Квадратор

Квадратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КВАДРАТОР, содержащий источники разнополярного образцового наряжения , выходы которых подключены к входам первого переключателя, интегрирующий блок, содержащий интегрирующий конденсатор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор подключен к входу квадратора, а через второй масштабный резистор к первому выходу первого переключателя , выход операционного усилителя интегрирующего блока подключен к входу нуль-органа, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с Целью повышения его точности, первьЗй переключатель выполнен сдвоенньпл, а в квадратор введены образцовый накопительный конденсатор, двухпозиционный ключ, второй сдвоенный переключатель и формирователь импульсов, через который выход нуль-органа подключен к управляющим входам первого и второго сдвоенных переключателей и двухпозиционного ключа, первая обкладка образцового накопительного конденсатора подключена к шине нулевого потенциала, его вторая обкладка через двухпозиционный ключ подключеin на соответственно к второму выходу первого сдвоенного переключателя к инвертирующему входу операционного усилителя, а обкладка интегрирующего конденсатора через соответствующие контакты второго сдвоенного переключателя включены между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, выход формирователя импульсов является выходом кващраэо тора. ipik ЭО ND 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5)) G 06 G 7/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СИИ(А ::; ЫЯ (21) 3385164/18-24 (22) 20.01.82 (46)07.04.84. Бюл. Р 13 (72) A.H.Àíäðååâ, Вл.А.Баранов, О.П.Новиков и Вик.A.Áàðàíîâ (71) Пензенский филиал Всесоюзного научно-исследовательского технического института приборостроения (53) 681.3(088.8) (56) 1. Иартяшин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения.

М., "Энергия", 1976, с.175-177.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 643907, кл. G 06 G 7/20, 1979 (прототип). (54)(57) КВАДРАТОР, содержащий источники разнополярного образцового наряжения, выходы которых подключены к входам первого переключателя, интегрирующий блок, содержащий интегрирующий конденсатор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор подключен к входу квадратора, а через второй масштабный реэистор— к первому выходу первого переключателя, выход операционного усилителя интегрирующего блока подключен к входу нуль-органа, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, первый переключатель выполнен сдвоенным, а в квадратор введены образцовый накопительный конденсатор, двухпоэиционный ключ, второй сдвоенный переключатель и формирователь импульсов, через который выход нуль-органа подк лючен к управляющим входам первого и второго сдвоенных переключателей и двухпозиционного ключа, первая обкладка образцового накопительного .конденсатора подключена к шине нулевого потенциала, его вторая обкладка через двухпозиционный ключ подключена соответственно к второму выходу первого сдвоенного переключателя к инвертирующему входу операционно- го усилителя, а обкладка интегрирующего конденсатора через соответствующие контакты второго сдвоенного переключателя включены между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, выход формирователя импульсов является выходом квадратора.

1084824

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известен квадратор с частотным выходом, содержащий блок интегрирования на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, нуль-орган, переключатель источники образцовых напРяжений 11

Недостатком данного устройства является низкая точность. 10

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является кнадратор, содержащий блок интегриронания на основе конденсатора, включенного в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий — с общим выводом двух резисторов, первый из которых подключен к входу квадратора, а второй через переключатель — к источникам образцовых напряжений, причем управляющий вход переключателя соединен с выходом квадратора и выходом блока задержки, состоящего из генератора образцовой частоты, соединенного с первым входом сеЛектора периода, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, а вход последнего подключен к выходу блока интегриронания (2) .

Точность преобразования в известном квадраторе определяется точностью формирования образцового напряжения и времени Т>, формируемого блоком задержки. Обеспечение высоких характеристик источников образцового напряжения не представляет трудностей.

Однако при формировании высокоста- @) бильного образцового интервала времени То возникают технические трудности, нызванные тем, что момент срабатывания нуль-органа невозможно синхронизировать с фронтом очередно45 го импульса генератора образцовой частоты, что снижает точность работы известного устройства.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в квадраторе, содержащем .источники раэнополярного образцового напряжения, ныходы которых подключе1 ны к входам первого переключателя, интегрирующий блок, содержащий интег- рирующий конденсатор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор подключен к входу квадратора, а через второй масштабный резистор — 6О к первому выходу первого переключателя, выход операционного усилителя интегрирующего блока подключен к входу нуль-органа, неиннертирующий вход операционного усилителя подклю- 6 чен к шине нулевого потенциала, первый переключатель выполнен cö:- e vm, а н квадратор введены образцовый накопительный конденсатор, днухпозиционный ключ, второй сдвоенный переключатель и формирователь импульсов, через который выход нуль-органа подключен к управляющим входам первого и второго сдвоенных переключателей и двухпозиционного ключа, первая обкладка образцового накопительного конденсатора подключена к шине нулевого потенциала, его вторая обкладка через двухпозиционный ключ подключена соответственно к второму выходу первого сдвоенного переключателя и к инвертирующему входу операционного. усилителя, а обкладки интегрирующего конденсатора через соответствующие .контакты второго сдвоенного переключателя включены между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, выход формирователя импульсон является выходом кнадратора.

На фиг. 1 предстанлена функциональная схема предлагаемого квадратора; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу кнадратора.

Квадратор содержит интегрирующий блок, состоящий из интегрирующего конденсатора 2, операционного усилителя 3, неинвертирующий вход которого соецинен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход через первый масштабный резистор 4 подключен к входу квадратора и через последовательно соединенные второй масштабный резистор 5 и первый сдвоенный переключатель б к источникам 7 и 8 раэнополярного образцового напряжения, а выход соединен с входом нуль-органа 9, формирователь 10 импульсов, второй сдвоенный переключатель 11, двухпозиционный ключ 12 и образцовый накопительный конденсатор 13, подключенный одной обкладкой к шине нуленого потенциала, а другой — к входу двухпозиционного ключа 12, первый выход которого соединен с выходом переключателя б, второй вывод — с инвертирующим входом операционного усилителя 3, н цепь отрицательной обратной связи которого через второй сдвоенный переключатель 11 включен интегрирующий конденсатор 2, причем управляющие входы переключателей б и 11 и ключа

12 соединены с выходом формирователя 10 импульсов, вход которого подключен к выходу нуль-органа 9. Позициями 13 и 14 обозначены соответственно вход и выход квадратора.

Временные диаграж ы (фиг. 2) содержат а — входное напряжение кнадратора; Б — форма напряжения на образцовом конденсаторе 13„. 5 - форма напряжения на выходе интегрирующего блока 1; i — сигнал на выходе нуль1084824 органа 9; — сигнал на выходе формирователя 10 импульсов; e — форма напряжения на выходе 15 переключателя 6; g — форма напряжения на выходе 16 переключателя б.

Квадратор работает следующим образом.

Переключатели б и 11 и кзпоч 12 находятся первоначально в положении, указанном на фиг. 1. На вход устройства подано положительное входное напряжения 0„ (фиг. 2,а), а на выходе 15 переключателя 6 присутствует отрицательное образцовое напряжение — 0о (фиг. 2,6), и в момент времени линейно возрастающее до 15 этого гломента со скоростью (Uo — 0 )

/ (= RC — постоянная времени интегрирующего блока 1; R = Rq - =Й вЂ” сопротивление резисторов 4 и 5;

С вЂ” емкость конденсатора 2) выходное напряжение интегрирующего блока 1 цостигает нуля (фиг. 2,о) . При указанных знаках напряжений U„ и U вью ходное напряжение блока 1 до момента времени 1л изменяется по линейному закону (так как оба напряжения предполагаются постоянными)

"х-"o Uo-U> где 1 — текущее время. 30

Следовательно, скорость его изменения до момента времени 1 определяется выражениегл (Uo — О ) / .

После момента времени 1< до момента времени 1 выходное напряжение бло- 35 ка 1 изменяется по иному, более сложному закону, а следовательно, и скорость его изменения будет иной, отличной от приведенного выражения.

В связи в тем, что точка tg на оси 40 времени (фиг. 2,5) является точкой, слева и справа от которой функции изменения выходного напряжения интегрирующего блока 1 различны, следовательно, в момент времени t) производ- А5 ная от этой функции не определена, а значит нельзя гсворить о скорости изменения выходного напряжения блока

1 в момент времени 1г . До этого момента времени и после- него эта скорость имеет вполне конкретные выражения.

В момент времени t выходное напряжение блока 1 достигает нуля (фиг. 2,jg, что вызывает срабатывание нуль-органа 9, сигналом которого запускается формирователь 10 импульсов. Образцовый конденсатор 13 первоначально подключен через двухпозиционный ключ 12 и переключатель б к выходу источника 7 положительного 60 образцового напряжения, вследствие чего он к моменту времени 1 окажется заряженным практически до напряжения + Uo имея заряд с(= Н Со (Co — емкость образцового конденсатора 13) . В момент времени tf по переднему Фронту импульсов (фиг. 2,)) с выхода формирователя 10 импульсов изменяют свое состояние на противоположное переключатель 6 и двухпозиционный ключ 12, а переключатель 11 сотается в прежнем положении. В результате на выходе 15 переключателя б появится положительное образцовое напряжение + Ц, а на выходе 16соответственно — Но . Одновременно переключается двухпозиционный ключ 12, с помощью которого в течение интервала времени t, — t. =Т образцовый конденстаор 13 нижней (фиг. 1) обкладкой оказывается подключенным в суммирующую точку усилителя 3 ° Поскольку потенциал суммирующей точки в силу наличия отрицательной 100%- ной обратной связи операционного усилителя 3 через конденсатор 2 оказывается близким к потенциалу неинвертирующего входа усилителя 3, т.е. потенциалу общей шины, то при подключении нижней обкладки образцового конденсатора 13 к этой точке создается предпосылка разряда последнего. При подлежащем выборе номиналов резисторов 4 и 5 и усилителя 3 с малым входным током практически весь заряд

ЦСо с образцового конденсатора 13 перепишется на конденсатор 2. Одновременно конденсатор 2 заряжается током, обусловленным суммой входного сигнала и образцового напряжения + "о и.+.и„

С2 1

Таким образом, конденсаторУ 2.в течение интервала времени Т, длительность которого выбирается, исходя из условия переписи заряда с конденсатора 13 на конденсатор 2, с погрешностью, не превышающей заданной, сообщен суммарный заряд <

"о+"л

q(=UoCo To .

По окончании интервала времени T в момент времени 1 сигналом с формирователя 10 импульсов двухпозиционный ключ 12 возвращается в исходное положение, переключатель 11 переходит в противоположное на фиг. 1 положение, а переключатель б остается в прежнем положении. 3а счет срабатывания переключателя 11 конденсатор 2 как бы переворачивается, т.е., если до момента времени 1 его правая фиг. 1) обкладка имела отрицательный потенциал, то теперь она имеет положительный потенциал с сохранени- . ем его абсолютного значения, а следовательно, полярность выходного напряжения усилителя 3 практически скачком изменится на противоположную. Одновременно происходит и инверсия заряда Я„, т.е. =- о,„. (2) 1084824

Поскольку заряд ), которь.й накоплен на конденсаторе 2 за интервал времени Та (с учетом инверсии), равен заряду, который списан с того же конденсатора в течение интервала 20 времени T --То (фиг. 4,5, то можно записать следующее выражение баланса зарядов эа интервал времени Т4 (баланс зарядов заключается в том, что вначале конденсатор 2 за время Т 25 заряжен от нуля до некоторого напряжения, а затем эа время Т - 70 разряжен вновь до нуля или с учетом (2) и (,3}

"о4ох "о "к

"осо g 1о = р (T4- c) °

Выражение для интервала времени

Т4 следующее: 4)i

4О

u,c,R

Т,- — 44 Ох

В момент времени т вновь сработал нуль-орган 9, сигналом которого запускается формирователь 10 импульсов, по переднему фронту импульса с которого срабатывают переключатель б и двухпозиционный ключ 12, а переключатель 11 остается в прежнем положении. В результате конденсатор 13, уже получивший теперь заряд ), =-Оос, 5О подключается вновь к суммирующей точке, а на выходе 18 переключателя 6 появляется отрицательное образцовое напряжение — Оо . Далее происходят процессы, аналогичные описанным, с 55 той лишь разницей, что картина изме нения выходного напряжения интегрирующего блока 1 зеркально отражена относительно оси времени (фиг. 4, Ц), поскольку конденсатору 13 сообщен @) заряд прбтивоположного знака, и образцовое напряжение на выходе 2 переключателя б также имеет другой знак .

В результате конденсатору 2 за интерНачиная с момента времени tg, конденсатор 13 заряжается образцовым напряжением — Uo от источника 8 образцового напряжения, а конденсатор . 2 — током с1 в соответствии с выражением (1) . В результате выходное напряжение блока 1 линейно убывает со скоростью (0о + Q»)/ 2 достигая нуля в момент времени 3 . Последнее вновь вызывает срабатывание нульоргана 9. В течение интервала времени t -1 =Т1-То (фиг. 2) с конденсатора 2 спишется заряд ((3)) (11 а)15 вал времени t< -t> —— T собщен суммарный заряд ( (о Со а

4 о о а 0

По окончании интервала времени Т в момент времени q сигналом с формирователя 10 импульсов двухпозиционный ключ 12 возвращается вновь в исходное положение, переключатель 11 также возвращается в исходное положение, а переключатель б остается в прежнем состоянии. Вновь происходят процессы, аналогичные описанным, с учетом указанной разницы. Инверсный заряд в момент времени 14 на конденсаторе 2 следующий:

"к-"а, (5) (4 "о -о4

Выходное напряжение блока 1 с момента времени 14 ° теперь уже линейно возрастает со скоростью -(U — цо) / := (Ц, — Ц» ) / и в момент времейи достигнет нуля. В течение интервала времени 6q — t q. =T -Т О (фиг. 2) с конденсатора 2 списан заряд

"х-"о (б) с(о - (Т2-ТО) °

Тогда уравнение баланса зарядов эа интервал времени Т О = q,6 имеет с учетом (5) и (б) вид ().-u, ЦСо — T,=

Выражение для интервала времени

Ту следующее:

u,ñ R U,ñ R (7) 1» "а о

В момент времени е выходное на- . пряжение интегрирующего блока 1 достигло нуля, далее цикл работы устройства повторится с периодом (, - (,4 =T4 + Tg = Т °

Тогда частота следования импульсов на выходе устройства .Ц х (8). о х Па Со как следует из (81, в функцию преобразования предлагаемого устройства вообще не входит интервал времени То, следовательно прямая или косвенная нестабильность (как зто имеет место в известном устройстве и где ее принципиально невозможно избежать) его формирования ие влияет на точность преобразования. Погрешность от входящих в функцию преобразования номинальных значений величин Ц, С и Я определяется лишь их прямой нестабильностью и может быть доведена до весьма малых значений, Технико-экономическая эффективнбсть предлагаемого квадратора эаклю чается в повышении точности.

1084824

2 0

d" 0 е 0

ВНИИПИ Заказ 2013/45

Тираж 699 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4