергеев, Ю. М, Туз, В, И, Губарь, В, Г, Левон, А. Г. Струнин, А. ф, Миняйло, В, В, Фецив, Ю. В. Демченко, М. И, Гумеров, Г, И, Ларионова, Г. Х. Ягуцин и А. А. Шибаев (71) Киевский ордена Ленина политехнический:институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.316,722,1 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР532092, кл, 6 05 Г 1/44, 1974,2, Авторское свидетельство СССР612218, кл, б 051/40, 1977.(54) (57) КАЛИБРАТОР НА 1 РЯЖЕНИЯ, содержащий источник опорного напряжения, к выходу которого поцключен вход ключа, интегратор, к выходу которого подключен .фиксатор уровня, линейный це тектор, выходом соециненный с вхоцом интегратора; блок. управления, соответствующие выходы которого поцключены к управляющим входам ключа, фиксаторауровня и управляемого генератора, авход блока управления соецинеи с первымвходным вывоцом, о т л и ч а ю ш и й -с я тем, что, с целью, расширения функциональных возможностей, в него ввецены блок счетчиков, блок запоминания иблок цифроаналогового преобразования,причем блок счетчиков включен межцувыхоцом управляемого генератора и первым входом блока запоминания, а управляющий вход блока счетчиков подключен к соответствующему выходу блокауправления, второй вхоц блока запоминания соецинен с вторым вхоцным вывоцом, а выхоаы - с соответствующимиуправляюшими входами блока цифроаналогового преобразования. вход .которогосоединен с выходом фиксатора уровня,а выходы - с соответствующими выхоцными выводами, при этом выход ключапоцключен к. ввеценному дополнительномувходу. интегратора, а вход линейного детектора соецинен с первым выходным .1 1056Изобретение относится к электротехнике,в частности к калибраторам переменногонапряжения, и может быть использованопри построении информационно-измерительных систем и систем автоматическогоконтроля и управлении.Известен калибратор напряжения, соцержаший запающий генератор, управляющий элемент, источник опорного надряжения, цифференциальный компаратор 10и усилитель., Это устройство прецставляет собой совокупность запавшего генератора и стабилизатора напряжения переменного тока, Выхоцное напряжение в этихустройствах стабилизировано (не зависитот колебаний напряжения эацаюшего генератора), а его значение управляетсязначением напряжения опорного источни-ка Г 1 ,Непостатком является невозможностьиспользования этого устройства при необхоцимости прецизионного задания выхоцного переменного напряжения с зацанными легко управляемым спектром, а такжецля задания набора выхоаных напряжений,25препставляющих собой гармоническиесоставляющие сигнала с наперецзацаннымспектром.Наиболее близким к изобретению30 по технической сущности является калибратор напряжения, соаержащий источник опорного напряжения, к вьаоау которого подключен вхоц ключа, интегратор, к вы хоцу которого поцключен фиксатор. уровня, линейный детектор, выхоцом соециненный с вхоцом интегратора, блок управления, соответствующие выхоцы которого поцключены к управляющему вхоцу ключа, фиксатора уровня и управляемого генератора, а вхоц блока управления сое40 цинен с первым вхопным вывоцом 2.Спектр сигнала этого устройства связан с его формой, Форма сигнала сознается в управляемом генераторе. Практичес 45 кие возможности созцания сигналов сложной формы в значительной степени ограничены с возрастанием сложности сигнала (чего требует усложнение заданного спект;ра сигнала). Подучить набор напряжений, прецставляюших собой гармонические составляющие сигнала с наперецзацанным спектром, и легко перестраивать соотношения межцу амплитудами гармоничесих составляющих, а также их фазовые сцвиги невозможно, что ограничивает функ- циональные возможности известного устройства. 151 2Целью изобретения является расширение функциональных возможностей калибратора напряжения.Поставленная цель постигается тем, что в калибратор напряжения, соцержаший источник опорного напряжения, к выхоау которого поцключен вхоа ключа, интег ратор, к выхоцу которого поцключен фиксатор уровня, линейньгй цетектор, выхоаом соециненный с вхоцом интегратора, блок управления, соответствующие выхоцы которого поцключены к управляющим вхоцам ключа, фиксатора уровня и управляемого генератора, а вхоц блока соединен с первым вхоцным вывоцом, ввецены блок счетчиков, блок запоминания и блок цифроаналогового преобразования, причем блок счетчиков включен межцу выхоцом управляемого генератора и первым вхоцом бло-( ка запоминания, а управляющий вхоп блока счетчиков поцключен к соответствую шему выхоцу блока управления, второй вхоц блока запоминан.ия соецинен с вторым вхоцным вывопом, а выхоцы - с соответствующими управляющими входами блока цифроаналогового преобразования, вхоц которого соеаинен с выхоцом фиксатора уровня, а выхоцы - с соответствую шими выхоцными вывоцами, при этом выхоп ключа поцключен к введенному цополнительному вхоцу интегратора, а вхоп линейного цетектора соединен с первым вещным вывоцом.На фиг. 3. преаставлена структурная схема предлагаемого калибратора напряжения; на фиг. 2 - пример построения устройства управления.Устройство соцержит источник 1 опор ного напряжения, к выхоцу которого поцключен ключ 2, интегратор 3, к выхопу которого ноцкдючен фиксатор 4 уровня, линейный цетектор 5, попключеиный к интегратору 3, блок 6 управления, поа ключенный к ключу. 2, фиксатору 4 уровни и к, первому вхоцному вывоау, управляемый генератор 7, поцключеиный к блоку 6управления, блок. 8 счетчиков, попключен-ный к управляемому генератору 7 и бло-ку 6 управления, блок 9 запоминания, поцключенный к выхопу блока 8 счетчиков и к второму вхоцному вывоцу, блок 10 цифроаналогового преобразования, поцключенный к выхоцу фиксатора 4 уровня, квыхопам устройства и к выхоау блока 9 запоминания, ключ 2 поцкдючен к интегратору 3. Вхоц линейного цетектора 5поцключен к первому выхоцному вывопу,Управляемый генератор 7 соцержитгенератор 11 тактовьгх импульсов и310561управляемый делитель 12 частоты. Блок9 запоминания содержит запоминающиеузлы 13 блок 10 цифроаналогового преобразования содержит цифроаналоговые.преобразователи 14. Блок 6 управлениясоцержит включенные последомтельно5преобразователь 15 коца во временнойинтервал, счетчик 16 импульсов и цешифретор 17, а также нробрвзователь 18коцюь, Вход иреобразбэатИЙГ 15 кода во 10временной интервал и эхоппреобразомтеля 18 кодов: пбикаючены к входу блока 6 уцравненю, "являющемуся первымвходным выводом, Выходы преобразоввтеда 18 коцов подключены к блоку 8счетчиков, к генератору 11 тактовыхимпульсов и к управляемому пелителю 12 частоты, Вхоц счетчика 16 импульсов подключен к генератору 11 тактовых импульсов. Выхоц преобразователякода во временной интервал подключенк ключу 2, а выход дешифратора 17 "к вхоцу фиксатора 4 уровня,Источник опорного напряжения представляет собой стабилизированный источник напряжения постоянного тока, кото-рый попключаетсл к входу интегратора 3через, ключ 2, когда на управлявшийвход послецнего поступает управляющийсигнал (интервал времени )Тс блока306 управления. Фиксатором 4 уровня служит динамическое запоминающее устройство (схема выборки-хранения), котороепроизводит выборку и запоминание выходного напряжения интегратора 3 (фиксацию уровня) в момент прихоца короткого З 5управляющего импульса Т с блока уп, равления. Линейный детектор 5 (его рольможет выполнять в зависимости от требований конкретного применения, оцноили цвухлолупериоцичной выпрямитель,амплитудный петектор, детектор среднихили цействуюших значений напряжения)осуществляет преобразования выхопного переменного напряжения в постоянное или пульсирующее напряжение, поступающее на вход интегратора. Структура линейного цетектора 5 и интегратора 3 таком, что изменение напряжения на выходе интегратора 5 в результате интегрирования напряжения Еоопорного источника 1 цротивоположнопо знаку изменению такового в результате интегрирования выхоцного напряжения линейного цетектора 5. Управляемый генератор 7 состоит из генератора 11 тактовых импульсов, частота которого может устанавливаться управляю щим сигналом с блока 6 управления,51 4и управляемого делителя 12 частоты, оэффициент деления которого также можетустанавлимться сигналом от блока управления. Блок 8 счетчиков представляет собой в обшем случае набор счетчиков импульсов, например двоичных,начальная предустановка которых осушествляется сигналом от блока 6 управления.Блок 9 запоминания представляет собойнабор запоминающих устройств 13, ролькоторых могут выполнять оперативные,постоянные или перепрограммируемые,ва 13 в общем случае имеютдве группы основных входов - вхо,ды выбора предела (эта группа вхо 1цов подключена к блоку 8 счетчиков)и входы записи информации в .ячейки памяти (в случае использования постоянныхзапоминающих устройств эта группа вхоцов отсутствует). На входах запоминающихустройств 13 устанавливается коцв зависимости от содержимого выбранныхкодом адреса ячеек памяти, Блок 10цифроаналогового преобразования соцержит набор множительных цифроаналоговыхпреобразова гелей 14, имеющих аналогжный вход, на который подается напряжение, и группу цифровых коцов, на которыеподается код, например, параллельныйдвоичный коц, На выходе каждого цифроаналогового прэобразователя 14 устанавливается напряженю, пропорциональное проиэвецеиию входных напряжений икода, На вход блока 6 управления. являющийся первым вхоцным выводом, поступаег сигнал (например, код) управления(установки) выходного напряжения, частоты и сцвига фаэ выхоцных напряженийкалибратора напряжения. Преобразователь15 кода во временной интервал формируетуправляющий импульс, цлительиость которого пропорциональна коцу установки выходного напряжения калибратора. Счетчик 16 импульсов производит попсчетимпульсов с генератора тактовых импульсов. дешифратор 17 формирует короткийимпульс выборки для фиксатора 4 уровня.Преобразователь 18 копов преобразуетвходной код установки частоты и установки сдвига фаэ в коп управления блоком 8 счетчиков, генератором 11 тактовых импульсов и управляемымпелителем 12частоты (т.е, осуществляет роль интерфейса-преобразует, например, число-импульсныйили дэгично-десятичный код в пвоичньЮ).Калибратор работает циклично,Циклы задаются импульсами выборкиТ, формируемыми блоком .6 управления и5 10561 поступающими на фиксатор 4 уровня, За время каждого цикла блоком управления формируется оцин интервал времени Т открывающий ключ 2, Интервал времени Т зависит от вхоцного сигнала, например, поступающего на вхоп блока 6 управления. Счетчики импульсов блока 8 счетчиков поцсчитыввют импульсы с выхоца управляемого генератора 7., Выходной коц кажаого счетчика блока 8 изменя О ется, в результате чего осуществляется опрос апресов ячеек запоминающих ,стройств 10, нв выходах которых послецовательно появляются копы, занесенные. в ячейки памяти. Набор коаов, 15 занесенный в ячейки памяти каждого запоминающего устройства 13, прецстввляет собой набор значения кусочно- ступенчато-аппроксимированной кривой, На выходах цифроаналоговых преобразо 20 вателей 14 блока 10 цифроаналогового преобразования формируются, таким образом, переменные напряжения. Мгновенные значения этих напряжений, прецстввляющие собой орцинаты ступеней 25 кусочно-ступенчато-вппроксимироввнных кривых, пропорциональных произвецению вхопного напряжения цифроаналоговых преобразователей 14 и соответствующего вхоаного коца. Цикл работы калибратора 30 равен или кратен периоду переменного напряжения на выхоце, подключенном к вхоцу линейного аетектора 5. Следует заметить, что в общем случае напряжение на любом из выхоцов калибратора может быть постоянным. Лля этого соцержимое соответствующего запоминаю щего устройства 13 должно быть таким, чтобы при его циклическом опросе по всем ааресам его выходной коа оста вался неизменным. По истечению о циклов работы срепнее значение выхоцного напряжения калибратора на выходе, подключенном к линейному петектору 5 (назовем этот выхоа первым) станет равным45Е Тгае Т - длительность цикла, т,е,период импульсов выборки Т,Оь- срецйее значение рассмаъ 1 Вых Срфриваемого выходного напряжения переа началом перво. 55го цикла работы;Я =1- - КРс фцдп . 51 6К и К - коэффициенты передачи ффиксатора 4 уровня и цифроаналогового преобразователя 1 4, соответственно;Я,С - хронируюшие элементы интегратора 3.Из (1) видно, что при выполнении условия 1 Я 1( 1 при постаточно большом и (т.е. в установившемся режиме) среднее значение выходного напряжения станет равным Это выражение прецставляет собой уравнение преобразования калибратора аля его первого выхода. При этом, если интервал времени Т., сформирован пропорционально входному сигналу (например, коду), то выхопное напряжение на первом выходе калибровано входным сигналом по срецнему значению, При этом в уравнение преобразования не входят коэффициенты передачи таких .блоков как интегратор 3, фиксатор 4 уровня и цифроаналоговый преобразователь 14, подключенный к первому выходу калибратора напряжения, что позволяет при сравнительно невысоких требованиях к долговременной стабильности и линейности коэффициентов перецачи этих блоков получать выходное напряжение на первом выхоае с постаточно высокой точностью. Уравнение преобразования калибратора по квжаому из остальных выходов, т.е, по 1-му выходу=2, п ) имеет виц Кй.1 ВЫХ 18 Ь 1 Х СРКИ гце Ох - мгновенное значение напря-1 8 ьхжения на 1 м выходе;.К и К - .коэффициенты перецачи циф-роаналоновых преобразователей 14 соответственно, под.- ключенных к выходу О.,16 ьлеьх) 1,1 11 - числа (копы), поступающиена цифровые вхоцы соответствующих цифроаналоговыхпреобразователей 14,Таким образом, прецлагвемый калибратор напряжения формирует ряд напряжений на и выхоцах. Напряжение на первомвыходе Остабилизировано (калибро 1 выквано) по среднему значению. Мгновенныезначения напряжения на всех других выхоабилиз ированы ото2 выход " и еыхносительно срепнего значения напряжения1056 7живых форма и частота напряжения на каждом иэ выходов задается кодом, заносимым (или "зашитым" постоянно) в эапо минаюшее устройство блока 9 запоминания. Частота каждого иэ напряжений устанав ливается путем заданий опорной частоты генератора 11 тактовых импульсов, коэффициентом передачи управляемого целителя 12 частоты и структурой блока 8 счетчиков. фазовые сдвиги всех напряжений устанавливаются путем предустановки в заданное состояние соответствую щего счетчика импульсов блока 8 счетчиков или с помощью кодов. запоминающих устройств 13 блбка 9. Если просуммиро вать все выходные напряжения на простом аналоговом. сумматоре, то можно получить переменное напряжение сложной формы, у которого задана либо форма, либо коэффициент гармоник, либо спектр с уче том как амплитуд гармоник, так и их фаз.В результате область применения предлагаемого калибратора довольно широка, поскольку он может использоваться в следующих случаях: как калибратор постоянного напряжения ,калибратор перемен 151ного напряжения синусоидальной илисло;ной формы (в качестве измерительного генератора сигнала, например, длякалибровки или поверки вольтметров,,1 измерителей нелинейных искажений или цр.устройств); калибратор переменного напряжения сложной формы с заданным спектром и стабилизированной первой гармоникой (в качестве источника калибровочного сигнала, например, для калибровки илиповерки анализаторов спектра или селективных вольтметров); калибратор двухпеременных напряжений с заданным фаэовым сдвигом, амплитудой и формойкривой (в казачестве источника калибровочного сигнала, например, пля фаэомеъров или фазочувствительных вольтметров),Все введенные блоки просты, выпускаются в микроэлектронном исполнении,надежны, дешевы. Предлагаемый калибратор легко автоматизируем, что делаетего применимым в автоматизированныхсистемах измерения, контроля или управления. В то же время, при сравнительной простоте, калибратор достаточно высок оточен.1056151 Составитель С. ЧернышеваРепактор Р. Циника, Техреп С.Мигунова Корректо Билак ПопписноеР Заказ ороа, ул. ПроектнаГ Филиал ППП "Патен фЬ АЬ 04/40 Тираж 874НИИПИ Государственного комите га СССпо пелам изобретений и открыгий35, Москва, Ж, Раушская наб., и,