Преобразователь напряжения в интервал времени

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СЮ.И Р

РЕСПУБЛИК 1 ц Н 03 К 13/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, к авторскому свидетельств

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3471640/18-21 (22) 19.07.82 (46) 07.05.84. Бюл. N - 17 (72) В.И. Андреев, В.Д. Михотин, Э.К. Шахов и В.М. 1Пляндин (71) Пензенский политехнический институт (53) 681.325(088.8) (56) 1. Нахов Э.К. Частотно- и время- импульсные измерительные развертывающие преобразователи. Пенза, 1978, с. 84.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 1 - 3455463/21, кл. Н 03 К 13/20, 18.06.82. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ, содержащий ключ и переключатель, два операционных усилителя, инвертирующий вход первого из которых соединен с первым выводом первого резистора, входом ключа и первой обкладкой интегрирующего конденсатора, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом переключателя, выход которого подключен к второй обкладке интегрирующего конденсатора, выход второго операционного усилителя соединен с вторым входом переключателя, управляющие входы ключа и переключателя,,Я0„„91336 A соединены с соответствующими выхода- ми блока управления, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов опорного напряжения, отличающийся тем, что. с целью повышения точности преобразования и входного сопротивления, в него введены дополнительные операционный усилитель и ключ, включенный между выходом и инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя, указанный вход которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора, неинвертирующий вход с шиной опорного напряжения и неинвертирующим входом второго one- 3 рационного усилителя, инвертирующий уу вход которого соединен с первым выво- %УФ дом первого резистора, второй вывод С которого подключен к общей шине, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к шине преобразуемого сигнала, выход второго операционного усилителя соединен с выходом ключа, а выход допол- нительного операционного усилителя соединен с вторым входом блока управления, причем управляющий вход дополнительного ключа подключен к управляющему входу ключа.

1091336

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использована в качестве функционального блока в специальных и универсальных измерительных приборах и системах, .>

Известны преобразователи напряжения в интервал времени, содержащие переключатель, операционный усилитель и резисторы, н которых полностью устранены погрешности, обусловленные влиянием остаточных параметров ключей в цепи преобразуемого и опорного напряжений (1), Однако в данных устройствах точность преобразования существенным об-15 разом зависит от стабильности отношения четырех резисторов, входящих в формулу преобразования, Кроме того, данные устройства отличаются сложнос-тью схемной реализации, что приводит к повышенной мощности, потребляемой схемой, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

24

: преобразователь напряжения н интервал - времени, содержащий ключ и переключатель, два операционных усилителя, инвертирующий вход первого иэ которых соединен с первым выводом первого резистора, первым выводом ключа и первой обкладкой интегрирующего конденсатора, вьгход первого операционного усилителя соединен с первым входом переключателя, выход которого подключен к второй обкладке интегрирующего конденсатора, выход второго операционного усилителя соединен с вторым входом переключателя, управляющие входы ключа и переключателя соединены с со" ответствующими ньгходами блока упранле.40 ния, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов опорного напряжения (2) .

Недостатками известного устройства являются низкая точность, абуслов" ленная нестабильностью сопротивлений резисторов в цепях преобразуемого и опорного напряжений и низкое входное сопротивление, 50

Цель изобретения — повышение точности преобразования и входного сопротивления, Поставленная цепь достигается тем„ что н преобразователь напряжения в интервал нремени, содержащий ключ и переключатель, два операционных усилителя, инвертирующий вход первого из которых соединен с первым выводом первого резистора, первым выводом ключа и первой обкладкой интегрирующего конденсатора, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом переключателя, вьгход которога подключен к второй обкладке интегрирующего канленсатора, выход второго операционного усилителя соединен с нтарььч входом переключателя, управляющие входы ключа и переключателя соединены с соотнетстнующими выходами блока управления, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовьгх импульсон опорного напряжения, введены дополнительнъ|е операционный усилитель и ключ, нключенный между выходом и иннертирующим входом дополнительного операционного усилителя, указанный вход которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора, неинвертирующий нхац с шиной опорного напряжения и неиннертирующим входом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подключен к общей шине, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к шине преобразуемого сигнала, выход второго операционного усилителя соединен с выходом ключа, а выход допал. нительнаго операционного усилителя соединен с вторым входом блока упранления, причем управляющий вход дапалнительного ключа подключен к управляющему входу ключа, На фиг. 1 и 2 представлены соответственна функциональная схема пре" обраэователя напряжения н интервал времени и временные диаграммы, поясняющие его работу.

Предлагаемое устройство содержит резистор 1, шину 2 опорного напряжения, операционные усилителя 3, 4 и 5, ключи 6 и 7, переключатель 8, конденсатор 9, генератор 10 тактов, блок

11 управления, точки 12 — 15.

Инвертирующий вход первого операционного усилителя 5 соединен с иннертирующим входом второго операцианного усилителя 3, первой обкладкой кондегп атора 9 и через резистор подключен к шине земля, Выходы пер" ваго 5 и второго 3 операционных усилителей соединены с выходами лереключателя 8, вход которого подключен к второй обкладке конденсатора 9 и инвертирующему входу третьего опера1091336 ционного усилителя 4. Первый ключ 6 соединяет выход первого операционного усилителя 5 с его неинвертирувщим входом. Второй ключ 7 соединяет

5 выход третьего операционного усили" теля 4 с его неинвертирующем входом, Управляющие входы ключей 6 и 7 и пе" реключателя 8 соединены с выходами блока 11 управления, а входы блока ll соединены соответственно с выходом генератора 10 тактов и выходом операционного усилителя 4, 1Пина 2 опорного напряжения подключена к неинвертирующим входам первого 5 и третьего 4 операционных усилителей. Вход. схемы является неинвертирующим входом второго операционного усилителя 3.

Диаграммы 12-15 (фиг. 2} соответствуют точкам 12-15 на фиг. 1.

Работа преобразователя напряжения в интервал времени осуществляется следующим образом.

В начале цикла преобразования в момент времени t< (фиг. 2) по команде с выхода генератора 10 тактов переключатель 8 подключает обкладку конденсатора 9 к выходу операционного усилителя 3. В результате этого конденсатор 9 заряжается током, пропорциональным входному напряжению U<, и в момент времени t (фиг. 2) конденсатор 9 заряжается до напряжения

Ux(t tо)

Uc =

35 где R и С вЂ” значения соответствен9 но, сопротивления резис тора 1 и емкости конденсатора 9.

В момент времени t переключатель

8 подключает обкладку конденсатора

9 к выходу операционного усилителя 5, в результате чего конденсатор разряжается током, пропорциональным 0о, Момент времени t< (Фиг. 2), значение

45 которого определяется из соотношения

U>(t> Ь) По(tд t,)

R,7ч К с9 характеризуется равенством нулю напряжения на конденсаторе 9, В этот момент времени выходное напряжение операционного усилителя 4 изменяется скачком и переводит триггер блока 11 в единичное состояние, В результате этого открывавтся ключи 6 и 7, фиксируя равным нулю напряжение на конден" саторе 9. Ключи 6 и 7 остаются открытыми до начала следующего цикла преобразования (момент t3, фиг. 2), xor. да по команде с генератора 10 тактов, триггер блока 11 возвращается в исходное состояние.

Информативный интервал времени т = -t, = О („ -t,) а не зависит от значений параметров элементов схемы.

По сравнению с устройством-прототипом повышение точности преобразования достигается за счет облегче" ния режима работы источника опорного напряжения, который в предлагаемом устройстве работает практически в режиме холостого хода при неизменной нагрузке. В силу этого в качестве источника опорного напряжения в устройстве можно использовать нормальный элемент.

Поскольку к выходному сопротивле" нию источника опорного напряжения не предъявляется жестких требований, то источник 00 может бЬ|ть маломощным.

Таким образом, одновременно с повышением точности достигается снижение потребляемой мощности.

Для сравнения технико-экономичес" ких показателей в качестве базового объекта выбран микроэлектронный преобразователь напряжения в интервал времени ММ5863 фирмы США "National

Semikan4", имеющий погрешность 0,05Х, потребляемая мощность ПНВ-570 мВт, время преобразования 40 мс. В отличие от базового объекта в предлагаемом преобразователе в качестве опорного источника используется нормальный элемент, что дает возможность уменьшить потребляемую мощность в

2 раза. При этом точность, которая в базовом объекте определяется стабильностью опорного источника, в заявляемом устройстве может быть увеличена на порядок, так как в отличие от стабилизаторов, применяющихся в качестве опорного источника, стабильность нормального элемента на порядок выше, Таким образом, можно сделать вывод, что технико-экономические показатели предлагаемого устройства с учетом обоснованной выше перспективы его изготовления в микроэлектронном исполнении являются достаточно высокими.

1091336

1091336

Составитель Н. Козлов

Редактор М, Янович Техред А.Ач Корректор А. Лзятко

Заказ 3100/54 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4