8-900-374-94-44
[email protected]
Slide Image
Меню

Масштабируемый преобразователь – 6.1. Масштабирующие преобразователи

Масштабирующий преобразователь

Разработка функциональной схемы масштабирующего преобразователя

В данном случае масштабирующий преобразователь используется для увеличения измеряе­мого напряжения до уровня, удобного для дальнейшего квантования, обеспечивая при этом стабильный коэффициент передачи и по возможности высокое входное сопротивление. В проектируемом ЦВ с тремя диапазонами измере­ния переход с одного диапазона на другой осуществляется изменением коэффициента деления. В делителе напряжений, который изображен на рисунке 2.1. Переключение диапазонов происходит в устройстве управления (УУ).

Рисунок 2.1 — Функциональная схема масштабирующего преобразователя

2.2 Расчет функциональных параметров

Данный масштабирующий преобразователь обеспечивает три диапазона работы от 0 до 0,1 В от 0 до 1,0 В от 0 до 10 В, масштабирующие коэффициенты соответственно равны 20 2 0,2.Известно, что чем выше входное сопротивление любого вольтметра, тем меньше методическая погрешность резуль­тата измерения, обусловленная уменьшением измеряемого напряжения при подключении вольтметра.

Расчет параметров масштабирующего преобразователя приведен ниже

=20

=2

=0,2

Из данной системы найдем R5:

Зная R5, можно найти R4:

Найдем R3:

Параметры масштабирующего преобразователя сведены в таблице 2:

Таблица 2

Параметры масштабирующего преобразователя

R3 , МОм

R4 , МОм

R5 , МОм

5*105

4.5*105

0.5*105

Для расчета R1 и R2 определим эквивалентную схема для входного велителя напряжения и операционного усилителя.

Пусть Rвх.пр=103Ом, тогда

R1=8,5*105 Ом

R2=1,5*105Ом

  1. Вкантователь с двухтактным интегрированием

Квантователь с двухтактным интегрированием - это квантователь, преобразующий в код среднее, за фиксированный интервал времени значение, изме­ряемой величины. Такой кван­тователь получил название интегрирующего или преобразо­вателя с двухтактным интегрированием. Он нашел применение в наиболее точных и помехоустойчивых ЦИУ электрических величин.

2

1\2 Функциональная схема такого квантователя представлена на риунке 3.

11ш

Рисунок 3.1 — Функциональная схема квантователя с двойным интегрированием

    1. Работа квантователя

Работа квантователя с двойным интегрированием представленного на рисунке 3.1 изображена на рисунке 3.2.

Исходное положение (до момента t1)-конденсатор С разря­жен, счетчик Ст установлен на нуль, ключ К заперт, переключатель S в положении, пока­занном на рисунке2.1. Будем считать переключатель SА и СУ идеальными. Начиная с момента t1 конденсатор С заряжается, и напряже­ние на выходе интегрирующего усилителя ИУ растет. В момент t2 выполняется равенство uу = Uп, где uу - выходное напряже­ние интегрирующего усилителя; Uп-

пороговое напряжение СУ. Сравнивающее устройство срабатывает сигнал и отпирает ключ К, кото­рый начинает пропускать импульсы опорной частоты f0 на счет­чик СТ.Одновременно этот сигнал поступает на схему формирования импульсов (Сх ФИ), которая вырабатывает сигнал, который поступает на счетчик (обнуляя его) триггер фиксации (Т) обнуляя его на регистр RG. Этот процесс продолжается до момента t3 переполне­ния счетчика СТ. В момент t3 счетчик вырабатывает сигнал переполнения, который поступает на триггер фиксации (Т). Триггер фиксации вырабатывает сигнал высокого уровня, который поступает на реле (Р). Реле срабатывает и переводит ключ SА в положение U0, которое обратно по знаку напряжению кUX.

Рисунок 3.2 — Временная диаграмма работы квантователя с двойным интегрированием

studfiles.net

3.1.3. Масштабные преобразователи

Различают два вида масштабных преобразователей:

1. Пассивные масштабные преобразователи, работающие за счёт энергии объекта исследований.

К этой группе относятся шунты, резистивные, ёмкостные и индуктивные делители тока и напряжения, измерительные трансформаторы.

Пассивные масштабные преобразователи строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности.

Характерным для них является то, что мощность выходного сигнала всегда меньше мощности входного.

2. Активные масштабные преобразователи. Позволяют не только изменить размер величины, но и увеличить мощность выходного сигнала

К ним относятся измерительные усилители, повышающие уровни и работающие за счёт дополнительного источника энергии

Пассивные масштабные преобразователи

Шунты. Чтобы в измерительный механизм прибора поступал ток I

им, меньший в n раз измеряемого тока I, необходимо использование шунта - сопротивления, подключаемого параллельно цепи измерительного механизма.

Iим

U

I

R

Значение сопротивления шунта R определяется из соотношения

R = Rим/(n-1),

где Rим - сопротивление измерительного механизма,

n = I/Iим - коэффициент шунтирования.

Шунты изготавливают из манганина.

На небольшие токи (до 30 А) шунты помещаются в корпусе прибора (внутренние шунты).

На большие токи (до 7500 А) применяются наружные шунты.

По точности шунты разделяются на следующие классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Добавочные резисторы. Служат для расширения пределов измерения измерительных механизмов по напряжению и включаются последовательно

с ними.

Uд

Uим

R

U

Если напряжение постоянного тока, необходимое для полного отклонения подвижной части измерительного механизма, равно Uим, а измеряемое напряжение U = nUим, то добавочное сопротивление

R = Rим(n-1).

Добавочные резисторы изготавливаются из манганина.

Применяются для преобразования напряжений до 30 кВ постоянного и переменного токов частотой от 10 Гц до 20 кГц и имеют следующие классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0.

Измерительные трансформаторы тока.

Преобразуют переменный ток от 0,8 А до 40000 А в ток с предельными значениями 1; 2; 2,5; 5 А.

Поэтому в трансформаторах тока первичный ток I1 обычно больше вторичного I2.

Zнагр

U

A

B

E

F

I1

W1

W2

L

N

C

D

I2

U2

Первичная обмотка трансформатора тока содержит малое число витков, и её выводы АВ включают в разрыв проводника с измеряемым током.

Число витков вторичной обмотки больше, чем первичной. К её выводам CD последовательно подключают амперметры, ваттметры и др. приборы.

Вторичные цепи измерительного трансформатора напряжения рассчитаны на напряжение 100 В, а лабораторных 100/√3 В при первичном номинальном напряжении до 750/√3 В.

Выводы EF первичной обмотки высшего напряжения включают в исследуемую цепь параллельно. Во вторичную цепь LN с меньшим числом витков (W1>W2) параллельно подключают вольтметры, ваттметры и т.д.

По показаниям приборов, включённых во вторичные обмотки, можно определить значения измеряемых величин. Для этого их показания нужно умножить на действительные коэффициенты трансформации kI = I1/I2, kU = U1/U2.

Но действительные коэффициенты трансформации не известны, т.к. они зависят от режима работы трансформатора.

Поэтому вместо действительных коэффициентов трансформации используют номинальные коэффициенты трансформации:

kUном = U1ном/U2ном = W1/W2;

kIном = I1ном/I2ном = W2/W1.

Относительные погрешности δI и δU из-за неравенства действительных

и номинальных коэффициентов трансформации определяются следующими выражениями:

δI = (kIном - kI)/ kI ·100 %,

δU = (kUном - kU)/ kU ·100 %.

По точности трансформаторы тока подразделяются на следующие классы:

0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10.

В зависимости от области применения измерительные трансформаторы тока изготавливаются стационарными и переносными.

Стационарные трансформаторы напряжения имеют классы точности 0,2; 0,5; 1; 3, а лабораторные - 0,05; 0,1; 0,2.

Измерительные трансформаторы позволяют наряду с изменением размера величины осуществлять гальваническое разделение цепей.

Активные масштабные преобразователи.

Измерительные усилители используются для усиления сигналов постоянного и переменного токов.

Связь между входным и выходным сигналами в усилителе непрерывная и однозначная.

Усилители выполняются с нормированной погрешностью коэффициента передачи и позволяют измерять сигналы от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью 0,1 ... 1%.

Классификация усилителей возможна по ряду признаков:

- по полосе пропускания частот,

- по роду усиливаемого электрического сигнала,

- по типу применяемых усилительных элементов,

- по числу каскадов усиления и т.д.

Усилители переменного тока.

По ширине полосы и абсолютным значениям частот усиливаемых сигналов электронные усилители переменного тока делятся на:

- усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления сигналов с частотой от десятков Гц до 15-20 кГц;

- усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления сигналов во всём диапазоне частот, используемых электроникой;

- широкополосные усилители, позволяющие усиливать сигналы в широкой полосе частот (например, от десятков Гц до нескольких МГц).

Импульсные усилители представляют собой широкополосные усилители, полосу пропускания которых выбирают так, чтобы искажение формы усиливаемого импульса было наименьшим.

Форма импульса определяет его спектр.

Чем круче фронт импульса, тем шире его спектр в области верхних частот; чем длительнее пологие участки импульса, тем больше низкочастотных составляющих в спектре.

В структуре усилителя могут быть цепи, осуществляющие передачу части энергии с его выхода во входную цепь или передачу энергии с выхода последующих каскадов во входные цепи предыдущих и называемые цепями обратной связи.

Количественно обратная связь оценивается коэффициентом передачи цепи обратной связи β, показывающим, какая часть выходного сигнала поступает на вход схемы.

В зависимости от соотношения фаз напряжения, поступающего по цепи обратной связи Uβ, и входного напряжения Uвх, различают положительную и отрицательную обратные связи.

В усилителях используется отрицательная обратная связь (ООС), позволяющая повысить точность измерительных усилителей.

Усилители постоянного тока (УПТ).

Это усилители, способные усиливать медленно меняющиеся во времени сигналы.

Низшая рабочая частота таких усилителей fниз = 0, высшая fвыс определяется назначением усилителя.

Усилители постоянного тока применяются для усиления как медленно меняющихся сигналов, так и слабых сигналов переменного тока (например, для усиления сигналов с датчиков (термопар, фотодатчиков, тензодатчиков и др.), в осциллографах и т.д.).

Для соединения каскадов используется непосредственная связь. Отсутствие в межкаскадных связях реактивных элементов позволяет передавать постоянную и переменную составляющие сигнала.

Из-за этого УПТ свойственно такое явление, как дрейф нуля.

Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при постоянном или нулевом сигнале на входе.

Дрейф нуля обычно оценивают изменением за единицу времени входного напряжения Uвх.др., которое вызывает эквивалентное изменение выходного напряжения:

Uвх.др. = Uвых.др./KU,

где KU - коэффициент усиления по напряжению.

Причины дрейфа нуля: изменение питающих напряжений, температуры, постепенное изменение параметров активных и пассивных элементов схем.

Основные меры уменьшения дрейфа:

- предварительный прогрев усилителя;

- стабилизация напряжения источников питания;

- использование компенсационных схем, элементов с нелинейной зависимостью параметров от температуры;

- преобразование постоянного тока в переменный и усиление переменного тока с последующим преобразованием в постоянный (МДМ).

Усилители с преобразованием напряжения (МДМ) используют, когда допустимый дрейф нуля составляет единицы микровольт:

М

У

ДМ

Uвх

Uвых

В модуляторе М медленно меняющееся входное напряжение преобразуется в амплитудно модулированное переменное, которое усиливается усилителем У переменного напряжения. Усиленное переменное напряжение поступает на демодулятор ДМ.

Дрейф нуля такого усилителя значительно меньше, чем у обычных УПТ.

В настоящее время промышленностью широко выпускаются операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении.

Операционными усилителями называют усилители постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом, отличающиеся высоким коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлениями.

Условное обозначение ОУ:

+Eп

Uвх1

Uвых

Uвх2

-Eп

В зависимости от полярности сигналов на выходе один из входов называется инвертирующим, другой - неинвертирующим.

Для ОУ типичны следующие значения параметров:

- коэффициент усиления k = 105-106;

- дрейф нуля ε = 2-3 мкВ/ºC;

- входной ток Iвх.ср. = 5-10 нА.

Принципиальная схема ОУ содержит, как правило, 1, 2 или 3 каскада усиления напряжения, причём входной каскад всегда выполнен по дифференциальной схеме.

Для повышения точности измерительных усилителей широко применяется отрицательная обратная связь.

studfiles.net

Масштабный преобразователь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Масштабный преобразователь

Cтраница 1


Масштабные преобразователи могут быть отдельными средствами измерений или входить составной частью в другие средства измерений.  [2]

Масштабные преобразователи выполняются также в виде автоматически управляемых преобразователей кода отношения в выходную величину, однородную с входной и обладающую заданной кратностью К по отношению к ней.  [3]

Масштабные преобразователи, осуществляющие только количественное изменение значений величины. К этой группе относятся делители напряжения. Поскольку электронные усилители рассматриваются в другом курсе, в данном пособии будут отмечены лишь некоторые особенности измерительных электронных усилителей и предъявляемые к ним требования.  [5]

Масштабный преобразователь - измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз.  [6]

Масштабные преобразователи предназначены для изменения значения электрической величины в заданное число раз. К ним относятся делители напряжения, аттенюаторы ( от франц.  [7]

Масштабные преобразователи могут быть отдельными средствами измерений или входить составной частью в другие средства измерений.  [9]

К пассивным масштабным преобразователям относятся рези стивные и емкостные делители напряжения, добавочные сопротивления и шунты, измерительные трансформаторы тока и напряжения.  [10]

В кодоупначляемом масштабном преобразователе необходима реализация зависимости ( Увых Um; поскольку JV1, то при UBUX - L / vxN получаем кодоуправляемый умножитель напряжения, а при вых UKX.  [12]

В качестве масштабного преобразователя используется 7 последе вательно соединенных образцовых резисторов, каждый из которы; снабжен двумя парами гнезд.  [13]

Частотный диапазон кодоуправ-ляемых масштабных преобразователей ( МП) ограничен из-за влияния паразитных емкостей резистивной матрицы и токовых ключей интегральных ЦАП. Постоянное напряжение умножают с помощью кодоуправляемого МП, выходное напряжение которого подают совместно с переменным умножаемым напряжением на широкополосный умножитель сигналов.  [14]

Это напряжение усиливается масштабным преобразователем 15 с цепями коррекции и подается в катушку / обратного преобразователя, возвращая нижнюю часть подвески в близкое к исходному положение равновесия. Fon, пропорциональное приращению массы груза, передается на коромысло и регистрируется или по его отклонениям, или второй системой автоматического уравновешивания.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Исследование масштабирующих преобразователей

Лабораторная работа №1

Тема: «Исследование масштабирующих преобразователей»

Выполнение работы

преобразователь генератор усилитель

Собрать схему инвертирующего усилителя на ОУ, содержащую ОУ , функциональный генератор и измеритель амплитудно-частотных характеристик.

Рис. 1. Схема инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 2.

Рис. 2. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 1 кГц.

Устанавливаем функциональный генератор в режим синусоидального напряжения частотой f=1 кГц и амплитудой Um =2 В. Снимаем осциллограмму входного и выходного сигналов (рис. 2). По осциллограмме видно, что коэффициент усиления схемы равен Ku = 2, а сигналы находятся в противофазе, то есть сдвиг фазы равен 180 0 , что совпадает с теоретическими величинами коэффициента усиления и сдвига фазы инвертирующего усилителя, коим и является данная схема.

Смотрим по Datasheet к данному операционному усилителю на его параметр Slew rate (скорость нарастания выходного напряжения): . Теперь определим максимальную частоту усиливаемого сигнала при заданной амплитуде выходного сигнала:

Подавая на вход усилителя гармонический сигнал частоты 20 кГц и той же амплитуды (2В) по осциллограмме выходного сигнала визуально убедимся в отсутствии искажений:

Рис. 3. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 20 кГц.

Увеличим частоту сигнала до 25 кГц и убедимся в наличии искажений, что подтверждает правильность найденной максимальной усиливаемой частоты:

Рис. 4. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 25 кГц.

Посмотрим на форму выходного сигнала при подаче на вход усилителя сигналов заданной амплитуды 2 В, и частотами:

Рис. 5. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 30 кГц.

Рис. 6. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 40 кГц.

Рис. 7. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 50 кГц.

Рис. 8. Осциллограмма входного и выходного сигналов на частоте 100 кГц.

Сделаем коэффициент усиления схемы равным 1 (рис. 9):

Рис. 9. Схема инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 1.

Теперь снимем АЧХ и ФЧХ усилителя (рис. 10 и 11):

Рис. 10. АЧХ инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 1.

Из рисунка 10 видно, что частота среза схемы равна 500 кГц.

Рис. 11. ФЧХ инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 1.

Определим выходное напряжение на схеме (рис. 12):

Рис. 12. Схема измерения выходного напряжения, обусловленного напряжением смещения и входными токами ОУ.

Выходное напряжение на схеме (рис. 12) составляет 15,9 мВ.

Далее включим между неинвертирующим входом и общим проводом резистор и опять измерим выходное напряжение (рис. 13).

Рис. 13. Включение корректирующего резистора R3 для компенсации выходного напряжения, обусловленного входными токами ОУ.

Теперь выходное напряжение составляет около 5,1 мВ. Физически это объясняется тем, что на резисторе R3, благодаря ненулевому входному току, падает некоторое напряжение, которое вычитывается из напряжения инвертирующего входа.

Рассчитаем теоретическое значение выходного напряжения в обеих схемах по формуле:


В справочниках указаны максимальные значения и . Поэтому значения этих токов, принятые в конкретной компьютерной модели измерим непосредственно программными средствами: . Напряжение смещения по справочнику для данного усилителя: , однако, виртуальные измерения показывают значение .

Теперь рассчитаем выходное напряжение схемы на рисунке 12:


Отклонение измеренного и расчетного значения составляет

Рассчитаем выходное напряжение схемы с корректирующим резистором R3 на рисунке 13:

.

Отклонение измеренного и расчетного значения составляет .

Расчетные значения выходных напряжений обеих схем, выполненные с учетом принятых в модели величин токов и напряжения смещения, отличаются от измеренных не более чем на .

Выводы по работе

Максимальная частота усиливаемого сигнала равна не спаду ослаблением сигнала на 3 дБ в виду провала АЧХ усилителя, а гораздо раньше и определяется параметром slew rate (скоростью нарастания сигнала).

Принятые в модели симулятора величины и отличаются от справочных, в которых отображены лишь максимальные и типовые значения этих величин.

С учетом принятого в симуляторе напряжения смещения и входных токов, погрешность расчета выходного напряжения, обусловленного этими величинами, не превышает 0,6%, что подтверждает правильность расчетных формул (либо корректность моделирования работы операционного усилителя программой - смотря, что принимаем за истину).

Расчетные формулы, представленные в методических указаниях к работе, содержат ошибки, в частности ошибочны формулы (1), (3), (4) и формула для максимальной частоты.


yamiki.ru

масштабный преобразователь - это... Что такое масштабный преобразователь?


масштабный преобразователь

 

масштабный преобразователь

[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

  • информационные технологии в целом

EN

  • coefficient potentiometer
  • constant multiplier unit
  • coefficient unit

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

  • масштабный множитель
  • масштабный проектор

Смотреть что такое "масштабный преобразователь" в других словарях:

  • масштабный преобразователь — mastelinis keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis matuojamojo dydžio ar jo sukurto signalo vertei pakeisti tam tikrą skaičių kartų. atitikmenys: angl. constant multiplier rus. масштабирующий… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • масштабный измерительный преобразователь напряжения (тока) — 38 масштабный измерительный преобразователь напряжения (тока): Устройство, предназначенное для пропорционального преобразования первичного напряжения (тока) во вторичное напряжение (ток) с заданным углом фазового сдвига между вторичным… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • измерительный преобразователь — (датчик), средство измерения, преобразующее измеряемую (контролируемую) физическую величину (перемещение, давление, уровень жидкости в сосуде, температуру, электрическое напряжение, силу тока, частоту, силу света и т. д.) в сигнал (обычно… …   Энциклопедия техники

  • масштабирующий преобразователь — mastelinis keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis matuojamojo dydžio ar jo sukurto signalo vertei pakeisti tam tikrą skaičių kartų. atitikmenys: angl. constant multiplier rus. масштабирующий… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Измерительный преобразователь — техническое средство с нормируемыми метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи,… …   Википедия

  • ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — средство измерений, преобразующее измеряемую физ. величину (перемещение, давление, темп ру, электрич. напряжение и т. д.) в сигнал (обычно электрический) для дальнейшей передачи, обработки или регистрации. Различают первичный И. п., к к рому… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • constant multiplier — mastelinis keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis matuojamojo dydžio ar jo sukurto signalo vertei pakeisti tam tikrą skaičių kartų. atitikmenys: angl. constant multiplier rus. масштабирующий… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • convertisseur échelonné — mastelinis keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis matuojamojo dydžio ar jo sukurto signalo vertei pakeisti tam tikrą skaičių kartų. atitikmenys: angl. constant multiplier rus. масштабирующий… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • mastelinis keitiklis — statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis matuojamojo dydžio ar jo sukurto signalo vertei pakeisti tam tikrą skaičių kartų. atitikmenys: angl. constant multiplier rus. масштабирующий преобразователь, m; масштабный… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • умножитель на константу — mastelinis keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis matuojamojo dydžio ar jo sukurto signalo vertei pakeisti tam tikrą skaičių kartų. atitikmenys: angl. constant multiplier rus. масштабирующий… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

technical_translator_dictionary.academic.ru

преобразователь масштаба времени - патент РФ 2210783

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиотехнике, электротехнике, метрологии для прецизионного измерения временных интервалов. Технический результат заключается в повышении быстродействия при стабильно высокой точности. Преобразователь масштаба времени содержит источник тока заряда (ИТЗ) (15) и источник тока разряда (16), соединенные с входом интегратора (17), снабженного на выходе компаратором (18). ИТЗ (15) снабжен запирающим входом, который соединен с выходом формирователя короткого импульса (19). 3 з.п.ф-лы, 6 ил. Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиотехнике, электротехнике, метрологии и других отраслях промышленности для прецизионного измерения временных интервалов. Преобразователи масштаба времени известны и служат для увеличения длительности коротких импульсов для последующего измерения их длительности. Известен преобразователь масштаба времени, который содержит последовательно соединенные формирователь короткого импульса (выполненный в форме триггера с раздельными входами), генератор пилообразного напряжения и преобразователь амплитуда - время [Измерения в электронике: справочник. /В.А. Кузнецов, В. А. Долгов, В.М. Коневских и др., под ред. В.А.Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 512 с., с. 344]. Его схема показана на фиг.1, где 1 - формирователь короткого импульса, 2 - генератор пилообразного напряжения, 3 - преобразователь амплитуда - время. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает в виде импульсов "старт" и "стоп" на формирователь короткого импульса, формируя начало и конец короткого импульса, длительность X которого подлежит измерению. Импульсы триггера запускают генератор пилообразного напряжения, и он формирует пилообразный сигнал UП, амплитуда которого на выходе линейно возрастает и к моменту окончания короткого импульса она пропорциональна его длительности X. Этот пилообразный сигнал UП поступает на преобразователь амплитуда - время, который формирует прямоугольный растянутый импульс, длительность которого Т=kX в k раз превышает длительность короткого импульса X. Недостаток описанного преобразователя масштаба времени - низкая точность. Это связано с влиянием параметров его элементов на значение коэффициента преобразования масштаба времени. Так, скорость нарастания пилообразного сигнала определяется элементами пилообразного генератора напряжения. Эта скорость нарастания задает коэффициент преобразования длительности в амплитуду. С другой стороны, коэффициент преобразования преобразователя амплитуда - время определяется элементами этого преобразователя. Поскольку эти элементы различны, то их изменения независимы, и для высокой стабильности общего коэффициента преобразования необходима высокая стабильность каждого из указанных коэффициентов. Наиболее близким аналогом предлагаемого является преобразователь масштаба времени напряжениевремя-->время [Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АПЦ: функционирование, параметры, применение. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.229-249]. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет последовательность преобразований:
напряжениевремя-->заряд-->время-->код. Преобразователь напряжениевремя-->время является частью АЦП и служит для измерения величины входного напряжения, но также он может использоваться для измерения неизвестной длительности импульса заданной амплитуды. Этот преобразователь изображен на фиг.2, он содержит последовательно связанные порт приема напряжения заряда 4, коммутатор 5, интегратор 6, компаратор 7 и измеритель длительности 8, а также формирователь короткого импульса 9, ключ 10, схему автокомпенсации 11 и источник напряжения разряда 12, причем этот источник подключен ко второму входу коммутатора 5, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя короткого импульса 9, ключ 10 соединяет выход компаратора 7 с его вторым входом и со вторым входом интегратора, а также с выходом схемы автокомпенсации, вход которой соединен с выходом интегратора 6. При работе преобразователя чередуются три цикла работы, так называемые: "интегрирование", "разряд интегратора" и "автокомпенсация". Для этого формирователь короткого импульса 9 управляет коммутатором 5, который поочередно подключает к входу интегратора 6 выходные сигналы от порта приема напряжения заряда 4 и от источника напряжения разряда 12. Выходной сигнал интегратора 6 пропорционален интегралу по времени от его входного сигнала. Для этого интегратор содержит интегрирующий конденсатор. В цикле "интегрирование" ключ 10 открыт и блокирует компаратор 7, а входное напряжение через порт приема напряжения заряда 4 и через коммутатор 5 поступает на интегратор 6, заряжая его конденсатор на величину, зависящую от произведения длительности заряда на напряжение заряда. В цикле "разряд интегратора" напряжение с выхода источника напряжения разряда 12 поступает через коммутатор 5 на вход интегратора 6 и разряжает его конденсатор с постоянным током разряда. Одновременно размыкается ключ 10 и компаратор 7 формирует начало растянутого импульса. Время разряда конденсатора интегратора 6 пропорционально накопленному заряду, а в момент его полного разряда напряжение на выходе интегратора 6 становится равным нулю. В этот момент компаратор 7 формирует конец растянутого импульса. Длительность этого растянутого импульса увеличена в сравнении с длительностью короткого импульса в заданное число раз, равное отношению напряжения заряда и напряжения разряда. Эта длительность измеряется измерителем длительности 8. В цикле "автокомпенсация" схема автокомпенсации измеряет и запоминает напряжение смещения нуля интегратора. Этот цикл начинается после разряда интегрирующего конденсатора интегратора и до начала нового короткого импульса, то есть между циклами "разряд интегратора" и "интегрирование". Интегратор выполнен на операционном усилителе и содержит интегрирующий конденсатор. Схема автокомпенсации 11 нуля представляет собой конденсатор в специальном включении. Измеритель длительности 8 содержит образцовый генератор 13 и счетчик 14, причем тактовый вход счетчика соединен с выходом образцового генератора, а селекторный вход этого счетчика соединен с выходом компаратора. Формирователь короткого импульса 9 выполнен в виде счетчика, вход которого соединен с выходом образцового генератора, но может быть выполнен и так же, как в предыдущем устройстве. В первом случае длительность короткого импульса постоянна, и устройство используется для определения напряжения заряда, во втором случае устройство может использоваться для определения длительности короткого импульса, и тогда напряжение заряда необходимо делать постоянным. Достоинством описанного преобразователя по сравнению с вышеописанным является использование одного и того же конденсатора для преобразования напряжениевремя-->заряд и для преобразования заряд-->время. В этом случае нестабильность емкости этого конденсатора несущественно влияет на стабильность коэффициента преобразования масштаба времени. Недостатком этого устройства является малое быстродействие. Это вызвано необходимостью применения не менее двух электронных ключей, входящих в состав коммутатора 5, а также ключа, блокирующего компаратор 7 в цикле "интегрирование". Эти элементы не могут быть выполнены достаточно быстродействующими, поэтому вся схема имеет малое быстродействие либо с увеличением быстродействия теряет точность. Задача, на решение которой направлено изобретение, является создание преобразователя масштаба времени с более высоким быстродействием при стабильной точности. Поставленная задача решается тем, что предлагается преобразователь масштаба времени, содержащий источник тока заряда, источник тока разряда, интегратор, компаратор и формирователь короткого импульса, причем источник тока заряда и источник тока разряда соединяются с входом интегратора, источник тока заряда снабжен запирающим входом, который соединяется с выходом формирователя короткого импульса. По сравнению с прототипом в предлагаемом преобразователе отсутствуют коммутатор и ключ, а источник напряжения разряда и порт приема напряжения заряда заменены на источник тока заряда и источник тока разряда. Схема устройства показана на фиг.3, где 15 - источник тока заряда, 16 - источник тока разряда, 17 - интегратор, 18 - компаратор, 19 - формирователь короткого импульса. На фиг.4 показаны эпюры напряжений и токов в этом устройстве, где IЗ - ток заряда, UИ - напряжение на интеграторе, IP - ток разряда, (X) - длительность короткого импульса, (MX) - длительность растянутого импульса. Устройство работает следующим образом. Источник тока разряда 16 всегда открыт и формирует ток IР. Источник тока заряда 15 может запираться, а когда он открыт, его ток IЗ в заданное число раз М+1 превышает ток IР от источника тока разряда IЗ=IР(М+1), где М - желаемый коэффициент растяжки. Диаграммы сигналов приведены на фиг.4. В исходном состоянии источник тока заряда 15 заперт, источник тока разряда 16 открыт, конденсатор интегратора 17 полностью разряжен от источника тока разряда. При разряженном конденсаторе интегратора 17 ток разряда прекращается. Формирователь короткого импульса 19 формирует из входного сигнала этот короткий импульс, длительность X которого подлежит измерению. Этот импульс открывает источник тока заряда 15, который быстро заряжает конденсатор интегратора 17 до напряжения, пропорционального длительности этого короткого импульса X. Эффективный ток заряда IЭЗ равен разности тока IЗ от источника тока заряда и тока IР от источника тока разряда 16: IЭЗ=IЗ-IР= МIР. По окончании короткого импульса источник тока заряда 15 запирается, источник тока разряда 16 начинает разряжать конденсатор интегратора током IР. Таким образом, ток разряда в М раз меньше тока заряда, а поскольку разряжается и заряжается один и тот же конденсатор интегратора 17, то, независимо от его емкости, время разряда в М раз больше времени заряда. Устранение зависимости коэффициента растяжки М от емкости конденсатора позволяет сохранить высокую точность, а поскольку источник тока разряда 16 не отключается, то на быстродействие устройства влияет только быстродействие запирания источника тока заряда 15, которое может быть получено достаточно большим. Отсутствие ключа, блокирующего компаратор в цикле "интегрирование", приводит к тому, что растянутый импульс начинается не в момент окончания короткого импульса, а в момент его начала, что приводит всего лишь к тому, что коэффициент растяжки увеличивается на единицу (к длительности растянутого импульса прибавляется длительность нерастянутого импульса), что легко учесть, зная это. Схема автокомпенсации не требуется, поскольку проблема калибровки легко решается периодическим измерением длительностей некоторых эталонных сигналов. Таким образом, преобразователь масштаба времени имеет большее быстродействие при сохранении высокой точности измерений. Точность преобразователя дополнительно может быть повышена, если источник тока заряда выполнить в виде последовательно соединенных второго источника тока разряда и токового зеркала. Входы питания источников тока разряда объединены. Схема устройства показана на фиг. 5, где 15 - источник тока заряда, 16 - источник тока разряда, 17 - интегратор, 18 - компаратор, 19 - формирователь короткого импульса, 20 - второй источник тока разряда, 21 - токовое зеркало, UО - напряжение отрицательного питания, С - конденсатор интегратора, IЗ - ток заряда, IP - ток разряда, IР2 - ток разряда от второго источника тока разряда, вход формирователя является входом устройства, а выход компаратора - выходом устройства. Это решение позволяет снизить зависимость коэффициента преобразования от напряжения питания. Изменение питающего напряжения UO вызовет пропорциональное изменение тока IP и тока IP2 от источников тока разряда 16 и 20. Поскольку ток заряда IЗ токового зеркала 21 пропорционален току второго источника тока разряда, он также изменится пропорционально этому изменению напряжения питания. Относительные изменения тока заряда IЗ и тока разряда IP будут одинаковыми, и соотношение между ними не изменится. Таким образом, точность преобразователя повысится за счет снижения влияния источника питания. Дополнительно можно понизить потребляемую мощность устройства, если коэффициент передачи токового зеркала сделать много большим единицы. Поскольку ток от источника тока разряда должен быть существенно больше тока от первого источника тока разряда, при единичном коэффициенте передачи токового зеркала ток второго источника тока разряда должен быть в М раз больше, а если коэффициент передачи существенно больше, то этот ток может быть уменьшен. На фиг. 1 приведена схема известного преобразователя масштаба времени - аналога заявляемого устройства, где 1 - формирователь короткого импульса, 2 - генератор пилообразного напряжения, 3 - преобразователь амплитуда - время. На фиг. 2 приведена схема известного преобразователя масштаба времени, принятого за прототип, где 4 - порт приема напряжения заряда, 5 - коммутатор, 6 - интегратор, 7 - компаратор, 8 - измеритель длительности, 9 - формирователь короткого импульса, 10 - ключ, 11 - схема автокомпенсации, 12 - источник напряжения разряда. На фиг.3 приведена схема заявляемого устройства, где 15 - источник тока заряда, 16 - источник тока разряда, 17 - интегратор, 18 - компаратор, 19 - формирователь короткого импульса. На фиг. 4 показаны эпюры напряжений и токов заявляемого устройства, где IЗ - ток заряда, UИ - напряжение на интеграторе, IP - ток разряда, (X) - длительность короткого импульса, (MX) - длительность растянутого импульса. на фиг.5 приведена схема дополнительно улучшенного устройства, где 15 - источник тока заряда, 16 - источник тока разряда, 17 - интегратор, 18 - компаратор, 19 - формирователь короткого импульса, 20 - второй источник тока разряда, 21 - токовое зеркало, UО - напряжение отрицательного питания, С - конденсатор интегратора, IЗ - ток заряда, IP - ток разряда, IР2 - ток разряда от второго источника тока разряда, вход формирователя является входом устройства, а выход компаратора - выходом устройства. на фиг.6 приведена схема предпочтительного варианта заявляемого устройства, где 16 - источник тока разряда, 17 - интегратор, 18 - компаратор, 19 - формирователь короткого импульса, 20 - второй источник тока разряда, 21 - токовое зеркало, М1, М2 - инверторы с открытыми коллекторными выходами, М3 - микросхема "компаратор", VT1-VT3 - транзисторы, R1-R5 - резисторы, С1, С2 - конденсаторы, UП и UО - напряжения положительного и отрицательного питания. Предлагаемый преобразователь масштаба времени может быть выполнен следующим образом. В качестве интегратора может быть использован обычный конденсатор, один вывод которого соединен с шиной 0 В. Компаратор может быть выполнен, например, на микросхеме К554СА4. Входы компаратора соединены с выводами интегратора, выход компаратора является выходом устройства. Формирователь короткого импульса может быть выполнен на логическом элементе ТТЛ-серии с открытым коллектором, например на микросхеме КР1531ЛА13 (элементы M1 и М2). Выход этого формирователя соединяется с источником тока заряда через сопротивление R1. Для увеличения выходного тока рекомендуется применить два параллельно включенных элемента (инвертора), входы и выходы которых объединены и являются соответственно входом и выходом формирователя короткого импульса. В этом случае входной сигнал представляет собой ТТЛ-совместимый короткий сигнал низкого уровня или нулевой потенциал на время, которое подлежит измерению. Источник тока разряда может быть выполнен на основе транзистора n-р-n проводимости VT3 (например, КТ3102Г). Коллектор этого транзистора является выходом источника тока заряда, база соединена с нулевой шиной, а эмиттер соединен через резисторы R5 с источником отрицательного напряжения -UО. Второй источник тока разряда может быть выполнен на основе транзистора n-р-n проводимости VT1 (например, КТ3102Г). Коллектор этого транзистора является выходом источника тока заряда, база соединена с нулевой шиной, а эмиттер соединен через резисторы R3 с источником отрицательного напряжения -UО. Токовое зеркало источника тока заряда может быть выполнено на основе транзистора VT2 (р-n-р проводимости, например, КТ3107Г). Коллектор транзистора VT2 является его выходом и выходом источника тока заряда, а база и эмиттер соединены через резисторы R2 и R4 соответственно с источником положительного напряжения +UП (+9 B), параллельно сопротивлению R2 включен конденсатор С2. Запирающим входом источника тока заряда является вывод резистора R1 (50 Ом), второй вывод которого соединен с эмиттером транзистора VT2. База транзистора VT2 соединена с выходом второго источника тока разряда. Предпочтительный вариант принципиальной схемы узла приведен на фиг.6, где 16 - источник тока разряда, 17 - интегратор, 18 - компаратор, 19 - формирователь короткого импульса, 20 - второй источник тока разряда, 21 - токовое зеркало, М1, М2 - инверторы с открытыми коллекторными выходами, М3 - микросхема "компаратор", VT1-VT3 - транзисторы, R1-R5 - резисторы, С1, С2 - конденсаторы, UП и UО - напряжения положительного и отрицательного питания. Конденсатор С2 в исходном состоянии разряжен до напряжения около -0,7 В отрицательным током IP от источника тока разряда на транзисторе VT3 (направление тока показано стрелкой). Источник тока на транзисторе VT1 задает ток IP2, который пропорционален току IP, причем коэффициент пропорциональности равен отношению величин сопротивлений R5 (100 кОм) и R3 (10 кОм):

Токовое зеркало на основе транзистора VT2 и резисторов R2 и R4 в исходном состоянии закрыто, поскольку ток, протекающий через резисторы R4 и R1, смещает потенциал эмиттера транзистора VT2 ниже потенциала его базы. В открытом состоянии это токовое зеркало "усиливает ток", то есть формирует ток IЗ, который пропорционален току IP2, с коэффициентом, равным отношению сопротивлений резисторов R2 (2,5 кОм) и R3 (50 Ом):
. С приходом импульса низкого уровня на элементы M1 и М2 (логические инверторы с открытым коллектором, сдвоенное включение увеличивает ток) выходные транзисторные каскады этого элемента запираются, ток через резистор R1 перестает течь, потенциал на эмиттере транзистора VT2 резко возрастает, источник положительного тока заряда на транзисторах VT1 и VT2 открывается. Поскольку этот источник формирует ток заряда IЗ, многократно превышающий ток источника отрицательного тока разряда на VT3, конденсатор С2 быстро заряжается, причем величина заряда пропорциональна длительности импульса. По окончании импульса источник положительного тока заряда отключается (транзистор VT2 запирается), происходит разряд конденсатора С2 через транзистор VT3. Время разряда пропорционально накопленному заряду, то есть пропорционально длительности входного импульса, которая у выходного импульса увеличена в 500 раз (задается соотношением резисторов R4 и R5). Момент окончания импульса отмечается компаратором М3. Ток заряда пропорционален току разряда, что видно из объединения двух последних соотношений:

Здесь М+1 - коэффициент, определенный выше. Величина напряжения U на заряженном конденсаторе С2 пропорциональна току заряда и длительности короткого импульса X и обратно пропорциональна емкости этого конденсатора:

Время Т разряда конденсатора С2 пропорционально величине U и емкости этого конденсатора и обратно пропорционально току разряда:

Как видно из этого соотношения, коэффициент преобразования не зависит в конечном счете ни от величины емкости конденсатора С2, ни от значений тока IЗ и IР. Это дает существенное повышение стабильности указанного коэффициента, что в итоге повышает точность измерений.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Преобразователь масштаба времени, включающий формирователь короткого импульса и интегратор, снабженный на выходе компаратором, отличающийся тем, что он содержит источник тока заряда и источник тока разряда, каждый из которых соединен с входом интегратора, причем упомянутый источник тока заряда снабжен запирающим входом, который соединен с выходом формирователя короткого импульса. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что интегратор выполнен в форме конденсатора. 3. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что источник тока заряда выполнен в форме последовательно соединенных второго источника тока разряда и токового зеркала, причем входы питания обоих источников тока разряда объединены. 4. Преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что значение коэффициента передачи токового зеркала больше единицы.

www.freepatent.ru

преобразователь масштаба — с английского на русский

  • преобразователь масштаба времени — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN time scaler …   Справочник технического переводчика

  • ГОСТ 28441-99: Картография цифровая. Термины и определения — Терминология ГОСТ 28441 99: Картография цифровая. Термины и определения оригинал документа: 5 (цифровое) картографическое обеспечение: Комплекс мероприятий, направленных на создание, хранение цифровой картографической продукции и выдачу ее… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Основные — 1.    Основные положения системы сельской телефонной связи. М., ЦНИИС, 1974. 145 с. Источник: Руководство: Руководство по проектированию сети электросвязи в сельской местности 16. Основные положения по учету труда и заработной платы в… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Российская Советская Федеративная Социалистическая Республика —         РСФСР.          I. Общие сведения РСФСР образована 25 октября (7 ноября) 1917. Граничит на С. З. с Норвегией и Финляндией, на З. с Польшей, на Ю. В. с Китаем, МНР и КНДР, а также с союзными республиками, входящими в состав СССР: на З. с… …   Большая советская энциклопедия

  • 1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Пушкин, Александр Сергеевич — — родился 26 мая 1799 г. в Москве, на Немецкой улице в доме Скворцова; умер 29 января 1837 г. в Петербурге. Со стороны отца Пушкин принадлежал к старинному дворянскому роду, происходившему, по сказанию родословных, от выходца "из… …   Большая биографическая энциклопедия

  • Импульсная техника — I Импульсная техника         область техники, исследующая, разрабатывающая и применяющая методы и технические средства генерирования (формирования), преобразования и измерения электрических импульсов (см. Импульс электрический). В И. т. также… …   Большая советская энциклопедия

  • Реография — I Реография (греч. rheos течение, поток + graphō писать, изображать; синоним: импедансная плетизмография, реоплетизмография) метод исследования функции сердца и кровоснабжения органов путем регистрации колебаний импеданса, т.е. полного… …   Медицинская энциклопедия

  • Эхокардиография — I Эхокардиография (греч. ēchō отголосок, эхо + kardia сердце + graphō писать, изображать: синоним ультразвуковая кардиография) метод исследования и диагностики нарушений морфологии и механической деятельности сердца, основанный на регистрации… …   Медицинская энциклопедия

  • Пушкин А. С. — Пушкин А. С. Пушкин. Пушкин в истории русской литературы. Пушкиноведение. Библиография. ПУШКИН Александр Сергеевич (1799 1837) величайший русский поэт. Р. 6 июня (по ст. стилю 26 мая) 1799. Семья П. происходила из постепенно обедневшего старого… …   Литературная энциклопедия

  • Стабилитрон — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилитрон (значения) …   Википедия

  • translate.academic.ru

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *