Устройство для определения приращений напряжения между соседними экстремумами

 

Изобретение относится к области информационно-измерительной и аналоговой вычислительной техники, может использоваться в анализаторах качества электроэнергии. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, повышении точности и упрощении устройства. Устройство (У) содержит блок (2) вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с входным зажимом (1), соединенным с входом вычитаемого блока (2) через последовательно соединенные коммутатор (К) (3), первый конденсатор (7), соединенный с шиной нулевого потенциала (ШНП), и повторитель (8) напряжения. Причем входной зажим (1) соединен с управляющим входом К (3) через последовательно соединенные второй конденсатор (4), резистор (12), соединенный с ШНП, второй формирователь модуля (ФМ) (5) и пороговый элемент (6). При этом выход блока (2) является первым выходом У и через первый ФМ (10) соединен со вторым выходом У. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и аналоговой вычислительной техники, предназначено для определения абсолютных значений и модуля приращений напряжения между соседними экстремумами и может использоваться в анализаторах качества электроэнергии.

Известно устройство для определения приращений напряжения на участках с производной больше заданного уровня [1], содержащее дифференциатор, двухсторонний пороговый элемент, два блока вычитания, сумматор, диодно-емкостную запоминающую ячейку со входными цепями заряда и разряда запоминающей емкости.

Недостатками аналога являются: 1) значительная погрешность, вносимая диодами запоминающей ячейки; 2) сложность схемы; 3) узкие функциональные возможности - этот аналог позволяет определять только абсолютные приращения напряжения между соседними экстремумами.

Аналогом предлагаемого изобретения также является устройство для выделения приращений напряжения [2], содержащее инвертор, три блока суммирования, два блока вычитания, пороговый элемент, диоды, запоминающие конденсаторы, резисторы.

Недостатками этого аналога также являются значительная погрешность и сложность схемы, а также узкие функциональные возможности за счет определения только модуля приращений напряжения между соседними экстремумами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения модуля приращений напряжения [3], содержащее дифференциатор, двухсторонний пороговый элемент, два ключа, блок вычитания, две диодно-емкостные запоминающие ячейки соответственно прямой и обратной полярности, два разделительных диода.

Недостатками прототипа являются значительная погрешность, вносимая диодами, сложность схемы и узкие функциональные возможности за счет определения только модуля приращений напряжения между соседними экстремумами.

Технические задачи, решаемые изобретением, - повышение точности, упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей за счет определения модуля и абсолютных значений приращений напряжения между соседними экстремумами.

Указанные технические задачи решаются благодаря тому, что в устройство для определения модуля приращений напряжения, содержащее первый и второй конденсаторы, блок вычитания, коммутатор, пороговый элемент, инверсный выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, информационный вход которого подключен к входному зажиму устройства, первая обкладка первого конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, выход блока вычитания соединен с первым выходным зажимом устройства, дополнительно введены первый и второй формирователи модуля, резистор и повторитель напряжения, вход которого подключен к выходу коммутатора, связанному со второй обкладкой первого конденсатора, а выход соединен со входом вычитаемого блока вычитания, выход которого через первый формирователь модуля соединен со вторым выходным зажимом устройства, а вход уменьшаемого подключен к входу устройства, соединенному через второй конденсатор со входом второго формирователя модуля, связанным через резистор с шиной нулевого потенциала, выход второго формирователя модуля соединен со входом порогового элемента; блок вычитания содержит операционный усилитель, выход которого является выходом блока вычитания и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через первый входной резистор подключен к входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, который соединен с шиной нулевого потенциала через дополнительный резистор; повторитель напряжения содержит операционный усилитель, выход которого является выходом повторителя напряжения и соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является входом повторителя напряжения; формирователь модуля содержит инвертор и "идеальные" диоды положительной и отрицательной полярности, входы которых объединены между собой и подключены к входу формирователя модуля, выход которого подключен к объединенным выходам "идеального" диода положительной полярности и инвертора, вход которого подключен к выходу "идеального" диода отрицательной полярности; "идеальный" диод положительной полярности содержит диод и операционный усилитель, выход которого соединен с анодом диода, катод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и с выходом "идеального" диода положительной полярности, вход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя; "идеальный" диод отрицательной полярности содержит диод и операционный усилитель, выход которого соединен с катодом диода, анод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и с выходом "идеального" диода отрицательной полярности, вход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя; инвертор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом инвертора и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через входной резистор подключен к входу инвертора, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение первого и второго формирователей модуля, резистора и повторителя напряжения, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширения функциональных возможностей, повышения точности и упрощения устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства, фиг.2 - схема-блока вычитания, фиг. 3 - схема повторителя напряжения, фиг.4 - схема формирователя модуля, фиг.5 и 6 - соответственно схемы "идеальных" диодов положительной и отрицательной полярности, фиг.7 - схема инвертора, фиг.8 - графики изменения напряжения на элементах схемы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит входной зажим 1, соединенный со входом уменьшаемого блока 2 вычитания (БВ), информационным входом коммутатора 3 и через второй конденсатор 4 - со входом формирователя 5 модуля (ФМ), выход которого через пороговый элемент (ПЭ) 6 соединен с управляющим входом коммутатора 3, выход которого через первый конденсатор 7 связан с шиной нулевого потенциала, а также соединен со входом повторителя 8 напряжения (ПН), выход которого соединен со входом вычитаемого БВ 2, выход которого соединен с первым выходным зажимом 9 устройства и через первый ФМ 10 - со вторым выходным зажимом 11 устройства, вход первого ФМ 5 соединен с шиной нулевого потенциала через резистор 12.

Блок 2 вычитания (фиг.2) содержит операционный усилитель (ОУ) 13, выход которого является выходом БВ 2 и через резистор 14 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 13, который через первый входной резистор 15 подключен к входу вычитаемого БВ 2, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор 16 соединен с неинвертирующим входом ОУ 13, который соединен с шиной нулевого потенциала через дополнительный резистор 17.

Повторитель 8 напряжения (фиг.3) содержит ОУ 18, выход которого является выходом ПН 8 и соединен с инвертирующим входом ОУ 18, неинвертирующий вход которого является входом ПН 8.

Формирователь 5 (или 10) модуля (фиг.4) содержит инвертор 19 и "идеальные" диоды положительной 20 и отрицательной 21 полярности, входы которых объединены между собой и подключены к входу ФМ 5, выход которого подключен к объединенным выходам "идеального" диода 20 положительной полярности (ИДПП) и инвертора 19, вход которого подключен к выходу "идеального" диода 21 отрицательной полярности (ИДОП).

"Идеальный" диод 20 положительной полярности (фиг.5) содержит диод 22 и ОУ 23, выход которого соединен с анодом диода 22, катод которого соединен с инвертирующим входом ОУ 23 и с выходом ИДПП 20, вход которого соединен с неинвертирующим входом ОУ 23.

"Идеальный" диод 21 отрицательной полярности (фиг.6) содержит диод 24 и ОУ 25, выход которого соединен с катодом диода 24, анод которого соединен с инвертирующим входом ОУ 25 и с выходом ИДОП 21, вход которого соединен с неинвертирующим входом ОУ 25.

Инвертор 19 (фиг. 7) содержит ОУ 26, выход которого является выходом инвертора 19 и через резистор 27 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 26, который через входной резистор 28 подключен к входу инвертора 19, неинвертирующий вход ОУ 26 соединен с шиной нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом.

На входной зажим 1 подается напряжение U₁ (см. фиг.8).

Напряжение U₁₂ на резисторе 12 пропорционально производной напряжения U₁. Напряжение U₁₂ преобразуется формирователем 5 модуля в напряжение U₅ (см. фиг. 8) и подается на вход ПЭ 6, имеющего опорное напряжение U_ОП. В случае превышения модулем производной входного напряжения опорного напряжения U_ОП ПЭ 6 срабатывает, при малых значениях производной отпускает. При этом на инверсном выходе ПЭ 6 появляются короткие единичные импульсы (см. фиг. 8), открывающие коммутатор 3, через который конденсатор 7 заряжается до уровня входного напряжения U₁ (см. напряжение U₇ на фиг.8).

При сработавшем состоянии ПЭ 6 его выходное напряжение равно нулю, коммутатор 3 закрыт, напряжение на конденсаторе 7 поддерживается постоянным и равным амплитудному значению входного напряжения U₁(t).

На первом выходном зажиме устройства 9 непрерывно выделяется разность напряжений (см. напряжение U₉ на фиг.8) U₉(t)=U₁(t)-U₇. (1) Амплитуда импульса выходного напряжения U₉(t) равняется приращению входного напряжения U₁(t) между соседними экстремумами.

На втором выходном зажиме устройства 11 непрерывно выделяется модуль напряжения U₉ (см. напряжение U₁₁ на фиг.8) U₁₁/U₉(t)/=U₁(t)-U₇/. (2) Амплитуда импульса выходного напряжения U₁₁(t) равняется модулю приращения входного напряжения U₁(t) между соседними экстремумами.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются расширение функциональных возможностей, повышение точности и упрощение устройства. Схема устройства реализуется на интегральных микросхемах отечественного производства.

Источники информации 1. А.с. 523418 СССР, кл. G 06 G 7/18, 1976.

2. А.с. 758185 СССР, кл. G 06 G 7/184, 1980.

3. А.с. 510722 СССР, кл. G 06 G 7/18, 1976 (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для определения приращений напряжения между соседними экстремумами, содержащее первый и второй конденсаторы, блок вычитания, коммутатор, пороговый элемент, инверсный выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, информационный вход которого подключен к входному зажиму устройства, первая обкладка первого конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, выход блока вычитания соединен с первым выходным зажимом устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый и второй формирователи модуля, резистор и повторитель напряжения, вход которого подключен к выходу коммутатора, связанному со второй обкладкой первого конденсатора, а выход соединен со входом вычитаемого блока вычитания, выход которого через первый формирователь модуля соединен со вторым выходным зажимом устройства, а вход уменьшаемого подключен к входу устройства, соединенному через второй конденсатор со входом второго формирователя модуля, связанным через резистор с шиной нулевого потенциала, выход второго формирователя модуля соединен со входом порогового элемента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок вычитания содержит операционный усилитель, выход которого является выходом блока вычитания и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через первый входной резистор подключен к входу вычитаемого блока вычитания, вход уменьшаемого которого через второй входной резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, который соединен с шиной нулевого потенциала через дополнительный резистор.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что повторитель напряжения содержит операционный усилитель, выход которого является выходом повторителя напряжения и соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является входом повторителя напряжения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь модуля содержит инвертор и "идеальные" диоды положительной и отрицательной полярности, входы которых объединены между собой и подключены к входу формирователя модуля, выход которого подключен к объединенным выходам "идеального" диода положительной полярности и инвертора, вход которого подключен к выходу "идеального" диода отрицательной полярности.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что инвертор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом инвертора и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через входной резистор подключен к входу инвертора, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что "идеальный" диод положительной полярности содержит диод и операционный усилитель, выход которого соединен с анодом диода, катод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и с выходом "идеального" диода положительной полярности, вход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что "идеальный" диод отрицательной полярности содержит диод и операционный усилитель, выход которого соединен с катодом диода, анод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и с выходом "идеального" диода отрицательной полярности, вход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8