Цифровой измеритель отношений напряжений

 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в вычислительных преобразователях информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, элемент И2, счетчик 3 импульсов, блок 5 управления, стробируемый компаратор 6, генератор 7 пилообразного напряжения /ГПН/, ключи 8 и 9, с помощью которых на один из входов компаратора 6 поочередно подключается большее /V<SB POS="POST">1</SB>/ и меньшее /V<SB POS="POST">2</SB>/ входные напряжения, а на другой вход - изменяющееся по экспоненциальному закону напряжение V<SB POS="POST">P</SB> с выхода ГПН 7. В моменты времени, соответствующие равенству напряжений V<SB POS="POST">P</SB> и V<SB POS="POST">1</SB>/V<SB POS="POST">2</SB>/, компаратор 6 срабатывает, а временной интервал между двумя его последовательными срабатываниями, пропорциональный LNV<SB POS="POST">1</SB>/V<SB POS="POST">2</SB>, преобразуется в код, который снимается со счетчика 3 и подается на выход 4 устройства. Включение в состав устройства дополнительных узлов - второго ГПН 13, управляемого блоком 5 и связанного с источником третьего входного напряжения V<SB POS="POST">3</SB> и блока 15 преобразования мгновенного значения напряжения в код обеспечивает выполнение операции, результат которой, пропорциональный V<SB POS="POST">3</SB><SP POS="POST">.</SP>V<SB POS="POST">2</SB>/V<SB POS="POST">1</SB> в цифровой форме, снимается с второго выхода 16 устройства. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R. 19/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

R0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4375319/24-21 (22) 22.01 ° 88 (46) 30.01.90. Бюл. Р 4 (75) В.Б.Ибрагимов (53) 621.317.321(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1273818,о кл. G 01 R 19/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Р 1170365, кл. G 01 R 19/10, 1982. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЙ

НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в вычислительных преобразователях информации. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, элемент И2, счетчик 3 импульсов, блок 5 управления, стробируемый компаратор 6, генератор 7 пилообразного напряжения (ГПН), ключи 8 и 9, с помощью которых на один из входов компаратора 6 поочередно

„.SU„1539674 А1

2 подключаются большее (U ) и меньшее (U<) входные напряжения, а на другой вход — изменяющееся по экспоненциальному закону напряжение U < с выхода ГПН 7. В моменты времени, соот, ветствующие равенству напряжений

U и U,(U ), компаратор 6 срабатывает, а временной интервал между двумя его последовательными срабатываниями, пропорциональный lnU1/U<, преобразуется в код, который снимается со

4 счетчика 3 и подается нй выход 4 устройства. Включение в состав устройства дополнительных узлов — второго

ГПН 13, управляемого блоком 5 и связанного с источником третьего входного напряжения U» и блока 15 преоб- . разования мгновенного значения напряжения в код — обеспечивает выполнение операции, результат которой, U3 UZ пропорцйональный — — —, в цифровой

l форме снимается с второго выхода 16 устройства. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1539674 4

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в цифровых преобразователях информации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения помимо измерения отношения напряжений в логарифмическом Масштабе измерения отношения напряжений в обычнфм масштабе, причем измерения осуществляются в циклическом режиме.

На фиг. I изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — 15 временные диаграммы его работы.

Пифоовой измеритель отношений содержит генератор I опорной частоты, выход которого через элемент И

2 подключен к входу счетчика 3 им- 20 пулЬсов, выход которого является первым выходом 4 устройства, блок 5 управления, первый вход которого подключен к выходу стробируемого компаратора 6, первый выход — к первому 25 входу, генератора 7 пилообразного (экспоненциального) напряжения, а второй и третий выходы соответственно — к управляющим входам ключей

8 и 9, сигнальные входы которых сое- 30 динены с клеммами 10 и 11 для подключения источников первого (U,„) и второго (U ) входных напряжений соответственно, а выходы объединены и подключены к одному из входов стробируемого компаратора 6, другой вход которого подключен к выходу генератора 7 пилообразного напряжения, второй вход которого соединен с клеммой 12 для подключения источника 40 опорного напряжения (U ), генератор

13 пилообразного (экспоненциального) напряжения, первый и второй входы которого подключены соответственно к второму выходу блока 5 управления и 45 клемме 14 для подключения источника третьего (U ) входного напряжения, выход — к первому входу блока 15 преобразования мгновенного значения напряжения в код, второй вход которого подключен к второму входу элемента И 2 и первому входу ключа 9, и к третьему выходу блока 5 управления, первый выход — ко второму выходу 16 устройства, а второй выход— к второму входу блока 5 управления, четвертый выход которого соединен со стробирующим входом компаратора.

Кроме того, блок 5 управления содержит первый триггер 17, первый вход (С) которого является первым входом блока 5, первый (0) и второй (О) выходы — вторым и третьим выходами блока 5 соответственно, второй триггер 18, первый вход (Я) которого является установочным входом 19 "Пуск" устройства, а первый и второй выходы " соответственно первым и четвертым выходами блока 5, элемент ИЛИ 20, первый вход которого является установочным входом 21 "Сброс" устрой-. ства, а второй вход — вторым входом блока 5, а выход соединен с вторыми входами (R) триггеров 17 и 18.

Блок 5 преобразования мгновенного значения напряжения в код содержит элемент 22 выработки и хранения, первый выход которого соедйнен с первым входом блока 15, а выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23 — с первым выходом блока 15, формирователь 24 импульса

"Начало преобразования", вход которого подключен к вторым входам блока 15 и элемента 22 выборки и хранения, а выход подключен к входу

"Запуск" АЦП 23 и является вторым выходом блока 15.

Генераторы 7 и 13 пилообразного напряжения содержат параллельно соединенные резистор и конденсатор, выводы которых объединены, причем первые подключены к общей шине, а вторые — через управляемый ключ к входу соответствующего генератора 7(13) и, кроме того, являются его выходом, управляющие входы ключей являются первыми входами генераторов 7, 13.

Устройство работает следующим образом.

В исходное состояние устройство приводится импульсом, подаваемым на установочный вход 21 "Сброс" блока

5. Этот импульс, пройдя через элемент

ИЛИ 20, устанавливает триггеры 17 и

18 в исходное положение "0" по входу

R при этом: потенциал высокого уровня, соответствующего уровню "1" с первого выхода Q триггера 17 (фиг. 2з) устанавливает ключ 8 в замкнутое положение (на фиг. 2е условно показано затемненной полосой),при котором большее напряжение U с клеммы 10 подается на, один .из входов компаратора 6 (на фиг. 2е условно обозначено К8 (U,)); этот же потенциал удерживает в замк39674

30

40

5 15 нутом положении ключ генератора 13 пилообразного напряжения (ГПН), через который конденсатор RC-цепочки указанного генератора заряжается до величины напряжения U, подаваемого. на клемму 14 (фиг. 2к); потенциал низкого уровня, соответствуищего уровни "0", с второго выхода Q триггера 17 (фиг. 2ж)устанавливает ключ 9 в разомкнутое положение, при котором меньшее напряжение U< оказывается отключенным от компаратора 6; этот же потенциал блокирует элемент И 2, установленный в цепи подачи импульсов опорной частоты генератора 1 на счетный вход счетчика 3; потенциал "1" с первого выхода 0 триггера 18 (фиг. 2г) устанавливает в замкнутое положение ключ ГПН 7, через который конденсатор RC-цепочки указанного генератора заряжается до величины опорного напряжения U, подаваемого на клемму 12 (фиг, 2а); потенциал "0" с второго выхода Q триггера 18 (фиг. 2в) подается на стробируищий вход компаратора 6 и блокирует его, т .е. не разрешает его работу в режиме сравнения напряжений.

Сигнал "Пуск", подаваемый Hà vcтановочный вход 19 блока 5 (фиг. 26), устанавливает триггер 18 по входу S в положение "1", .при этом потенциалом "1", снимаемым с единичного выхода триггера (фиг. 2в),. он разблокируется, а потенциалом "0", сНимаемым с нулевого выхода триггера 18 (фиг. 2г) ключ ГПН 7 размыкается, отключая конденсатор РС-цепочки генератора 7 от источника опорного напряжения U, конденсатор начинает разряжаться, а на выходе ГПН 7 формируется экспоненциально спадающее напряжение U подаваемое на другой вход компаратора 6 (фиг. 2а).

В момент времени t соответствующий равенству напряжений на входах компаратора 6 (U =П „ фиг. 2a) на его выходе формируется короткий импульс (фиг. 2д), который перебрасывает триггер 17 в положение "1". Потенциал на первом выходе 0 триггера 17 изменяется до уровня "0" (фиг. 2э), ключ 8 размыкается, отключая напряжение U от компаратора 6, при этом потенциал на ето единичном выходе изменяется до уровня "1" (фиг. 2ж) и устанавливает ключ 9 в замкнутое положение (на фиг. 2е условно показано пустой полосой), при котором к компаратору 6 подключается меньmee напряжение U с клеммы 11 (на фиг. 2е условно обозначено К9 (П )), Одновременно открывается элемент И2, и импульсы генератора 1 опорной частоты начинают заполнять счетчик 3 (фиг. 2и).

В момент времени t соответствующий pBBpHcTB+ напряжений на входах компаратора 6 (Бр=11, 2а), последний вновь срабатывает, формируя импульс (фиг. 2д), который возвращает триггер 17 блока 5 в исходное положение "0". На первом выходе Q триггера 17 появляется потенциал "1" (фиг. 2э), а на втором выходе — потенциал "0" (фиг. 2ж), при этом ключ

8 устанавливается в замкнутое положение (фиг. 2е), подключая к компаратору 6 напряжение U с клеммы 10, а

25 ключ 9 — в разомкнутое положение, отключая от него напряжение U . Потенциал "1" от второго входа элемента И2 в момент времени t снимается (фиг. 2ж),и поступление импульсов с выхода генератора 1 на счетчик 3 прекращается (фиг. 2и). Число импульсов, зафиксированное в счетчике 3 за время Dt=t<-t,, оказывается пропорциональным логарифму отношения входных напряжений L и Б . При этом

1 соответствующий код счетчика подается на выход 4 устройства, В момент времени t, когда триггер 17 перебрасывается в положение "1" (фиг.2з), одновременно с ключом 8 устанав ливается в разомкнутое положение и ключ ГПН 13, при этом конденсатор

RC-цепочки генератора 13 отключается от клеммы 14 источника напряжения

U и начинает разряжаться, а на выходе ГПН 13 формируется экспоненциально спадающее напряжение U (фиг. 2к), подаваемое на вход блока I5. Элемент

22 выборки и хранения при потенциале

"1",на втором входе (фиг. 2ж) работает в режиме "Выборка" (отслеживает напряжение Бр).В момент времени t q ! триггер 17 возвращается в положение

11 1f

0 вторым импульсом компаратора 6, потенциал на его втором выходе изменяется до уровня "О" (фиг. 2ж) и переводит элемент 22 выборки и хранения в режим иХранение (фиксирует мгно— венное значение Б „рнапряжения Б р) 1539674

ПзП

U х1 (2) (фиг. 2к). По перепаду потенциала из

"1" в "0" на втором выходе триггера

17 запирается формирователь 24 и выдает с задержкой t равной апертурному времени элемента 22, импульс

"Начало преобразования" (фиг. 2л), который запускает АЦП 23, который выдает на выход 16 устройства код, npoпОрциональный n 4р=П, е, (1) U где rht=t -t = Ф 1n - 3

2 1 ° U ь,, С вЂ” постоянные времени разряда

RC-цепочек генераторов 7 и

13 соответственно.

При, = из (1) получаем

Импульс с выхода формирователя 24> кроме того, подается на второй выход блока 15 и, пройдя далее через элемент ИЛИ 20 блока 5, возвращает триггер 18 в исходное положение "0" по входу R, при этом потенциал "0" с единичного выхода триггера (фиг.2в) вновь блокирует компаратор 6, а потенциал "1" с его второго выхода (фиг. 2г) устанавливает ключ ГПН 7 в замкнутое положение, при котором конденсатор RC-цепочки генератора 7 ! начинает заряжаться до уровня опорного напряжения Uo,,напряжение U на выходе ГПН 7 начинает воэрастать по экспоненциапьному закону (фиг. 2а), но, достигнув уровня U не вызывает срабатывания компаратора 6, т.к. он заблокирован, чем достигается исключение воэможности ложного срабатывания компаратора при возврате устройства в исходное состояние.

Формула иэ обретения

1. Цифровой измеритель отношений напряжений, содержащий генератор опорной частоты, выход которого че- рез элемент И подключен к входу счетчика импульсов, выход которого является первым выходом цифрового измерителя, и блок управления, первый вход которого подключен к выходу компаратора, первый выход - к пер-. вому входу генератора пилообразного напряжения, а второй и третий выходы, соответственно — к управляющим входам первого и второго ключей, сиг5

55 нальные входы которых соединены с клеммами для подключения источников первого и второго входных напряжений соответственно, а выходы объединены и подключены к одному из входов компаратора, другой вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, второй вход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей цифрового измерителя, в него введены второй генератор пилообразного, напряжения и блок преобразования мгновенного значения напряжения в код, компаратор выполнен стробируемым, причем первый и второй входы второго генератора пилообразного напряжения подключены соответственно к второму выходу блока управления и клемме для подключения источника третьего входного напряжения, а выход — к первому входу блока преобразования мгновенного значения напряжения в код, второй вход которого подключен к второму входу элемента И и первому входу второго блока, первый выход — к второму выходу цифрового измерителя, а второй выход— к второму входу блока управления, четвертый выход которого соединен со стробирующим входом компаратора.

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит первый триггер, первый вход которого соединен с входом элемента И, первый вход которого является первым входом блока, а первый и второй выходы — к второму и третьему выходам блока соответственно, второй триггер, первый вход которого подключен к установочному входу "Пуск" цифрового измерителя, а первый выход — к первому выходу блока, второй — к второму входу элемента И, элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с установочным входом "Сброс" цифрового измерителя и вторым входом блока, а выход — с вторыми входами пепвого и второго триггеров.

3. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю щ и и с.я тем, что блок преобразования мгновенного значения напряжения в код содержит элемент выборки-хранения, вход которого подключен к входу, а выход через аналого-цифро-

1539674 10 вой преобразователь — к первому выхо- выборки-хранения и является вторым ду блока, и формирователь импульса входом блока, а выход — к входу заII II

Начало преобразования, вход которо- пуска аналого-цифрового преобразоваго подключен к второму входу элемента теля и является вторым входом блока.

Up

Ук

П

l а д

Ж

3 и

У

Фиг.2

Составитель А.Рафиков

Редактор М.Циткина Техред М.Ходанич Корректор О. Кравцова

Заказ 215 Тираж 541 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно †издательск комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101