Преобразователь тока в интервал времени

(51)5 Н 03 М 1/ ЕНИЯ НИЕ И АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛ ЬСТВ нститув.А. Бар НТЕРОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(56) Авторское свидетельство СССРМ 1285599, кл. Н ОЗ М 1/52, 1986.. Авторское свидетельство СССРМ 1529459, кл. Н 03 М 1/52, 1988,(57) Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в универсальных и специальных средствах измерения, Цель изобретения - повышение достоверности информации и повышение чувствительности. Преобразователь содержит входную клемму 1, три конденсатора 2, 7 и 8, два источника 3 и 4 образцового тока, девять ключей 5, 6, 11, 12, 20-24, три одерационных усилителя 9, 10 и 26, делитель 13 частоты, генератор 14 импульсов, три триггера 15, 18 и 28, элемент И 16, два компаратора 17 и 25, два одновибратора 19 и 27, 1 з.п, ф-лы, 2 ил,Изобретение относится к цифровой го соединен с выходом генератора импульэлектроизмерительной технике и мике и может сов и объединен с С-входом первого триггебыть использовано в универсальныхсальных и спе- ра, прямой выход которого подключен кциальных средствах измерения. первому входу элемента И, второй вход кон и еоб азователь тока в ин торогосоединенспрямымвыходомделитеИзвестен прео разователь тя частоты, а выход элемента И - ктервал времени с предварительным преоб- ля частоты, а в дразованием напряжения в ток, ссодержащий управляющему входу первого ключа и являа, опе а ионный усили- ется первой выходной шиной, первый комтель, аналоговый -инвертор, компаратор, паратор, первый вход которого являетсят и ключа, источнико разцов гб ового тока триг шиной нулевого потенциала, а выход - соердинен с В-входом второго триггера, выходгер и генератор импульсов.Недостатком данного устройг стройства явля- которого подключен к управляющему входуется низкая точность из-за наличияч ть из-за наличия погреш- второго ключа и является второй выходнойности установления выходного интервала шиной, первый одновибратор, дополнивремени при скачкоо разном иб ом изменении 15 тельно введены пятый, шестой, седьмой,л а также накопления по- восьмой и девятый ключи, второй компарагрешн тОСти от краевых эффектов при сумми- тор, третии операци н ут тийт игге, и ировании оиследовательного ряда рой одновибратор и ре р р, ронепрймыкающихвыходных интерверваловвре- этом выход седьмого ключа соединен с20 входом третьего ключа и с инвертирующимН б близким по технической сущ- входом первого-операци уаи олее ли" "вхо омности к предлагаемому устройсттройству является вход пятого ключа объединен со дпреобразователь тока в интервал вр мр ал времени седьмого ключаис первым выводом первосодержащий три конденсатора, два отора два опера- го конденсатора, второй вывод которого соля, компаратор, четыре 25 единен с выходом первого операционноключа, два транзистора, два источника об- го усилителя, уйрав я щго, пятого и седьмого ключей объединены сразцового тока, генератор импульсов, делиа элемент И С-входом второго триггера, выход пятоготель частоты, два триггера, элементключа соединен со входами шестого и восьодновибратор и диод.В известном устроистве отве отсутствует 30 мого ключей и подключен к первому выводупервая из указанных выше погрешпог ешностей, а второго конденсатора, второй вывод котовлияние второй погрешности уг ешности существенно рого соединен с выходом второго операциуменьшено за счет возможности учета вли- онного усилителя, и с первым входомяния краевых эффектов, дн к,фф, Однако данное ус- второго компаратора, выход которого подт ойство построено таким о разобразом что в 35 ключен к О-входу первого триггера, управро работы ляющий вход четвертого ключа объединен стечение одного из полупериодов его ра отьотсутствует интегрирование входногото о тока упрахвляющими входами шестого и восьмогочто приводит к потере информацииф р ации о его ключей и подключен к инверсному выходуразмере и снижает достоверность информа- . пер р р,и вого т иггепа, выход шестого ключа соции. Кроме того, оно характеризуется низ единей С входом девятого ключа, первымкой чувствительностью катью Указанные выводом третьего конденсатора и инвертия тся с ественными недо- рующим входом третьего операционногоимтею юю оторого оклким тстатками устройства-прототипа.усилителя, выход к тц б т ния - повышение досто- рому входу первого компаратора, второмуве ности и повышение чувствительности 45 выводутретьегоконденс т р дато а и объе иненс выходом девятого ключа, управляющийустройс"ва.Поставленная цель дел достигается тем, что вход которого соедине с д рел д, н выхо ом т етьеготсв известный преобразователь тока в интбо а интер- триггера, Й- и 3-входыкоторого соответвал времени, содержащий входную шину,ю шину венно через первый и второй одновибратИ икоторая соединена с первым выводомодом пер ры подклыючены к выходам элемента иваго конденсатора, первый и второи и.ро и."точ- второго триггера, О-вход последнего из ковыхо ы которых торых объединен с его й-входом, выходники образцового тока, выходы коток вхо четвеенно через первый восьмого ключа подключен ко входу ч рч к пе вым выводам второго того ключа и к инвертирующему входуопе .а ооо усеи т етьего конденсаторов, первый и второй 55 ро го о и е р. ци третькоторых неинвертирующие входы первого, второгои третьего операционных усилителей и втоа ионные силители, выходы котсое инены с выходами третьего и четверто- ино и авляющий рой вХод второго компаратора являются шиго ключей, соответственно, управляющийвхо т етьего ключа подсоединое инен к инверс- ной нулевого потенциала, при этом первый,вхс которо- второи, третий, четвертыи, лятыи. шестой иному выходу делителя частоты, вхад которо1785074 девятый ключи выполнены с проводимостью, противоположной типу проводимости седьмого и восьмого ключей.На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг,2 - временные диаграммы работы.Преобразователь тока в интервал времени содержит (фиг.1) входную шину 1, которая соединена с первым выводом первого конденсатора 2, первый и второй источники 3 и 4 образцового тока, выходы которых подключены соответственно через" первый и второй ключи 5 и 6 к первым выводам второго и третьего конденсаторов 7 и 8, первый и второй операционные усилители 9 и 10, выходы которых соединены с выходами третьего и четвертого ключей 11 и 12, соответственно, управляющий вход третьего ключа 12 подсоединен к инверсному вы- ходу делителя 13 частоты, вход которого соединен с выходом генератора 14 импульсов и объединен с С-входом первого триггера 15, прямой выход которого подключен к первому входу элемента И 16, второй вход которого соединен с прямым выходом делителя 13 частоты; а выход элемента И 16 - к управляющему входу первого ключа 5 и является первой выходной шиной 17, первый компаратор 18, первый вход которого является шиной 19 нулевого потенциала, а выход - соединен с й-входом второго триггера 20, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа 6 и является второй выходной шиной 21, первый одновибратор 22, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый ключи 23, 24, 25, 26 и 27, второй компаратор 28, третий операционный усилитель 29, второй одновибратор 30 и третий триггер 31, при этом выход седьмого ключа 25 соединен со входом третьего ключа 11 и с инвертирующим входом первого операционного усилителя 9, вход пятого ключа 23 объединен со входом седьмого ключа 25 и с первым выводом первого к 6 н- денсатора 2, второй вывод которого соединен с выходом первого операцйонного усилителя 9, управляющие входы третьего; пятого и седьмого ключей 11, 23, 25 объединены с С-входом второго триггера 20, выход пятого ключа 23 соединен со входами шестого и восьмого ключей 24 и 26 и подключены к первому выводу старого конденсатора 7, второй вывод которого соединен с выхо- . дом второго операционного усилитеЛя 10, и. с первым входом второго компаратора 28, выход которого подключен к О-входу первого триггера 15, управляющий вход четвертого ключа 12 объединен с управляющими входами шестого и восьмого ключей 24 и 26 и подключен к инверсному выходу-йервОго триггера 15, выход шестого ключа 24 соединен с входом девятого ключа 27, первым выводом третьего конденсатора 8 и инвертирующим входом третьего операционного5 усилителя 29, выход которого подключен квторому входу первого компаратора 18, второму выводу третьего конденсатора 8 и объединен с выходом девятого ключа 27, управляющий вход которого соединен с вы ходом третьего триггера 31, й- и Я-входыкоторого соответственно через первый.и второй одновибраторы 22 и 30 подключены к выходам элемента 16 И и второго триггера 20, О-вход последнего из которых объеди нен с его Я-входом, выход восьмого ключа26 подключен ко входу четвертого ключа 12 и к инвертирующему входу второго операционного усилителя 10, неинвертирующие входы первого; второго и третьего операци онных усилителей 9, 10 и 29 и второй входвторого компаратора 28 являются шиной нулевого потенциала 19, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и девятый ключи 5, 6, 11, 12, 23, 24 и 27 выполнены с 25 проводимостью, противоположной типупроводимости седьмого и восьмого ключей 25 и 26.На фиг.2 обозначено: 32 - импульснаяпоследовательность на выходе генератора 30 14 импульсов; 33 и 34 - импульсная последовательность соответственно на прямом и инверсном выходах делителя 13 частоты; 35, 36 и 37 - форма напряжения на выходе соответственно первого, второго, третьего 35 операционных усилителей 9, 10 и 29; 38 и 39- выходной сигнал соответственно первого и второго компараторов 18 и 28; 40 - сигнал на прямом выходе первого триггера 15; 41 - выходной сигнал элемента 16 И; 42 - выход ной сигнал второго триггера 20; 43 и 44 -выходной сигнал соответственно первого и второго одновибраторов 22 и 30; 45 - выходной сигнал третьего триггера 31.Работа устройства осуществляется в 45 синхронном режиме,по управляющим импульсам с выходов делйтеля 13 частоты, временная расстановка "которых, в свою очередь, определяетсячастогой генератора 14 импульсов.50 Пусть на входную шину 1 подан втекающий ток. Цикл работы устройства начнем рассматриватьс момента появления импульса на прямом выходеделителя 13.частоты (момент времени 1, на фиг.2), В 55 предыдущем цикле работы к моменту времени со было обеспечено следующее состояние ключей (фиг.1): первый, второй, четвертый, шестой, седьмой ключи 5, 6, 12, 24, 25 разомкнуты, а третий, пятый, восьмой и девятййключи 1, 23, 26 и 27 замкнуты. Врезультате этого к моменту времени ь на выводах заряженного первого конденсатовыходе первого и третьего операционных ра 2 обеспечивается нулевой потенциал: наусилителей 9 и 29 напряжение равно нулю, первом выводе (левый на фиг,1) - за счета на выходе второго операционного усили- подключения через пятый и восьмой ключителя 10 - некоторому отрицательному зна 23 и 26 инвертирующего входа второго опечению, При этом на выходе первого рационногоусилителя 10,охваченного ООСкомпаратора 18, будетлогический ноль("0"), через второй конденсатор 7; на втором выа на выходе второго компаратора 28 - логи- воде(правый нефиг.2)-за счетобеспеченияческая единица ("1"). Следовательно, пер- нуля на выходе первого операционного усивый триггер 15 будет в состоянии "1", а 10 лителя 9 путем его охвата ООС через замквторой триггерРиггер 20 - "0". нутый третий ключ 11. Таким образомВ момент времени Ф появляется им- создаются условия для полного разрядапульс на прямом выходе делителя 13 часто- первого конденсатора 2 на второй конденты (на "инверсном соответственно пауза), сатор 7. В результате заряд 0 полностьюВследствие этого размыкаются третий и пя переносится на второй конденсатор 7 (безтый ключи 11 и 23 и замыкается седьмой учета паразитных параметров первого иключ 25, имеющий противоположную про- второго операционных усилителей 9 и О),водимость по сравнению с третьим и пятым Одновременно через замкнутый пятый ключключами 11 и 23. В результате входной ток 23 второй конденсатор 7 заряжается током1 х устройства начнет заряжать первый кон 1 х с входной шины 1,денсатор 2, включенный в цепь отрицатель- Пусть к моменту времени т 2 разряд перной обратной связи (ООС) первого вого конденсатора 2 на второй конденсатороперационного усилителя 9, При втекаю закончился. Тогда в оставшееся до оконщем токе 1 х за время действия импульса с чания импульса время на инверсном выходепрямого выхода делителя 13 частоты дли делителя 13 частоты второй конденсатортельностью 11-то=То первый конденсатор 2 будет заряжаться лишь током 1,.примет зарядр зар д 0: Одновременно с началом заряда второго конденсатора 7 второй компаратор 28переводится в состояние "1", которое пере 01=,1 1 х с 11=1 х То, 30 писывается на прямой выход первого триго гера 15,За время действия импульса с инверсТо ного выхода делителя 13 частоты длител ьногде 1 х= 1 1 х Ф - среднее значение тока 1 х стью тз-т 1=Т второй конденсатор 7, до этого35 разряженный, примет заряд 02:за интервал с-ь=То.Так как в процессе работы устройства втечение одного цикла осуществляется последовательное преобразование заряда 01на перовом, втором и третьем конденсатоРах 2, 7 и 8, то изменение заРЯда на втоР В момент времени тз заканчивается им 40конденсатора 7 за время т 1-то и на третем пульс на инверсном и возникает на прямомконденсаторе 8 за время 15-то, а также свя- выхода делителя 13 частоты, Это приводитзанные с этим другие проЦессы в схеме к появлению "1" на выходеэлемента 16 И, Врассматривать не будем, поскольку преоб- результатеописанных процессов первый иразование заряда на конденсаторах 2, 7 и 8 седьмой ключи 5 и 25 замыкаются, а третий45за указанные временные интеРвалы харак- и пятый ключи 11 и 23 размыкаются, Тогдатеризуютх за предыдущий цикл. Отме ток 1 с входной шины 1 вновь начинаетлишь, что к моменту времениокончания заряжать первый конденсатор 2 в течениеимйульса на прямом выходе делителя 13 интервала времени т 7-тз; а ток 1 о 1 первогочастоты заряд второго койденсатора 7 буде источника 3 образцового тока начинает раз 50равен нулю. Ряжать второй конденсатор 7 через эамкнуВ момент времени 1 заканчивается им тый первый ключ 5 (направление тока 101пульс на прямом- выходе делителя 13 часто- берут противоположным направлению токаты и возникает на его инверсном выоде 1), Вследствие этого в момент времени И55Вследствие этого размыкаются третьей и пя выходное напряжение. второго операционтый ключи 11 и 23, а седьмой ключ 25 Раз- ного усилителя 10 достигает нуля, что примыкаетя, В это же время размыкаются водит к.переходу второго компаратора 28 вчетвертый и шестой ключи 12 и 24 и замыка состояние "0" и свидетельствует о полномется восьмойключ 26, В результатенаобоих разряде второго конденсатора 7, С одной/02 =-01 Т 1 5а с другой, его начальный заряд к моменту времени 1 з был равен 02, ЗначитФ02+02 =О,10 или 2 х То=01 Т 1,откуда х Т 1=2 " То.01Т 1= - " Т +ЬТ О 1 50 Переход. первого триггера 15 в состояние "0" в момент времени Ь вызывает замыкание четвертого и шестого ключей.12 и 24 и размыкание восьмого ключа 26, который 55 имеет противоположную проводимость по сравнению с указанными ключами 12 и 24.Одновременно по окончании интервала времени Т 1 первый одновибратор 22 форми/ .То есть, интервал времени Т 1 несет ин формацию о среднем значении тока х на входной шине 1. Однако, в общем случае момент времени т 4 окончания Т 1 не совпадает с началом ближайшего импульса генератора 14 импульсов, что приводит при 25 суммировании последовательного ряда не- примыкающих информативных интервалов времени Т 1 к накоплению погрешности от краевых эффектов, которая может достигать максимального значения п Т (и - число сум мированных интервалов времени Т 1, Т - период следования импульсов генератора 14 импульсов).Поэтому в устройстве продолжается заряд второго конденсатора 7 током о 1 до 35 момента времени Ь прихода ближайшего импульса с выхода генератора 14 импульсов. В момент времени Ь по фронту этого импульса первый триггер 15 переходит в состояние "0", отключая тем самым ток40 от второго конденсатора 7 и фиксируя окончание информативного интервала времени Т 1 на выходе первого элемента 16 И, выход которого является первой выходной шиной .17. 45Тогда интервал времени Т 1 определится как рует короткий импульс, которым третий триггер 31 переводится в состояние "0", что вызывает размыкание девятого ключа 27.В результате на обоих выводах заряженного до значения Ь 02=-о 1 ЬТ 1 второго конденсатора 7 обеспечивается нулевой потенциал: на первом вывУде (левый на фиг.1) - за счет подключенйя через шестой ключ 24 инвертирующего входа третьего операционного усилителя 29, охваченного ООС через третий конденсатор 8; на втором выводе (правый на фиг.2) - за счет обеспечения нуля на выходе второго операционного усилителя 10 путем его охвата ООС через замкнутый четвертый ключ 12. Таким образом создаются условия для полного разряда второго конденсатора 7 на третий конденсатор 8. В результате заряд А 02 полностью переносится на третий конденсатор 8.Одновременно в момент времени 15 первый компаратор 18 выходным напряжением третьего операционного усилителя 29 переводится в состояние "1".Пусть к моменту времени 16 процесс разряда второго конденсатора 7 закончился. Тогда Второй конденсатор 7, полностью разряженный, окажется готовым к принятию новой порции заряда 01 от первого конденсатора 2, а третий конденсатор 8 хранит полученный заряд Ь 02.В момент времени 17 заканчивается импульс на прямом выходе делителя 13 частоты и начинается на инверсном его выходе. Это приводит к повторению процессов, происходящих на интервале времени 17-11 и относящихся к заряду-разряду первого и второго конденсаторов 2 и 7 в новом цикле преобразования х. В частности, ключи 11, 23, 26 замыкаются, а ключи 24 и 25 размыкаются, Одновременно продолжается текущий цикл преобразования. По фронту импульса на инверсном выходе делителя 13 частоты второй триггер 20 переводится в состояние "1", Это вызывает замыкание второго ключа 6 и разряд третьего конденсатора 8 током о 2 с выхода второго источника 4 образцового тока (знак тока о 2 противоположен знаку тока о 1),В момент времени 1 з на третьем конденсато ре 8 сумма рны й за рядй 02+Оз, гдеОз=о 2(18-17), становится равным нулю, что вызывает переход первого компаратора 18 в состояние "0". Это приводит к переходу второго триггера 20 в состояние "0", а, следовательно, к размыканию второго ключа 6 и замыканию девятого ключа 27, Информативный интервал времени Т 2=1 зна второй выходной шине 21 устройства определяетсяусловием баланса заряда на третьем конденсаторе 8;Л 02+С 3=0 уили-01 Л Т 1+02 Т 2=0 роткудаТ 2=ЛТ 10102интервал времени Т 2, сформированный 15 на второй выходной шине 21, можно использовать для уточнения младших разрядов кода х, получаемого при кодировании основного информативного интервала времени Т 1,20Выбирая 0102 или С 7 Св(емкости второго и третьего конденсаторов 7 и 8), можно обеспечить необходимый размер Т 2, удобный для его кодирования.Формула изобретения 25 1. Преобразователь тока в интервал.времени, содержащий входную шину, которая является первым выводом первого конденсатора, первый и второй источникиобразцового тока, выходы которых подклю- З 0 чены соответственно через первый и второй ключи, к первым выводам второго и третьего кбнденсаторов, первый и второй операционные усилители, выходы которых соединены с выходами третьего и четвертого ключей З 5 соответственно, управляющий вход третьего ключа подсоединен к инверсйому выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и объединен с С-входом первого триггера, прямой 40 выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с прямым выходом делителя частоты, а выход элемента И - к управляющему входу первого ключа и является первой выходной 45 шиной, первый компаратор, первый вход которого является шиной нулевого потенци.ала, а выход - соединен с Я-входом второго триггера, выход которого подключен к управляющему входу второго триггера, выход 50 которого подключен к управляющему входу второго ключа и является второй выходной шиной, первый одновибратор, о т л и ч а ющ и й с ятем, что, с целью повышения достоверности и повышения чувствительности, он дополнительно содержит пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый ключи, второй компаратор, третий операционный усилитель, второй одновибратор и третий триггер, при этом выход седьмого ключа соединен с входом третьего ключа и с инвертирующим входом первого операционного усилителя, вход пятого ключа объединен с входом седьмого ключа и с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с выходом первого операционного усилителя, управляющие входы третьего, пятого и седьмого ключей объединены с С-входом второго триггера, выход пятого ключа соединен с входами шестого и восьмого ключей и подключен к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя, и с первым входом второго компаратора, выход которого подключен к 0-входупервого триггера, управляющий вход четвертого ключа объединен с управляющими входами шестого и восьмого ключей и подключен к инверсному выходу первого триггера, выход шестого ключа соединен с входом девятого ключа, первым выводомгретьего конденсатора и ийвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, второму выводу третьего конденсатора и объединен с выходом девятого ключа, управляющий вход которого соединен с вы- . ходом третьего триггера, В- и Я-входы которого соответственно через первый и второй одновибраторы подключены к выходам элемента И и второго триггера, О-вход последнего из которых объединен с его В-входом, выход восьмого ключа подключен к входу четвертого ключа и к инвертирующему вхо-, ду второго операционного. усилителя, неинвертирующие входы первого, второго и третьего операционных усилителей и второй вход второго компаратора являются шиной нулевого потенциала,2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и девятый ключи выполнены с проводимостью, противоположной типу проводимости седьмого и восьмого ключей.1785074 32 33 М ЭХ 7 Ь 1И оставитель А.Андреевехред М.Моргентал Реда ректор А.Мотыль аказ 4370 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, Жри ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат. "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101