Амплитудный преобразователь

 

()960645

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 160281 (21) 3249761/18-21

1М) М.К.

С 01 В 19/04 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3) УДК 621. 317.

° 726 (088 8) Опубликовано 2309.82. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 23.09. 82

П.П. Першенков, К.С. Александров, В.А1

Э.К. Шахов и В.М. Шляндин

Ю „.

Пензенский политехнический институт г,;

4 аь Jj@Q 7

1 .;,",, (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) АМПЛИТУДНЫИ ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения переменных сигналов в широком частотном диапазоне при наличии постоянной составляющей.

Известны преобразователи амплиту-. ды переменных сигналов в постоянное напряжение, содержащие диодно-емкостную запоминающую ячейку и называемые в литературе преобразователи с закрытым входом .

Эти устройства позволяют преобразовывать амплитудные значения переменных сигналов при наличии постоянной составляющей (13.

Недостатком данных преобразователей является низкая точность преобразователя, обусловленная нелинейнастью характеристик диода, и низкое .быстродействие, обусловленное необходимостью использования фильтра, что делает невозможным их применение на низких и инфракрасных частотах из-эа большого времени пе- 25 реходного процесса.

Известен также преобразователь амплитудного значения переменного сигнала на основе двух пиковых детекторов. При отрицательной полувол- 30 не напряжения работает один пиковый детектор, при полуволне напряжения работает один пиковый детектор, а при положительной полуволне сигнала - другой (23. Недостатками устройства являются низкая точность преобразования, обусловленная наличием непрерывно работающего переключателя в цепи ООС одного из пиковых детекторов, и невозможность использования преобразователя в. случае наличия постоянной составляющей, значение которой превышает амплитуду переменной составляющей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь амплитудного значения в постоянное напряжение, содержащий два пиковых детектора, параллельно диодам которых включены дифференциальные усилители, запоминающие конденсаторы, подключенные через ключевые элементы к выходам соответствующих пиковых детекторов, а также ключевые элементы, переключающие конденсаторы типовых детекторов иэ режима запоминания в режим слежения (33.

Недостатком устройства является низкая точность и узкий частотный

960б45

25

50

60 диапазон. Низкая точность определе ния влиянием. дифференциальных усилителей на процесс зарядкй конденсаторов типовых детекторон, наличием ключевых элементов н цепях заряда запоминающих конденсаторов, а также погрешностью, возникающей при перезарядке конденсаторов типовых детекторов и запоминающих конденсаторов.

Узкий,.частотный,диапазон устрой"!О ства определяется тем, что типовые детекторы работают н режиме слежения.

Целью изобретения. является .повышение точности и расширение частот-.. ности диапазона амплитудного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в амплитудный преобразователь, содержащий два пиковых детектора, два ключа и дифференциальный усилитель, введены аналоговый сумматор, усилитель-ограничитель, источник смещающего напряжения, две ди,одные ячейки, три элемента И, два. триггера, генератор тактовых импульсов, формирователь и блок управления, причем первый вход аналогового сумматора соединен с входной клеммой устройства и входом усилителя-ограничителя, второй вход аналогового сумматора подключен к- выходам первого и второго ключей, входы которых соединены соответстненно с первым и вторым выходами источни- 35 ка смещающего напряжения, а управляющие входы перного и второго ключей подключены соответственно к перному и второму выходам блока управления, выход аналогового сумматора соединен с входом первого пикового детектора и одним из входон дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, а выход его сое- 45 динен с входом втОрого пикового детектора, выход второго пикового детектора соединен с выходной клеммой устройства, управляющие входы обоих пиковых детекторов подключены к третьему выходу блока управления, выход усилителя-ограничителя соединен с входами первой и второй диодных ячеек, выход перной из которых соединен с одним из входов первого элемента И, а выход второй диодной ячейки через формирователь соединен с одним иэ входов нторого элемента И,вторые входы обоих элементов И подключены к четвертому выходу блока управления, выходы первого и нто рого элемен-.;а И.подключены соответственно к входам установки 1 первого и второго триггеров, входы установки 0 которых подключены к пятому выходу блока управления, выходы обоих триггеров соединены соответственно с первым и вторым вхо.дами третьего элемента И и шестым и седьмым входами блока управления, выход третьего элемента И подключен к восьмому входу блока управления, к девятому, входу которого подключен выход генератора тактовых импульсов.

Схема устройства приведена на чертеже. Устройство ""îäåðèèò аналоговый сумматор 1, усилитель-.ограничитель

2, *ервый 3 и второй 4 ключи, источник 5 смещающего напряжения блок б управления>первый 7 и второй

8 пиковые детекторы, дифференциальный усилитель 9, две диодных ячейки 10 и ll формирователь 12, три элемента И 13 - 15, два триггера lб и 17 и генератор 18 тактовых импульсов, входы и выходу блока управления соответственно 19-27.

В данном амплитудном преобразователе первый 7 и второй 8 пиковые детекторы идентичны.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии клйчи пиковых детекторов замкнуты и выходное напряжение пиковых детекторон 7 и

8 равно нулю, ключи 3 и 4 разомкнуты. Генератор 18 тактовых импульсов тактирует работу всего устройства и задает цикла преобразования, который н преобразователе состоит из двух тактов.

В первом такте определяется соотношение значений постоянной i и переменнрй составляющих. Если постоянная составляющая превышает по значению переменную составляющую, то в зависимости от.полярности этой постоянной составляющей вводится соответствующее постоянное смещение, так, чтобы сигнал переходил через ноль.

В том случае,,если постоянная составляющая не превышает по значению переменную или отсутствует совсем, т.е.: когда входной сигнал йереходйт через ноль, смещение не

Ф вводится.

Допустим, что на входе действует сигнал, .состоящий из синусоидальной

U(t) = U -sinwt

III и постоянной составляющей Бс, причем. U0 Ъ т.е. входной сигнал находится выше. оси абсцисс и через ноль не переходит. В этом случае на выходе усилителя-ограничителя 2 ;формируется постоянное напряжение положительной полярности. Это напряжение через открытую первую 10 диодную ячейку подается на вход первого элемен960645 та 13 И, тем самым .разрешая прохождение импульса опроса с блока 6 управления на триггер 16. Частота импульсов опроса задается в несколько раэ больше частоты входного сигнала, чтобы получить минимальное время первого такта.

Триггер 16 перебрасывается в единичное состояние, а блок б управления открывает ключ 4 и на вход сум- матора 1 подается отрицательное смещающее напряжение.

Если во входном сигнале присутствует отрицательная постоянная составляющая, превышающая амплитуду переменной составляющей, срабатывает второй триггер 17 и на вход сумматора 1 подключается положительное смещающее напряжение. Формирователь 12 служит для согласования уровней напряжения диодной ячейки 11 элемента 14.

В том случае, если постоянная составляющая: не превышает по значению амплитуду переменного сигнала, т.е. входной сигнал переходит через ноль, то на выходе усилителя 2 получим прямоугольные импульсы обеих полярностей и, следовательно, сработают первый 16 и второй 17 триггеры. На вход третьего элемента 15 И оказываются подключенными единичные потенциалы, схема срабатывает и выдает сигнал Запрет на блок 6 управления,. включение смещающего напряжения не происходит.

Во втором такте по команде с -блока 6 управления размыкаются ключи первого 7 и второго 8 пиковых детекторов.

Пусть входной сигнал состоит из переменной синусоидальной составляющей

U (1) = Ц ° sin wt и постоянной составляющей U, значение которой не превышает амплитуду переменной составляющей. В этом случае напряжение смещения не подается.

Первый 7 пиковый детектор заряжается до максимального положительного значения входного сигнала, это напряжение подается на один иэ входов дифференциального усилителя 9, на второй вход которого подается непосредственно сам входной сигнал с выхода сумматора. На выходе дифференциального усилителя 9 получаем сигнал, состоящий иэ синусоидальной составляющей той же частоты, по сдвинутой по фазе на Л/2, и постоянной составляющей, значение которой равHQ амплитуде синусоидальной составляющей, т.е. сигнал оказывается весь выше оси абсцисс и касается ее только в точках нижних экстремумов..

В результате второй 8 пиковый детекности и даже превышающей по значению переменную составляющую. В дан1О ной схеме дрейф нуля первого пико-, вого детектора и сумматора также не оказывает влияния на результат преобразования.

Точность преобразования опреде" :5 ляется в основном погрешностью запоминания пиковых детектороВ.

Данный преобразователь может работать в широком частотном диапазоне, начиная от инфранизких частот

Щ и кончая высокими частотами, Частотный диапазон ограничивается только частотными свойствами используемых элементов. .По - сравнению с извесТным предъ5 лагаемое устройство имеет более высокую точность, так как в цепи преобразования сигнала нет ключей и отсутствует процесс переэаряда емкостей. В преобразователе заряд

ЗО конденсатора может осуществляться в течение нескольких периодов сигна35

Формула изобретения

Ю

6S тор заряжается до удвоенной амплитуды синусоидальной составляющей

"выл = 2Um.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовывать амплитуду неременной составляющей в постоянное напряжение при наличии постоянной составляющей любой полярла, пока напряжение на нем не достиг" нет максимального значения.

Таким образом, введение в известное устройство новых узлов.и связей позволило повысить точность преобразования и расширить частотный диапазон.

Амплитудный преобразователь, содержащий два пиковых детектора, два ключа и дифференциальный усилительj отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него введены аналоговый сумматор., усилитель-ограничитель, источник смещающего напряжения, две диодные . ячейки, три элемента И, два триггера; генератор тактовых импульсов, формирователь и блок управления, причем первый вход аналогового сумматора соединен с входной клеммой устройства и входом усилителя-ограничителя, второй вход аналогового сумматора подключен к выходам первого и второго ключей» входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами источника смещающеro напряжения, а управляющие входы первого и второго ключей подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, выход ана960645 логового сумматора соединен с входоМ первого пикового детектора и одним из входов дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого пикового,:;детектора, а выход соединен с входом вто-. рого пикового детектора, выход второго пикового детектора соединен с выходной клеммой устройства, управляющие входы обоих пиковых детекторов.подключены к третьему выходу блока управления, выход усилителя-ограничителя соединен с входами первой и второй диодных ячеек, выход первой из которых соединен с одним из входов первого элемента И, а выход второй диодной ячейки через формирователь соединен с одним из входов второго элемента И, вторые входы обоих элементов И подключены к четвертому выходу блока управления, выходя первого и второго элементов И подключены соответственно к входам установки 1 первого и второго триггеров, входы установки 0 которых подключены к пятому выходу блока управления, выходы обоих триггеров соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И и !щестым и седьмым входами узла управления, выход третьего элемента И подключен

10 к восьмому входу блока управления, к девятому вхоцу которого подключен . выход генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петребенко К.A. Компенсационные схемы амплитудных вольтметров и указателей экстремума. И., Энергия, 1967, с. 9-10.

2. 1ам же, с. 78, рис. 3-9.

Яо 3. Авторское свидетельство СССР

Р 616595, кл. G 01 R 10/04.