Преобразователь напряжения в длительность импульсов

(51)5 Н САНИЕ ИЗ БРЕТЕНИ К АВ мо Я тель- ышеания ность измер ия - по образо длитель чни 4 СО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Камский политехнический инсти(56) Авторское свидетельство СССРМ 1166306, кл, Н 03 М 1/50, 1985.Авторское свидетельство СССРМ 1181147, кл, Н 03 М 1/50, 1989.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ(57), Изобретение относится кной технике. Цель изобретенние точности линейного предвухполярного напряжения в импульса в широком диапазоне температур, Преобразователь содержит генератор, конденсатор 2, токоограничивающие сопротивления 3, 4, 5, 6, ключи 7, 8, 9, диод 10. Отличие состоит в том, что в схему ввели ключи 7 и 8, диод 10, сопротивления 4, 5, 6, причем выход задающего генератора 1 соединей с управляющим входом ключа 9, вход которого подключен к источнику папа:., ния, а выход через сопротивление 6 к первой обкладке конденсатора 2, вторая обкладка которого подключена к выходу ключа 7 и через диод 10 к управляющему входу ключа 8 и к одному из выводов сопротивления 4, второй вывод которого соединен с исто ком питания, 3 ил,10 генератор, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого является шиной питания, а выход соединен с входом синхронизации задаю 15 20 25 30 35 третьего ключа 40 45 50 55 тания, а выход соединен с входом синхронизации генератора 1, управляющим входом ключа 7, через сопротивление 6 с шиной нулевого потенциала и первым выводом конденсатора 2, второй вывод которого подключен к выходу ключа 7 и катоду диода 10,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиковой аппаратуре для преобразования аналоговых сигналов в длительность импульсов в цифровых измерительных сис темах.Известен преобразователь напряженияв частоту, содержащий пять транзисторов, диод, конденсаторишесть сопротивлений, где база первого транзистора подключена к информационному входу преобразователя, коллектор соединен с шиной питания, а эмиттер подсоединен к аноду диода, через первое сопротивление к общей"шине уст- ройства и второе сопротивление с базой третьего и коллектором второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине устройства, а база соединена с коллектором третьего- транзйстора и через третье сопротивление подкдючена к катоду диода и выходной шине устройства", эмит- тертретьего транзистора соединен с одной из обкладок времязадающего конденсатора и "стоком четвертого полевого транзистора, иСтоккотброго"через"четвертое сопротивление йбдключен"к затвору и шине питания, другой обкладкой конденсатор подсоединен к базепятоготранзистора"й через пятое сопротивление к шине питанйя эмиттер пятого транзистора соединен с общей шиной устройства, аколлектор подключен к выходной шине устройства и черезшестое сопротивление к шине питания,Известен также преобразователь напряжения в длительность импульса содержащий источник опорного напряжения, два операционных усилителя, интегрирующий конденсатор, токоограничивающее сопротивление, двухпозиционный ключ-, компаратор и ждущий мультивибратор, где интегрирующий конденсатор одной обкладкой соединен с инверсными входами первого и второго операционных усилителей и через токоограничивающее сопротивление подключен к информационному входу устройства, другой обкладкой со"входом компаратора и выходом двухпозиционного ключа, первый вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, второй вход с выходом второго операционного усилителя, у которых прямые входы соединены с источником опорного напряжения и общей "шиной" - соответственно, выход компаратора подключен ко входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим входом двухпози- ционного ключа и информационным выходом устройства,Недостатком данного. устройства является наличие в схеме операционных усилителей, ограничивающих диапазон рабочихтемператур,Цель изобретения - повышение точности линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в широком диапазоне температур (от -60 до +125),Указанная цель достигается тем, что впреобразователь, содержащий задающий щего генератора и первым выводом интегрирующего элемента, выполненного на конденсаторе, первый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, первый вывод которого является входной шиной дополнительно введены два ключа, три токоограничивающих элемента, каждый из которых выполнен на резисторе и разделительный элемент, выполненный на диоде,анод которого объединен с первым выводом второго резистора и соединен с управляющим входом второго ключа, вход которого соединенс выходом задающего генератора и через четвертый резистор подключен к шине питания, а выход является шиной нулевого потенциала, катод диода объединен со вторым выводом конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, управляющий вход которого объединен с первым выводом третьего резистора и подключен ко входу синхронизации задающего генератора, вторые выводы второго и третьего резисторов являются соответственно шиной питания и шиной нулевого потенциала, а второй вывод первого резистора соединен со входом На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг,3 - принципиальная схема устройст ва. Преобразователь напряжения в длительность импульса (фиг.1) содержит генератор 1, интегрирующий элемент 2, выполненный на конденсаторе, токоограничивающие элементы 3, 4, 5, 6, выполненные на сопротивлениях, ключи 7, 8, 9 и диод 10,Выход генератора 1 подключен через сопротивление 5 к шине питания, соединен с входом ключа 8 и управляющим входом ключа 9, вход которого является шиной пи10 15 20 25 30 35 40 50 55 анод которого соединен с управляющим входом ключа 8 и через сопротивление 4 с шиной питания, выход ключа 8 является шиной нулевого потенциала, а вход ключа 7 через сопротивление 3 соединен с входной шиной.Преобразователь работает следующим образом. При включении питания на управляющий вход ключа 8 через сопротивление 4 подается напряжение источника питания открывающее ключ 8, Открывание ключа 8 притягивает управляющий вход ключа 9 к шине нулевого потенциала и тем самым открывает ключ 9, который в свою очередь притягивает точку соединения сопротивления 6 и конденсатора 2 к шине питания и устанавливает на выходной шине преобразователя напряжения в длительность импульса "единицу", напряжение источника питания (момент А фиг.2). Это напряжение открывает ключ 7, и по входу синхронизации разрешает работу релаксационному генератору прямоугольных импульсов 1, формирующему постоянное время Т заряда интегрирующего конденсатора 2. В этот момент конденсатор заряжается от измеряемого напряжения по цепи: токоограничивающее сопротивление 3; открытый ключ 7, конденсатор 2 и открытый ключ 4 (время А-В фиг,2). По окончанию времени Т заряда конденсатора на выходе генератора 1 формируется короткий импульс (момент В фиг.2) с напряжением, большим напряжения питания, который поступает на управляющий вход ключа 9. Этот импульс по переднему фронту закрывает ключ 9, В результате конденсатор 2 обкладкой, заряженной со знаком "плюс" через сопротивление 6 притягивается к шине нулевого потенциала и оказывается включен по схеме Сраз (Сраз нарисовано пунктирными линиями). Отрицательным напряжением накопленным на другой обкладке конденсатор 2 открываетдиод 10 изакрывает ключ 8. Закрывание ключа 8, нулевой потенциал на выходе преобразователя, закрывает ключ 7 и по входу синхронизации удерживает генератор 1 от формирования нового импульса. Закрывание ключа 8 притягивает управляющий вход ключа 9 через сопротивление 5 к шине питания и теперь это напряжение по управляющему входу удерживает ключ 9 в закрытом состоянии. В это время (участок В-С фиг,2) конденсатор 2 начинает перезаряжаться по цепи: сопротивление 4, открытый диод 10, конденсатор .2 и сопротивление 6 от источника питания. Перезаряд конденсатора 2 идет до тех нор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет уровня закрывания диода 10 и открывания ключа 8 (момент С фиг.2). Открывание ключа 8 вызовет открывание ключа 9 в результате чего откроется ключ 7 и разрешит генератору 1 по входу синхронизации формирование нового импульса длительностью Т, В результате интегрирующий конденсатор всегда заряжается одно и тоже время Т током, зависящим от измеряемого напряжения через большое входное сопротивление 3, а разряжается разное время одним и тем же током. Поэтому время разряда конденсатора зависит от напряжения, до которого он зарядится измеряемым напряжением, за постоянное время Т,На фиг.З представлена принципиальная схема устройства. Синхронизируемый генератор построен на транзисторах Т 1-Т 6, диодах 01-02, сопротивлениях В 1-ВЗ, конденсаторах С 1-СЗ, на диодах 03-04 и конденсаторе С 4 построена схема формирования короткого импульса с напряжением, большим напряжения источника питания, на транзисторах Т 7, Т 8, диоде 05 и сопротивлениях 814, 826 - аналоговый ключ, на транзисторе Т 13, диодах 07-08,сопротивлении В 25 и конденсаторах С 6-С 7 - схема формирования отрицательного напряжения для управления аналоговым ключом, на транзисторах Т 9-Т 10, диоде 06,сопротивлениях Я 16-820 и конденсаторе С 5 - ждущий мультивибратор и на транзисторах Т 11-Т 12, сопротивлениях 821-й 23 - устройство управления синхронизацией генератора; Рассмотрим работу преобразователя на примере принципиальной схемы (фиг.З). При включении источника напряжения база транзистора Т 9 ждущего мультивибратора через сопротивление 817 притягивается к положительной шине источника и транзистор открывается, Открытый транзйстор смещает среднюю точку делителя Я 18, 819 от положительной шины источника напряжения в сторону землянной и открывает транзистор Т 10. В результате на коллекторе транзистора Т 10, на выходе ждущего мультивибратора, формируется напряжение источника питания, "единица", Этим напряжением открываются транзисторы Т 8,Т 11, Т 13. Открытый транзистор Т 11 эакрывает транзисторы Т 1 и Т 12, а Т 12 в свою очередь закрывает транзистор Т 5, Открытый транзистор Т 8 формирует положительное напряжение на катоде диода 05 и закрывает его, теМ самым открывает аналоговый ключ на транзисторе Т 7, В этот же момент, при включении источника напряжения, конденсатор СЗ разряжен, Поэтому база транзистора ТЗ через сопротивление В 2 притягивается к положительной шине источника напряжения и транзистор открывается. При открывании транзистора ТЗ за- крывается транзистор Т 4, Но транзистор Т 4 тут-же открывается вновь, так как конденсатор С 2 не заряжен. Через конденсатор С 1 делствует положительная обратная связь.Поэтому при открывании транзистора Т 4, по положительному фронту импульса, открывается транзистор Тб, Открытый транзистор Тб открывает транзистор Т 2 и конденсатор 1 СЗ мгновенно заряжается по цепи: сопротивление В 11, открытый диод 01, открытый транзистор Т 2 до напряжения источника питания, По мере заряда СЗ транзистор Тб выходит из насыщения и закрывает транзистор Т 2, При открывании транзистора Т 2 закрываются диод 02 и транзистор ТЗ, В это время транзистор Т 4 открыт и идет заряд конденсатора С 2 по цепи сопротивление В 7, открытый транзистор Т 4, сопротивление В 8, конденсатор С 2. По окончании времени заряда конденсатора СЗ на выходе генератора формируется нулевой потенциал, транзистор Тб закрыт, и "начинается"йроцеСс разряда конденсатора по цепи: сопротивления В 2, В 11. Конденсатор СЗразряжается до напряжения откРывания транзистора ТЗ, При открывании транзистора ТЗ закрывается транзистор Т 4 и конденсатор С 2 начинает разряжаться через сопротивление В 9. По окончании разряда конденсатора транзи. стор Т 4 открывается и по положительному фронту открывается транзистор Тб, который вновь открывает транзистор Т 1 и конденсатор СЗ начинает заряжаться, Время разряда конденсатора СЗ, формируемое на выходе генератора, является величиной постоянной для ждущего мультивибратора. В это время транзисторы Т 9 и Т 10 открыты, аналоговый ключ на транзисторе 17 открыт и происходит заряд конденсатора СЗ разностью опорного источника напряжения и входного напряжения по цепи открытый транзистор Т 10, токоограничивающее сопротивление В 16 и открытый аналоговый ключ на транзисторе Т 7. Время заряда является величиной постоянной. Поэтому напряжение заряда на конденсаторе зависит от входного напряжения. При открывании транзистора Тб генератор с помощью удвоителя напряжения, построенного на диодахОЗ; 04 и конденсаторе С 4, формирует короткий импульс положительной полярности с напряжением большим напряжения источника питания, Этот импульс закрывает транзистор Т 10. В результате конденсатор положительнозаряженной обкладкой притягивается к земле, а отрицательнозаряженной к базе транзистора Т 9 через открытый диод 06 (от.- рицательным напряжением диод открывается). В результате транзистор Тб закрывается и притягивает среднюю точку делителя В 18, Р 19 к положительной шине источника напряжения. По окончании импульса на выхо де удвоителя закрытый транзистор Т 10будет удерживать в закрытом состоянии транзистор Т 9. В это время конденсатор С 5 разряжается по цепи сопротивление В 17, открытый диод 06 и сопротивление В 20.0 Конденсатор разряжается до напряженияоткрывания транзистора Т 9. При открывании транзистора Т 9 открывается и транзистор Т 10 и конденсатор С 5 вновь начинает заряжаться. Время разряда конденсатора 15 С 5 зависит от напряжения,.до которого онзарядился за время Тсопз 1, т.е, от напряжения входного источника. Во время разряда конденсатора С 5 транзистор Т 11 закрывается и закрывает аналоговый ключ на тран зисторе Т 7, а также открывает транзисторыТ 1, Т 12 и Т 5 (транзисторы синхронизации генератора). Теперь по окончании заряда конденсатора СЗ транзисторы Тб и Т 1 закрываются, но конденсатор остается заря женным до напряжения источника питанияс помощью открытых транзисторов синхронизации Т 5, Т 1 до окончания разряда конденсатора С 5 в ждущем мультивибраторе.Экспериментальные исследования за являемого устройства для преобразованиядвухполярного напряжения в длительность.импульса показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототипом) заявляемое устройство 35 обеспечивает большую точность (5 ф ) линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в диапазоне температур от -60 до +125 С.Формула изобретения 40 Преобразователь напряжения в длительность импульсов, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого является шиной питания, а выход 45 соединен с входом синхронизации задающего генератора и первым выводом интегри рующего элемента, выполненного наконденсаторе, первый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, пер вый вывод которого является входнойшиной, о тли ча ю щи й с я тем,что, с целью повышения точности, в него введены два ключа, три токоограничивающих элемента, каждый из которых выполнен на 55 резисторе, и разделительный элемент, выполненный на диоде, анод которого объединен с первым выводом второго резистора и соединен с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом задающего генератора1785071 10 СинхройхоегенератоВыхоц генератора 1 Пист. пит,Выход ключа правляюий эхоцдюча 8 Вхолключа 8 Выхо ключ базар Напряжение на конленсаторе 2 фиг.2 ичерезчетвертый резистор и од кл юче н к ш и н е и и тания,а выходявляетсяшиной нулевого потенциала, катод диода объединен с вторым выводом конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, управляющийвход которого объединен с первым выводом третьУправляющий входключа 9 его резистора и подключен к входу синхронизации задающего генератора, вторые выводы второго и третьего резисторов явля ются соответственно шиной питания и шиной нуле вого потенциала, в второй вывод первого резистора соединен с входом третьего ключа,1785071 едактор ТехКорректор Е.Папп Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва,Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 4370 ВНИИПИ Г ставитель П.Яковлевред М.Моргентал Ь Я.