Преобразователь тока в интервал времени

Преобразователь тока в интервал времени

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и моэрет 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 операционных 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК(я)5 Н 03 M 1/52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (COCflATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

,С:

Юих. 2

Фиг,!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1 (21) 4864810/24 (22) 06.09.90 (46) 30,12.92. Бюл. N. 48 . (71) Научно-исследовательский инстигут электронно-механических приборов (72) А.Б.Андреев, B.À,ÁàðàíàB и В.А.Баранов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1285599, кл. Н 03 M 1/52, 1986. . Авторское свидетельство СССР

М 1529459, кл. Н 03 M 1/52, 1988. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА В ИНТЕР-.

ВАЛ ВРЕМЕ НИ

» БЫ, 1785074 А1 (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 операционных 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.

Ф

ОЭ (Я

С)

4 ф

1785074

Изобретение относится к цифровой го соединен с выходом-генератора импульэлектроизмерительной технике и м ике и может сов и объединен с С-входом первого триггебыть использовано в универсальных сальных и спе- ра, прямой выход которого подключен к циальных средствах измерения. первому входу элемента И, второй вход кон и еоб азователь тока в ин- 5 торогосоединенспрямымвыходомделитеИзвестен прео разователь т я частоты, а выход элемента И вЂ” к тервал времени с предварительным преоб- ля частоты, а в д разованием напряжения в ток, с содержащий управляющему входу первого ключа и являа, опе а ионный усили- ется первой выходной шиной, первый комтель, аналоговый -йнвертор, компаратор, паратор, первый вход которого является т и ключа, источнико разцов г б ового тока триг- 10 шиной нулевого потенциала, а выход — соер динен c R-входом второго триггера, выход гер и генератор импульсов.

Недостатком данного устрой г стройства явля- которого подключен к управляющему входу ется низкая точность из-за наличия ч ть из-за наличия погреш- второго ключа и является второй выходной ности установления выходного интервала шиной, первый одновибратор, дополнивремени при скачкоо разном и б ом изменении 15 тельно введены пятый, шестой, седьмой, л а также накопления по- восьмой и девятый ключи, второй компараОсти от краевых эффектов при сумми- тор, третии операци н у грешн т т тийт игге, и и ровании о и следовательного ряда рой одновибратор и ре р р, р о непрйуымйыкаыющих выходных интерв ерваловвре- этом выход седьмого ключа соединен с

20 входом третьего ключа и с инвертирующим

Н б близким по технической сущ- входом первого-операци у аи олее ли"и вхо ом ности к предлагаемому устройст тройству является вход пятого ключа объединен со д преобразователь тока в интервал вр м р ал времени седьмого ключа и с первым выводом первосодержащий три конденсатора, два о тора два опера- го конденсатора, второй вывод которого соит ля, компаратор, четыре 25 единен с выходом первого операционно- ° л ключа, два транзистора, два источника об- го усилителя, уйрав я го, пятого и седьмого ключей объединены с разцового тока, генератор импульсов, делиа элемент И С-входом второго триггера, выход пятого тель частоты, два триггера, элемент ключа соединен со входами шестого и восьодновибратор и диод.

8 известном устроистве от ве отсутствует 30 мого ключей и подключен к первому выводу первая из указанных выше погреш пог ешностей, а второго конденсатора, второй вывод котовлияние второй погрешности у г ешности существенно рого соединен с выходом второго операциуменьшено за счет возможности учета вли- онного усилителя, и с первым входом яния краевых эффектов, дн к, фф, Однако данное ус- второго компаратора, выход которого подт ойство построено таким о раз образом что в 35 ключен к О-входу первого триггера, управр о работы ляющий вход четвертого ключа объединен с течение одного из полупериодов его ра оть отсутствует интегрирование входного т о о тока упрахвляющими входами шестого и восьмого что приводит к потере информации ф р ации о его ключей и подключен к инверсному выходу размере и снижает достоверность информа- пер р р, и вого т иггепа, выход шестого ключа соции. Кроме того, оно характеризуется низ- 40 единей с входом девятого ключа, первым кой чувствительностью.. ка тью.. Указанные выводом третьего конденсатора и инвертия тся с ественными недо- рующим входом третьего операционного и итем выход оторого подключ o oro статками устройства-прототипа. усилителя, выход к т ц б т ния — повышение досто- рому входу первого компаратора, второму ве ности и повышение чувствительности 45 выводутретьего конденс т р д ато а и объе инен с выходом девятого ключа, управляющий устройства.

Поставленная цель д ел достигается тем, что вход которого соедине с д р ел д, н выхо ом т етьего тс в известный преобразователь тока в инт б о а интер- триггера, Й- и S-входы которого соответ вал времени, содержащий входную шину, ю шину венно через первый и второй одновибрат

И и которая соединена с первым вывод одом пер- 50 ры подкЛючены к выходам элемента и ваго конденсатора, первый и второи и .ро и."точ- второго триггера, D-вход последнего из ковыхо ы которых торых объединен с его R-входом, выход ники образцового тока, выходы кото к вхо четвеенно через первый восьмого ключа подключен ко входу ч рч к пе вым выводам второго того ключа и к инвертирующему входу и т етьего конденсаторов, первый и второй 55 ро го о и е р. ц и треть которых неинвертирующие входы первого, второго и третьего операционных усилителей и втоа ионные силители, выходы кот сое инены с выходами третьего и четверто- и но и авляющий рой вХод второго компаратора являются ши го ключей, соответственно, управляющий вхо т етьего ключа подсоедин ое инен к инверс- ной нулевого потенциала, при этом первый, i вхс которо- второи, третий, четвертыи, лятыи. шестой и ному выходу делителя частоты. вхсд 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 f4 импульсов и объединен с С-входом первого триггера 15, прямой выход которого подключен к первому входу элемента И t6, 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 R-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 кОйденсатора 2, второй вывод которого соединен с выходом первого операцйоHHOIO 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 D-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-перйОго триггера 15, выход шестого ключа 24 соединен с входом девятого ключа 27, первым выводом третьего конденсатора 8 и инвертирующим входом третьего операционного

5 усилителя 29, выход которого подключен к второму входу первого компаратора 18, второму выводу третьего конденсатора 8 и объединен с выходом девятого ключа 27, управляющий вход которого соединен с вы10 ходом третьего триггера 31, R- u S-входы которого соответственно через первый.и второй одновибраторы 22 и 30 подключены к выходам элемента 16 И и второго триггера

20, D-вход последнего из которых объеди15 нен с его R-входом, выход восьмого ключа

26 подключен ко входу четвертого ключа 12 и к инвертирующему входу второго операционного усилителя 10, неинвертирующие входы первого. второго и третьего операци20 онных усилителей 9, 10 и 29 и второй вход второго 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 типу проводимости седьмого и восьмого ключей

25 и 26.

На фиг.2 обозначено: 32 — импульсная последовательность 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 — выход40 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, определяется чвстогой"генератора

14 импульсов.

50 Пусть на входную шину 1 подан втекающий ток. Цикл работы устройства начнем рассматривать с момента появления импульса на прямом выходе делителя 13.частоты (момент времени t, на фиг.2). В

55 предыдущем цикле работы к моменту времени to было обеспечено следующее состояние ключей (фиг.1): первый, второй, четвертый, шестой, седь-МоА ключи 5, 6, 12, 24, 25 разомкнуты, а третий, пятый, восьмой и девятый ключи! 1, 23, 26 и 27 замкнуты. В

1785074

1З

Q2=Qi+ 1 х Й=21х То °

t1 результ зультате этого к моменту времени tp на выводах заряженного первого конденсатовыходе первого и третьего операционных ра 2 обеспечивается нулевой потенциал: на усилителей 9 и 29 напряжение равно нулю, первом выводе (левый на фиг.1) — за счет а на выходе второго операционного усили- подключения через пятый и восьмой ключи теля 10 — некоторому отрицательному зна- 5 23 и 26 инвертирующего входа второго опечению. При этом на выходе первого рационногоусилителя 10, охваченного ООС компаратора18, будетлогический ноль("0"), через второй конденсатор 7; на втором выа на выходе второго компаратора 28 — логи- воде(правый на фиг.2)- за счет обеспечения ческая единица ("1"). Следовательно, пер- нуля на выходе nepeoro операционного усивый триггер 15 будет в состоянии "1", а 10 лителя 9 путем его охвата ООС через замквторой триггер 20 — "0". нутый третий ключ 11. Таким образом

B момент времени Ф появляется им- создаются условия для полного разряда пульс на прямом выходе делителя 13 часто- первого конденсатора 2 на второй конденты (на "инверсном соответственно пауза), сатор 7. В результате заряд Qi полностью

Вследствие этого размыкаются третий и пя- 15 переносится на второй конденсатор 7 (без тый ключи 11 и 23 и замыкается седьмой учета паразитных параметров первого и ключ 25, имеющий противоположную про- второго операционных усилителей 9 и О), водимость по сравнению с третьим и пятым Одновременно через замкнутый пятый ключ ключами 11 и 23. В результате входной ток 23 второй конденсатор 7 заряжается током

Ix устройства начнет заряжать первый кон- 20 4 с входной шины 1. денсатор 2, включенный в цепь отрицатель- Пусть к моменту времени tz разряд перной обратной связи (ООС) первого вого конденсатора 2 на второй конденсатор операционного усилителя 9, При втекаю- 7 закончился. Тогда в оставшееся до оконщем токе 4 за время действия импульса с чания импульса время на инверсном выходе прямого выхода делителя 13 частоты дли- 25 делителя 13 частоты второй конденсатор 7 тельностью ti-то=ТО первый конденсатор 2 будет заряжаться лишьтоком 4. примет заряд

Заряд Qi:. Одновременно с началом заряда второго конденсатора 7 второй компаратор 28 переводится в состояние "1", которое nepeQi= lõ бт=1х То, 30 писывается на прямой выход первого триг<о гера 15, За время действия импульса с инверсто ного выхода делителя 13 частоты длител ьногде 4= 4 от — сРеднее значение тока 1 стью тз-т1=Т второй конденсатор 7. до этого

35 разряженный, примет заряд Q2: за интервал ti-со=То.

Так как в процессе работы устройства в течение одного цикла осуществляется последовательное преобразование заряда 01 на перовом, втором и третьем конденсатоРах 2, 7 и 8, то изменение заРЯда на втоРом В момент времени тз заканчивается им40 конденсатора 7 за время ti то и íà TpeTbeM пульс на инверсном и возникает íà прямом конденса оРе 8 за вРемЯ tg-tP, а та"же свЯ- выходе делителя 13 частоты. Это приводит занные с этим другие проЦессы в схеме, кпоявлению "1 навыходеэлемента16И.В рассматривать не будем, поскольку преоб- результате описанных процессов первый и разование заряда на конденсаторах 2, 7 и 8 седьмой ключи 5 и 25 замыкаются, а третий

45 за указанные временные интервалы харак- и пятый ключи 11 и 23 раз ыкаются, Тогда теРизУют 1х за пРедыдУщий цикл. Отметим ток х с входной шины 1 вновь начинает лишь. что к моментУ ВРемени 1 окончаниЯ заряжать перв «1 онденсатор 2 в тече,ие импульса на прямом выходе делителя 13 интервала времени т7-тз; а ток 1о1 первого частоты заРЯд втоРого койденсатоРа 7 бУдет источника 3 образцового тока начинает раз50 . равен нулю ряжать второй конденсатор 7 через замкну

В момент вРемениц эаканчиваетсЯ им- . тый первый ключ 5 (направление тока loi пУльс на пРЯмом-выходе делителЯ 13 часто- берут противоположным направлению тока ты и возникает на его инвеРсном выходе. 1). Вследствие этого в момент времени 4

Вследствие этого размыкаются третий и пя- выходное напряжение. второго операционтый ключи 11 и 23, а седьмой ключ 25 Раз- ного усилителя 10 достигает нуля, что примыкаетхЯ, В это же вРемЯ Размыкаютсл водит к переходу второго компаратора 28 в четвертый и шестой ключи 12 и 24 и замыка- состояние "pcs и свидетельствует о полном ется восьмой ключ 26. В результате на обоих аз яде в ого

1785074

Qz =-lo1 T1 >

10 или

2lx То=1О1 Т1 откуда

1Х

Т1=2 х Т

l o1 — To+bT1

1О1

50 стороны, за время с4-сз второй конденсатор

7 принял заряд О :

5 а с другой, его начальный заряд к моменту времени сз был равен Qz. Значит

Qz+Qz =О, / .

То есть, интервал времени Т1 несет ин- 20 формацию о среднем значении тока IX на входной шине 1. Однако, в общем случае момент времени с4 окончания Т1 не совпадает с началом ближайшего импульса генератора 14 импульсов, что приводит при 25 суммировании последовательного ряда непримыкающих информативных интервалов времени Т1 к накоплению погрешности от краевых эффектов, которая может достигать максимального значения и Т (и — число сум- 30 мированных интервалов времени Т1 Т— период следования импульсов генератора

14 импульсов).

Поэтому в устройстве продолжается заряд второго конденсатора 7 током !о1 до 35 момента времени 4 прихода ближайшего импульса с выхода генератора 14 импульсов. В момент времени К по фронту этого импульса первый триггер 15 переходит в состояние "0", отключая тем самым ток 1 40 от второго конденсатора 7 и фиксируя окончание информативного интервала времени

Т1 на выходе первого элемента 16 И, выход которого является первой выходной шиной . 17. 45

Тогда интервал времени Т1 определится как

Переход. первого триггера 15 в состояние "0" в момент времени с5 вызывает замыкание четвертого и шестого ключей.12 и 24 и размыкание восьмого ключа 26, который имеет противоположную проводимость по сравнению с указанными ключами 12 и 24.

Одновременно по окончании интервала времени Т1 первый одновибратор 22 формирует 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 Qz=-101 АТ1 второго конденсатора 7 обеспечивается нулевой потенциал: на первом выв Уде (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 OOC через замкнутый четвертый ключ 12. Таким îáðàзом создаются условия для полного разряда второго конденсатора 7 на третий конденсатор 8. В результате заряд А Qz полностью переносится на третий конденсатор 8.

Одновременно в момент времени сь первый компаратор 18 выходным напряжением третьего операционного усилителя 29 переводится в состояние "1".

Пусть к моменту времени се процесс разряда второго конденсатора 7 закончился. Тогда 0торой конденсатор 7, полностью разряженный, окажется готовым к принятию новой порции заряда Q1от nepaoro конденсатора 2, а третий конденсатор 8 хранит полученный заряд AQz.

В момент времени t7 заканчивается импульс на прямом выходе делителя 13 частоты и начинается на инверсном его выходе.

Это приводит к повторению процессов, происходящих на интервале времени ст-с1 и относящихся к заряду-разряду первого и второго конденсаторов 2 и 7 в новом цикле преобразования lx. 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 loz с выхода второго источника 4 образцового тока (знак тока loz противоположен знаку тока lo1), B момент времени t8 на третьем конденсаторее 8 суммарный за рядй02+Оз, где

Qa=loz(ts-tv), 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 Т2=св-t7 на второй выходной шине 21 устройства определяется

1785074

12 условием баланса заряда на третьем конденсаторе 8;

Л Q2+Q3=-0 у или ! о! Л Т1+!02 Т2 0 у откуда

Тг= hT1 ! 01 ! 02

Интервал времени Тг, сформированный на второй выходной шине 21, можно использовать для уточнения младших разрядов icoда !х, получаемого при кодировании основного информативного интервала времени Tj, . ° 20

Выбирая !01>!ог или С7>Св(емкости второго и третьего конденсаторов 7 и 8), можно обеспечить необходимый размер Тг, 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 источники образцового тока, выходы которых подклю- 80 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 З5 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 вЂ” к управляющему входу первого ключа и является первой выходной 45 шиной, первый компаратор, первый вход которого является шиной нулевого потенциала, а выход — соединен с R-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 юшийся тем, 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 D-входу первого триггера, управляющий вход четвертого ключа объединен с управляющими входами шестого и восьмого ключей и подкл очен к инверсному выходу первого триггера, выход шестого ключа соединен с входом девятого ключа, первым выводом гретьего 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, R- u S-входы которОгО соответственно через первый и второй одновибраторы подключены к выходам элемента И и второго триггера, D-вход последнего из которых объединен с его R-входом, выход восьмого ключа подключен к входу четвертого ключа и к инвертирующему входу 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 юшийся тем, что первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и девятый ключи выполнены с проводимостью, противоположной типу проводимости седьмого и восьмого ключей.