Устройство для сравнения напряжений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 4 С 0531/О 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лем 4) УСТРОЙСТВО ЕНИЯ НАПРЯЖЕ( осится к устройычислительнойфровыми преобра"ыть использованоений на выходахемников при амзобре ние отики и вам автома лого-цможетнапряфотопр ехники с ан ователями и для сравнени координатных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 15. 10.87. Бюл,38 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проб им. А.Н.Севченко(56) Авторское свидетельство СССР1024875, кл. С 05 В 1/01, 1982.Авторское свидетельство СССР1149209, кл. С 05 В 1/01, 1985. плитудных и времяимпульсных методахобработки информации. С целью повышения точности результатов сравнениянапряжений и расширения областиприменения с помощью аналоговых компараторов, логических элементов и одновибраторов с повторным запуском,тактируемых в течение времени сравнения, на выходах устройства производится выработка группы сигналов. Сочетание данных сигналов позволяет в результате сравнения напряжений определять больший, меньший или равный поамплитуде и по длительности, а такжепроизводить оценку величины их разности. В результате за счет получениябольшей информации о сравниваемыхнапряжениях имеется возможность сравнивать сигналы с различной формой напряжения при одновременном повьшениидостоверности результата сравнения.2 ил.Изобретение относится к ус.тройствам автоматики и вычислительной техники с аналого-цифровыми преобразователями и может быть использованодля сравнения напряжений на выходахкоординатных фотоприемников при амплитудных и времяимпульсных методахобработки информации.Цель изобретения - повышение точ"ности результатов сравнения напряжений и расширение области примененияустройства.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 =представлены диаграммы напряжений,поясняющие работу устройства.Устройство содержит первый и второй компараторы 1 и 2, первый 3 ивторой 4 источники сравниваемых напряжений, источник 5 стробирующегонапряжения, первый, второй и третийодновибраторы 6,7 и 8, первый и второй элементы ЗИИЛИ-НЕ 9 и 10, первый и второй элементы И 11 и 12, первый элемент И-НЕ 13, элемент НЕ 14,генератор 15 тактовых импульсов,третий компаратор 16, первый, второйи третий переменные резисторы 17, 18и 19, источник 20 напряжения питания,общую шину 21, четвертый компаратор22, четвертый одновибратор 23, четвертый переменный резистор 24, второй элемент И-НЕ 25, элемент 2 И-ИЛИНЕ 26, первый и второй элементы ЗИ27 и 28 и источник 29 управляющегосигнала.Генератор 15 тактовых импульсовсостоит из двух одновибраторов 30 и31. Позициями 32-48 обозначены входывыходы,На выходе источника 20 напряженияпитания формируются постоянные напряжения 5 В, 15 В и -15 ВУстройство может работать в двухрежимах: в. режиме без стробированияи в режиме стробирования внешним сигналом.В режиме без стробирования устройство работает следующим образом,Для задания режима работы безстробирования на выходе источника 29управляющего сигнала устанавливаетсянапряжение низкого уровня (соответствующее логическому нулю), В исходном состоянии на выходах 42, 43, 4648 устройства имеются напряжения низкого уровня, на инверсных выходаходновибраторов 6, 7, 8 и 23 - напря-. жения высокого уровня (соответствующие лог, "1") Компараторы 1, 2, 16и 22 по балансировочным входам припомощи резисторов 17, 18, 19 и 24смещаются до получения на их выходахнапряжений низкого уровня (соответствующего лог, "0"), Величина напряжения смещения компараторов одновре менно определяет и их пороги срабатывания, 11 ри этом инверсные выходЫ компараторов 16 и 22 подключаются к общей шине 21 устройства, Частота следования тактовых импульсов генератора 15 15 устанавливается максимально возможной для используемых элементов,Если на выходе источника 29 управляющего сигнала установлен низкийуровень напряжения (лог, "О"), то 20 это (за счет элемента 14 НЕ) приводит к появлению на выходе элемента26 2 ИИЛИ-НЕ также низкого уровнянапряжения, которое, поступая навход внешнего упра.вления (вход К) ге генератором 15 тактовых импульсов,разрешает его работу в режиме непрерывной генерации импульсов.Когда разница амплитуд входных импульсов, поступающих с выходов источ ников 3 и 4 на входы компараторов 1,2, 16 и 22, превышает порог срабатывания компаратора 16 (или 2), на выходе одного из них появляется напряжение, соответствующее лог, "1", Если сработает компаратор 1, сигнал сего выхода через первую группу входовэлемента 9 ЗИИЛИ-НЕ разрешает поступление тактовых импульсов генератора 15 на запуск первого одновибра тора 6, Кроме того, на вход первогоодновибратора 6 проходят также импульсы напряжения, выработанные вовремя переходных процессов в компараторе 1 и совпадающие по времени с так товьми импульсами. Данная последовательность импульсов запускает первыйодновибратор 6 при появлении на еговходе первого полноценного логического перепада. Время формированияимпульсов в одновибраторах 6, 7, 8и 23 устанавливается равным периодуследования импульсов с выхода генератора 15. Влагодаря этому удлинениевремени формирования выходных напряжений по сравнению с длительностью 55сравниваемых напряжений происходитлишь на величину, равную периоду следования тактовых импульсов на выходегенератора 15 и остается неизменным345167 50 55 1 как Гз случае коротких, так и больших по длительности входных напряжений,При запуске первого одновибратора 6 на его инверсном выходе появляется напряжение низкого уровня, блокирующее первую группу входов элемента ЗИИЛИ-НЕ 10, а на его прямом выходе - напряжение высокого уровня 1 разрешающее прохождение напряжения через вторую группу входов элемента ЗИИЛИ-НЕ 9. После окончания процесса сравнения напряжений в устройстве появляются сопровождающие выбросы, при сравнении которых уже на выходе компаратора 2 вырабатывается напряжение высокого уровня, Поскольку первая группа входов элемента ЗИИЛИНЕ 10 закрыта (так как блокируется напряжением низкого уровня с инверсного выхода одновибратора 6), то группа тактовых импульсов, количество которых определяется длительностью напряжения на,рыходе второго компаратора 2, поступает вновь на запуск одновибратора 6, Это приводит к тому, что на выходе 42 устройства за счет использования одновибратора 6 с повторным запуском вырабатывается напряжение высокого уровня в течение 510 15 20 25 30 35 40 45 времени, определяемом длительностью сравнения напряжений, длительностью выбросов, сопровождающих процесс сравнения, и длительностью формирования импульса одновибратором 6.Таким образом, устраняется информация, получаемая при срабатывании компараторов 1 и 2 от фоновой (шумовой) составляющей напряжений, что предотвращает искажение информации о результате сравнения напряжений. На выходе третьего компаратора 16 и четвертого компаратора 22 напряжение высокого уровня формируется всякий раз, когда появляются напряжения соответственно на выходах источников 3 и 4. Высокий уровень напряжения с выходов компараторов 16 и 22 открывает элементы И-НЕ 13 и 25 для прохождения тактовых импульсов генератора 15 на запуск одновибраторов 8 и 23, на выходах которых будут вырабатываться сигналы в течение длительности сравниваемых напряжений и времени формирования одновибраторов, Сочетание импульсов высокого и низкого напряжения соответственно с прямых и инверсных выходов одновибраторов 8 и 23 на входах элементов ЗИ 27 и 28 Г 1 РИВОДИТ К ПО 51 БЛЕНГГЮ На ВЫХОД 1 Х л г И 48 устройства сигналов высокого уровня, длительность и время появления которых зависит от длительности и формы сравниваемых напряжений. Если, например, напряжение с выхода источника 3 боль 111 е по амплитуде и по длительности, чем напряжение с выхода источника 4 (см, фиг, 2), то сигналы высокого уровня, информирующие о большей амплитуде и длительности напряжения с источника 3 выработаются соответственно на выходах 42 и 47 устройства. Причем на выходе 47 устройства будет выработано два сигнала: один по началу сравнения (из-за разной амплитуды и крутизны фронта нарастания напряжений), а второй - по окончании (из-за разной длительности напряжений), Одновременно длительность данных сигналов, зависящая от длительностей, амплитуд и крутизны фронтов сравниваемых напряжений, позволяет делать оценку того, насколько отличаются сравниваемые напряжения по длительности, крутизне фронтов и амплитуде (для сигналов с одинаковой формой напряжения). Таким образом, совокупность сигналов на выходах 42 и 43, 47 и 48 устройства позволяет в результате сравнения напряжений определять не только больший (меньший) из них по амплитуде и по длительности, но одновременно производить оценку величины разности их длительностей, крутизны фронтов и амплитуд. Кроме того, информация, заключенная в длительности сигналов на выводах 47 и 48 устройства, может служить и для оценки временных задержек между сравниваемыми напряжениями, если между ними возможны временные сдвиги,На прямом выходе третьего одновибратора 8 сигнал высокого уровня формируется каждый раз при срабатывании компаратора 16 от напряжения с выхода источника 4. Однако, до тех пор пока амплитуды напряжений на выходах источников 3 и 4 не равны, напряжение низкого уровня с инверсного выхода одновибратора 6 или 7 (которыепоявляются при их запуске по сигналам компараторов 1 или 2) через элемент И 11 блокирует поступление сигнала с одновибратора 8 на выход 46устройства, Как только напряженияна выходах источников 3 и 4 оказываются равными по амплитуде, компараторы 1 и 2 не вырабатывают напряженийб13/ и на инверсных вьхоах одновибраторов 6 и 7 сохраняются исходные напряжения (т.е. напряжения высокого уровня), благодаря чему и на выходе элемента И 11 будет высокий уровень напряжения, Это разрешает прохождение сигналов высокого уровня с прямого выхода одновибратора 8 через элемент И 12. В результате на выходе 46 устройства появляется напряжение, соответствующее моменту равенства напряжений на выходах источников 3 и 4, Таким образом, при сравнении сигналов с различной формой напряжения в течение времени сравнения возможно появление сигналов как на выходах 42 или 43 и 47 или 48 устройства (по началу или по окончании напряжений, когда из-за разной формы они имеют на выходах источников 3 и 4 различную амплитуду и длительность), так и на выходе 46 устройства (в момент равенства амплитуд), Совокупность данных сигналов повышает достоверность результата сравнения, поскольку обеспечивает больше информации о сравниваемых напряжениях,В режиме стробирования внешним напряжением устройство работает следующим образом, Поскольку в результате внешнего стробирования длительность сравниваемых напряжений оказывается одинаковой и определяется длительностью стробирующего сигнала, то в данном случае устройство работает только в режиме сравнения амплитуд напряжений с выходов источников 3 и 4.В исходном состоянии на выходе источника 29 управляющего сигнала устанавливается напряжение высокого уров" ня (лог, "1"), а на выходе источника 5 стробирующего сигнала - напряжение низкого уровняЭто приводит к тому, что на выходе элемента НЕ 14 имеется напряжение низкого уровня, блокирующее прохождение сигналов через элементы ЗИ 27, 28 на выходы 47 и 48устройства, а на выходе элемента 262 ИИЛИ-НЕ - высокий уровень, блокирующий работу генератора 15 тактовыхимпульсов, Появление напряжения высокого уровня на выходе источника 5стробирующего сигнала вызывает формирование на выходе элемента 2 И-ИЛИНЕ 26 напряжения низкого уровня,что разрешает выработку тактовых импульсов на выходе генератора 15, количество которых определяется дли 5167тельность стрсбисующс.го напряжения, При этом лог. 1на прямом вьсходеодновибраторов 6, 7, 8 и 23 вырабатывается только в этом случае, если напряжение на выходе соответствующего компаратора 1, 2, 16 и 22 сопровождается появпением тактовых импульсов на выходе генератора 15.10 Формула изобретения Устройство для сравнения напряжений, содержащее первый и второй ком параторы, прямые и инверсные входыкоторых перекрестно соединены и подключены соответственно к выходам первого и второго источников сравниваемых напряжений, источник стробирующего напряжения, первый, второй и третий одновибраторы, первый и второйэлементы ЗИИЛИ-НЕ, первый и второйэлементы И, первый элемент И-НЕ, элемент НЕ, генератор тактовых импуль сов, третий компаратор, первый, второй и третий переменные резисторы,соединенные первыми и вторыми выводами с первыми и вторыми балансировочными входами первого, второго и тре- ЗО тьего компараторов соответственно,выводы подвижного контакта первого,второго и третьего переменных резисторов соединены с первым выходом источника напряжения питания и первымивходами питания первого, второго и 35третьего компараторов, второй выходисточника напряжения соединен с вторыми входами питания первого, второгои третьего компараторов, третьи входыпитания которых подключены к третьему выходу источника напряжения питания, четвертые входы питания первого,второго и третьего компараторов соединены с общей шиной устройства и с 45инверсным входом третьего компаратора, третий вход первого и шестой входвторого элементов ЗИИЛИ-НЕ подключены к выходу первого компаратора,шестой вход первого и третий вход второго элементов ЗИИЛИ-НЕ подключены ВОк выходу второго компаратора, прямой выход первого одновибратора соединен с пятым входом первого элемента ЗИИЛИ-НЕ и первым выходом уст 5 б ройства, прямой вьгход второго одновибратора соединен с пятым входом второго элемента ЗИИЛИ-НЕ и вторым выходом устройства, а инверсные выходы первого и второго одновибраторов7 1345 связаны соответственно с вторыми входами второго и первого элементов ЗИИЛИ-НЕ, прямой вход третьего компаратора подключен к выходу второго источника сравниваемого напряжения,5 выход третьего компаратора соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и к первому и четвертому входам первого и второго элементов ЗИИЛИ-НЕ, а выход первого элемента И-НЕ соединен с входом третьего одновибратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности результатов сравнения напряжений и расширения области применения устройства, введены четвертый компаратор, четвертый одновибратор, четвертый переменный резистор, второй элемент И-НЕ, элемент 2 И-ИЛИ-НЕ, два элемента ЗИ и источник управляющего сигнала, причем первый и второй выводы четвертого переменного резисто ра соединены с первым и вторым балансировочными входами четвертого компаратора, а вывод подвижного контакта- четвертого переменного резистора связан с первым выходом источника напряжения питания, прямой и инверсный входы четвертого компаратора подключены соответственно к выходу первого источника сравнивающего напряжения и общей шине устройства, а выход соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, первый вход которого сое 167динен с выходом генератора тактовых импульсов, подключенного входом внешнего управления к выходу элемента 2 ИИЛИ-НЕ, первый вход которого связан с источником стробирующего напряжения, второй вход - с источником управляющего сигнала и входом элемента НЕ, подключенного выходом к вторым входам первого и второго элементов ЗИ . третьему и четвертому входам элемента 2 ИИЛИ-НЕ, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом четвертого одновибратора, инверсные выходы первого и второго одновибраторов подключены к первому и второму входам первого элемента И, связанного выходом с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с третьим выходом устройства, а второй вход второго элемента И подключен к первому входу первого элемента ЗИ и прямому выходу третьего одновибратора, соединенного инверсным выходом с первым входом второго элемента ЗИ, прямой и инверсный выходы четвертого одновибратора соединены соответственно с третьими входами второго и первого элементов ЗИ, выходы которых подключены к четвертому и пятому выходам устройства, первый, второй и третий входы питания четвертого компаратора соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами источника напряженияпитания,а четвертый вход питания четвертого компаратора соединен с общейшиной устройства.митета СССР открытиишская наб д, 4 ектная, 4 играФическое и зводствен Оз Ь з/46 Тираж 863ИИПИ Государственного делам изобретений 35, Москва Жт 35, Р В приятие, г, Ужгород, у