Перетворювач напруги у код

Изобретение относится к измерительной технике и моя-ет быть использовано в устройствах сбора и обработки информации. Изобретение позволяет повысить точность преобразования. Это достигается тем, что в преобразователь , содержащий источник 1 эталонного напряжения, блок 2 управления, генератор 3 импульсов, ключи 4 , 5, 6, интегратор І 2, компаратор Ї 3, счетный блок 11, введены ключи 7-Ю. З з «п. ф-лы, 5 и л . фиг.1 (."• 1566Д81 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегрИБующим аналого-цибровым преобразователям, и может быть использовано в устройствах сбора и обработки информации. Целью изобретения является повышение точности преобразования. На фиг. 1 приведена функциональ- 10 ная схема преобразователя напряжения в код; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на Фиг. 3 Функциональная схема генератора импульсов; на Фиг. А - Функциональная Ї5 схема компаратора; на фиг. 5 - схема Формирователя импульсов. Преобразователь напряжения в код (Фиг.О содержит источник 1 эталонного напряжения, блок 2 управления, 20 генератор 3 импульсов, ключи 4-10, счетный блок 11, интегратор 12, компаратор 13, шину 14 нулевого потенциала, входную шину 3 5, шину J 6 "Пуск" шину 17 " С е т ь 1 ' , выходную шину 1 8 , ши- 25 ну 19 знака, сигнальную шину 20, шину 21 неисправности датчика, шину 22 неисправности датчика и преобразователя. Счетный блок (Фиг.!) содержит э л е - 30 менты И 23 и 24, реверсивный счетчик 25, RS-триггер 2 6 . Интегратор 12 (Фиг.2) содержит резисторы 27-29, операционный усилитель 30, конденсатор 3 1 . Компаратор 13 (фиг.23 со35 держит резисторы 32 и 3 3 , операционный усилитель 3 4 , резисторы 35-37, операционный усилитель 3 8 , диод 3 9 , резистор 4 0 , диод 4 1 , резисторы 42 и 4 3 , операционный усилитель 44, формирователь 45 импульсов. Блок управления (Фиг.2) содержит элемент НЕ 46, формирователь 47 импульсов, элемент ИЛИ 4 8 , RS-триггер 49, элементы И 50 и 5 1 , RS-триггеры 52 и 5 3 , элемент 54 задержки, элемент ИЛИ 55, элемент И 56, элемент ИЛИ-НЕ 57, формирователь 58 импульсов, элементы 59-61 развязки, элемент ИЛИ 6 2 . 50 Генератор импульсов (Фиг.З) с о держит формирователи 63 и 64 импуль сов, элементы ИЛИ 65 и 66, RS-триггер 67, элементы 68 и 69 задержки, элемент И 70, делитель 71 частоты, RS-триггер 72, элемент НЕ 73, элементы И 74 и 75, интегратор 76, управляемый генератор 77 импульсов. Компаратор 13 (Фиг„4) содержит р е з и с т о ры 78 и 79, операционный усилитель 80, формирователь 81 импульсов. Формирователи 45 и 81 импульсов (фиг.5) содержат транзисторы 82 и 83, резисторы 84 и 85, положительную 86 и отрицательную 87 шины источника питания, резистор 88, импульсный трансформатор 89 с обмотками 90-92, резисторы 93 и 94, тины 95 и 96 нулевого потенциала. Преобразователь напряжения в код работает следующим образом. В исходном состоянии имеются с и г налы на третьем и четвертом выходах блока 2 и отсутствуют сигналы на п е р вом, втором, пятом и шестом выходах. Сигнал с четвертого выхода блока 2 удерживает в нулевом положении с ч е т ный блок 1 1 . Сигнал с третьего выхода блока 2 разрешает подстройку частоты г е н е р а тора 3 и удерживает в открытом п о л о жении ключи 6, 9 и 1 0 . "Через ключ 6 шина 14 подключена к первому входу интегратора 12, через ключ 9 выход источника 1 - к второму входу интегратора 12 и компаратора 1 3 . Через ключ 10 внутри интегратора 12 параллельно конденсатору 31 подключен р е зистор 29 и ; таким образом, и н т е гратор 12 переведен в режим работы обычного усилителя сигналов. На выходе компаратора 13 отсутствуют импульсы. На шинах 18 отсутствует к о д , на шине 3 9 имеется сигнал. Преобразователь напряжения в код начинает работать при подаче потен^ циального сигнала на шину 16, перед этим на шину ]5 подается преобразуемое напряжение U^. Цикл одного преобразования напряжения в код осуществляется в течение двух тактов - в первом (такте интегрирования,) конденсатор 3J интегратора 1 2 зэряжа.ет~ ся напряжением, равным разности в х о д ного (Ну), подключаемого к второму входу интегратора 12, и эталонного ( и э т ) , подключаемого к первому входу интегратора 12, напряжений в течение времени, равного периоду сетевого напряжения, во втором (такте дезинтегрирования) конденсатор 31 интегратора 12 разряжается эталонным напряжением, которое подключается к второму входу интегратора 12, к первому входу к о т о рого подключается 0 В (шина 14). При подаче сигнала на шину 16 переключается блок 2 управления, при этом и с чезают сигналы на его третьем и четвертом выходах и появляется сигнал на его первом выходе. Вследствие исчезновения сигнала на четвертом выходе блока 2 снимается запрет на работу счетного блока 11, который не начинает работать, так как отсутствует разрешение с пятого выхода блока 2, Вследствие исчезновения сигнала на третьем выходе блока 2 запрещается подстройка частоты генератора 3 и закрываются ключи 6, 9 и 10 от первого входа интегратора 12 отключается нулевая шина 14, а от второго входа интегратора 12 - источник 1 эталонного напряжения, кроме того, из-за закрытия ключа Ї0 резистор 29 отключается от выхода интегратора 12 (т.е. отключается цепь закорачивания конденсатора 31), и интегратор 12 переходит в режим интегрирования. Вследствие появления сигнала на первом выходе блока 2 открываются ключи 56648! тока, счетный блок 11 переключится в режим вычитания и выдаст на свой первый выход импульс, поступающий на четвертый вход блока 2. Одновременно с этим на шине 19 исчезает сигнал, что соответствует знаку '*+'* преобразуемого кода. На первом выходе блока 2 исчезает сигнал, а на втором появляется, на пятом выходе блока 2 сиг10 нал сохраняется. Вследствие исчезно-* вёния сигнала на первом выходе блока 2 закрываются ключи 4 и 7, а вследствие появления сигнала на втором 15 выходе блока 2 открываются ключи 5 и 8, к первому входу интегратора 12 оказывается подключенной нулевая шина 14, а к вторым входам интегратора 12 и компаратора 13 - источник 1. 20 Начинается второй такт работы преобразователя - такт дезинтегрирования. К моменту начала второго такта конденсатор 31 интегратора 12 заряжен до напряжения Uy - U ? T . Во втором 4 и 7, через ключ 4 источник 1 эта- 25 такте напряжение на конденсаторе 31 и на выходе интегратора 12 уменьшается, лонного напряжения подключается к и в момент, когда напряжение на выхопервому входу интегратора 12, а чеде интегратора 12 станет равным "U^y, рез ключ 7 преобразуемое напряжение срабатьюает компаратор 13 и выдает U x (с шины 15) подключается к второму входу интегратора 12 и второму 30 импульс на свой второй выход. Импульс с второго выхода компаратора 13 повходу компаратора 13. В момент открыступает на третий вход блока 2, котия ключей 4 и 7 на выходе интегратоторый переключается - исчезают сигнара 12 оказывается напряжение U* лы на втором и на пятом выходах, выда0,05 В и, таким образом, разность нается импульс на шестой выход и появпряжений на входах компаратора 13 остается равной - 0,05 В (т.е. такой 35 ляется сигнал на третьем выходе. Вследствие исчезновения сигнала на і же, как в исходном состоянии), на втором входе и появления сигнала на выходах компаратора 13 импульсы не третьем выходе блока 2 закрываются появляются. Начинается первый такт работы пре- 40 ключи 5 и 8 и открываются ключи 6,8 образователя - такт интегрирования, и 10» Вследствие исчезновения сигнав котором заряжается конденсатор ЗІ / ла на пятом выходе блока 2 запрещаинтегратора 12, В момент, когда нается работа счетного блока 11 в репряжение на выходе интегратора J2 стажимах суммирования и вычитания. По нет равным U^,компаратор 13 выдает 45 импульсу с шестого выхода блока 2 на свой первый выход импульс, постусчитывается результат преобразования пающий на второй вход блока 2 управнапряжения в код и после этого сниления, на пятом выходе которого помается сигнал с первого входа блока является сигнал, разрешающий работу 2, т.е. с шины 16, при этом появлясчетного блока 11, который начинает ется сигнал на четвертом выходе бло50 работать в режиме суммирования, опка 2, на третьем выходе которого сигределяя число импульсов генератора 3, нал сохраняется, и преобразователь напоступивших на цервый вход счетного пряжения в код переходит в исходное блока J J после появления сигнала на состояние (при появлении сигнала на пятом выходе блока 2 (т.е. от момента, се четвертом выходе блока счетнык блок когда заряд конденсатора равен "О 1 "). ^ устанавливается в нулевое положеВ момент времени, когда с начала счение) . та импульсов пройдет время, равное Если входное преобразуемое напряпериоду напряжения сети переменного жение положительно, то на шине J 9 1566481 отсутствует сигнал после окончания преобразования, если преобразуемое напряжение отрицательно, то до окончания второго такта в счетчике 25 е произойдет обнуление в процессе вычитания, в результате чего RS-триггер 26 счетного бі.ока 1 1 установится в нулевое состояние, обеспечивающее прохождение счетных импульсов по вхо- ю ду счетчика " + Г ' с выхода элемента 24 счетного блока 11 и появление с и г н а ла - знака ' - " преобразуемого кода на шине 1 9. Компаратор 13 (фиг.1) работает 15 следующим образом. В исходном положении к второму входу компаратора 13 подключен через ключ 9 источник 1 и, следовательно, на этом входе имеется напряжение -2В, 20 к второму входу подключен интегратор 12, на выходе которого напряжение равно - 2,05 В. На выходе операционного -усилителя 34, который вместе с резисторами 32 и 33 образует схему 25 повторителя сигнала, напряжение р а в но - 2 В, на выходе операционного усилителя 3 8 , который вместе с резисторами 35-40 и диодами 39 и 41 образует схему преобразователя формы сигна30 ла (преобразователь Формы сигнала выполнен по схеме усилителя с нелинейной обратной связью и за счет выбора величин резисторов 35-40 и типов диодов 39 и 41 имеет большой І 10-50 35 коэффициент усиления в области малых (до О,І В) разностей входных напряжений и коэффициент усиления к 2-10 в области разностей напряжений, больших 0,1 В ) , напряжение равно ~ 2 , 5 В. 40 На выходе операционного усилителя 44, который вместе с резисторами 42 и 43 образует схему сравнения напряжений (собственно компаратора), напряжение равно +3 0 В, на выходах Формирова45 теля 45 импульсов отсутствуют импульсы. В момент включения преобразователя напряжения в код на первом входе компаратора устанавливается напряжение $0 U * , на втором - (и,- - 0,05 В) и так как разность напряжений на входах компаратора 13 не изменяется, то на выходе операционного усилителя 44 напряжение остается равным +10 В, сле-сс довательно, на выходах формирователя 45 импульсы не появляются. Далее при заряде конденсатора 3] интегратора 12 (в такте интегрирова 8 ния) напряжение на втором входе компаратора 13 начинает увеличиваться, разность напряжений на входах компаратора і 3 начинает уменьшаться по абсолютной величине (при я-гом коэффициент усиления преобразователя формы сигнала увеличивается) и в момент и з менения знака разности напряжений на положительный скачком изменяется напряжение на выходе операционного усилителя 44 до величины - 10 В, вследствие этого формирователь 45 импульсов выдает импульс на свой первый выход. При дальнейшем возрастании напряжения на первом входе компаратора 1 3 в первом такте (такте интегрирования) и при уменьшении напряжения во втором такте (такте д е з и н т е грирования) до момента, когда р а з ность напряжений на входах компаратора 13 изменит знак, на выходе операционного усилителя 44 сохраняется напряжение - 1 0 В , В момент, когда разность напряжений на входах компаратора 13 изменит знак с положительного на отрицательный, на выходе операционного усилителя 44 напряжение станет равным +10 В, и Формирователь 45 выдаст импульс на свой второй выход. Блок 2 управления (Фиг.2) работает следующим образом. В исходном положении на входах блока 2 отсутствуют сигналы, RS-триггеры 46,52 и 53 находятся в нулевом положении, на третьем и четвертом выходах блока 2 имеются сигналы, на всех остальных (первом, втором, п я том, шестом и седьмом) выходах блока 2 отсутствуют сигналы. Блок 2 управления начинает работать при поступлении сигнала на п е р вый вход, при этом на выходе элементов 46 и 48 и на четвертом выходе блока 2 исчезает сигнал, формирователь 47 выдает импульс, устанавливающий RS-триггеры 49 и 52 в единичное положение. Сигнал с прямого выхода RS-триггера 49 поступает через э л е мент 59 развязки на первый выход блока 2, кроме того, подготавливает к открытию элемент 50 и поступает на второй вход элемента 57, на выходе которого и третьем выходе блока 2 исч е з а е т сигнал, из-за исчезновения сигнала на инверсном выкоде PS-триггера 49 закрываются •элементы 51 и 56. Сигнал с прямого выхода PS-триггера 56648J 52 запускает элемент 54. Через установленное время появляется импульс на втором входе блока 2, этот импульс устанавливает в исходное - нулевое положение RS-тритгер 52, при этом снимается сигнал с входа, элемента 54, который устанавливается в исходное положение, кроме того, через элемент 50 устанавливает в единичное положение RS-триггер 53. Сигнал с вьгхода ; 10 RS-триггера 53 поступает на вход формирователя 58, первые входы элементов 56 и 57 и. пятый выход блока 2. Далее поступает сигнал - импульс на четвертый вход блока 2 и устанавливает RS-триггер 49 в нулевое положение, вследствие этого исчезает сигнал на первом выходе блока 2, срабатывает элемент 56, который через элемент 20 60 развязки выдает сигнал на второй выход блока 2, закрывается элемент 60 и подготавливается к срабатыванию элемент 51. После этого на третий вход блока 2 поступает импульс, ко25 торый через элемент 51 устанавливает в нулевое положение RS-триггер 53, при этом исчезает сигнал на пятом выходе блока 2, закрывается элемент 56 и на его выходе и втором выходе 30 блока 2 также исчезает сигнал, появляется сигнал на выходе элемента 57, который поступает через элемент 6] развязки на третий выход блока 2, и срабатывает Формирователь 58, с вы35 хода которого импульс поступает на шестой выход блока 2. Далее по сигналу с шестого выхода блока 2 снимается сигнал с первого входа и блок 2 оказывается в исходном положении. 40 В том случае, если через установленное время после подачи сигнала на первый вход блока 2 на его втором входе не появится импульс, то появляется сигнал на выходе элемента 54, ко- 45 торый поступает через элемент 55 на седьмой выход блока 2, сигнализируя о неисправности преобразователя, и шестой выход блока 2 через элемент И И 62, выдавая сигнал об окончании Л 50 преобразования, по сигналу с шестого выхода снимается сигнал с первого входа, и блок 2 переходит в исходное положение. Величина времени задержки элемента 54 выбирается исходя из 55 того, что за это время должен появиться сигнал на первом выходе формирователя 45 импульсов и PS-триггер 52 должен установиться в нулевое 10 положение. Для указанных далее (в работе устройства и его блоков) уело-' вий это время должно превышать время заряда конденсатора 31 интегратора \2 на величину напряжения 0,05 В и составляет величину в пределах 0 , 6 1,0 м с . Таким образом, в этом случае преобразование напряжения в код не выполняется. Б том случае, если после подачи сигнала на первый вход появится с и г нал на пятом входе блока 2 (это с и г нал о неисправности подключенного даз^чикаЗ, то этот сигнал проходит через элемент 55 на седьмой выход блока 2, сигнализируя о неисправности (что, кроме т о г о , и говорит о ненужности преобразования напряжения ОТ 3TQXQ ИСТОЧНИК.^) И ЧЄРЄЗ элемент 62 на шестой, выход блока 2. По сигналу с шестого выхода .блока 2 снимается сигнал с первого входа блока 2, который устанавливается в и с ходное положение, т . е , в этом случае, напряжение не преобразовьшается в код. Генератор 3 импульсов (фиг.З) р а ботает следующим образом. Рассмотрим сначала работу узла, состоящего из Формирователей 63 и 64, элементов 65 и 66, RS-триггера 67 и элементов 68 и 69. Синусоидальное напряжение, поступающее на второй вход генератора 3 (нулевая шина источника питания г е н е ратора 3 и одна из шин 17 м Сеть" с о е динены между собой и на фиг.З не п о казаны), преобразуется формирователем 63 в прямоугольные импульсы, по переднему фронту каждого из которых формирователь 64 выдает импульс на свой первый выход, а по заднему Фронту - на второй выход. Допустим, что RS-триггер 67 находится в нулевом положении, тогда импульс, появившийся на первом выходе формирователя 64, через элемент 65 устанавливает. RS-триггер 67 в единичное положение, запускается элемент 68 и устанавлив а е т с я в исходное положение элемент 69 вследствие исчезновения сигнала на его входе. До появления сигнала на выходе элемента 68 появляется импульс на втором выходе Формирователя 64, который через элемент 66 устанавливает RS-триггер 67 в нулевое положение, запускается элемент 69 и у с т а навливается в исходное положение э л е 11 J56648J мент 68 вследствие исчезновения с и г нала на его входе. jDo появления с и г нала на выходе элемента 69 появляется сигнал на первом выходе Формирователя 64 и устанавливает RS-триггер 67 в единичное положение, далее узел работает аналогично. В том случае % если исчезает синусоидальное напряжение на втором в х о де генератора 3 , т о , соответственно, отсутствуют импульсы на выходе Форми~ рователя 63 и выходах формирователя 64. Допустим, что в этом случае RSтриггер 67 также находится в нулевом положении, тогда появляется сигнал на выходе элемента 69, который через элемент 65 устанавливает в единичное положение RS'-Tpnrrep 67, запускается элемент 68 и уЕтанавливается в исходное положение элемент 69 вследствие исчезновения сигнала на его вход е . Через время задержки Ъ . В И П Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР НИИ 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101