способ преобразования переменного напряжения в постоянное
Классы МПК: | G01R19/00 Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления |
Автор(ы): | Кандыбин Владимир Васильевич[BY], Барченко Григорий Васильевич[BY], Ворсин Александр Николаевич[BY] |
Патентообладатель(и): | Минский радиотехнический институт (BY) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-11-26 публикация патента:
15.12.1994 |
Использование: в электроизмерительной технике, может быть применено для преобразования и измерения напряжения в различных радиотехнических устройствах, например в многофункциональных вольтмерах. Сущность: способ преобразования переменного напряжения в постоянное заключается в получении порогового напряжения в результате сравнения входного напряжения и сложении с эталонным напряжением с дальнейшим сравнением полученного порогового напряжения с входным напряжением, формировании постоянного напряжения логической единицы в течение времени, когда входное напряжение больше порогового напряжения и напряжения логического нуля в течение времени, когда входное напряжение меньше порогового, с фильтрацией постоянной составляющей, что позволяет устранить влияние задержки сформированного в результате сравнения сигнала относительно входного на результат преобразования, чем значительно расширяется частотный диапазон входных напряжений. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, заключающийся в сравнении входного переменного напряжения с пороговым напряжением с последующим формированием постоянного напряжения логической единицы в течение времени, когда входное напряжение больше порогового напряжения, и формированием постоянного напряжения логического нуля в течение времени, когда входное напряжение меньше порогового напряжения, и фильтрации постоянной составляющей, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона входных напряжений, формирование постоянного напряжения производится путем получения порогового напряжения в результате сравнения входного напряжения и сложения с эталонным напряжением с дальнейшим сравнением полученного порогового напряжения с входным напряжением, причем пороговое напряжение Uп при изменении входного напряжения устанавливается так, чтобы обеспечить следующее соотношение:= Uэ,
где U1 - постоянное напряжение логической единицы в течение времени U(t) > Uп;
Uэ - эталонное напряжение;
Tи - длительность сформированного импульса;
T - период входного напряжения.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования и измерения напряжения в различных радиотехнических устройствах, например в многофункциональных вольтметрах. Известен способ [1] линейного преобразования переменного напряжения в постоянное путем демодулирования, когда преобразуемое напряжение, одновременно с непосредственной его подачей на демодулятор, усиливают, ограничивают по амплитуде и подают на демодулятор в качестве опорного. Недостатком способа является погрешность преобразования, обусловленная задержкой опорного напряжения относительно преобразуемого. Известен способ [2] преобразования переменного напряжения в постоянное, основанный на формировании импульсов, амплитуда которых определяется переменным входным напряжением в течение времени, когда последнее больше нуля, и инвертированным входным переменным напряжением в течение времени, когда последнее больше нуля, и на последующей фильтрации постоянной составляющей сформированных импульсов. Основной недостаток метода обусловлен задержкой или опережением управляющего сигнала, который определяет длительность сформированных импульсов относительно измеряемого напряжения, что приводит к увеличению погрешности преобразования при возрастании частоты входного напряжения. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ преобразования переменного напряжения в постоянное, заключающийся в сравнении входного переменного напряжения с пороговым напряжением путем формирования постоянного напряжения логической единицы в течение времени, когда входное напряжение больше порогового, и постоянного напряжения логического нуля в течение времени, когда входное напряжение меньше порогового, в перемножении сформированного напряжения, полученного в результате сравнения, с входным и последующей фильтрацией постоянной составляющей произведения напряжений, причем пороговое напряжение равно нулю, а напряжение единицы равно напряжению нуля со знаком минус. Недостатком данного способа является ограниченный частотный диапазон преобразования переменного напряжения, обусловленный задержкой сигнала, сформированного в результате сравнения, относительно входного переменного напряжения. Цель изобретения - расширение частотного диапазона входных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в дополнение к способу преобразования переменного напряжения в постоянное, заключающемуся в сравнении входного переменного напряжения с пороговым напряжением путем формирования постоянного напряжения логической единицы в течение времени, когда входное напряжение больше порогового, и постоянного напряжения логического нуля в течение времени, когда входное напряжение меньше порогового, и фильтрации постоянной составляющей, производится фильтрация постоянной составляющей напряжения, сформированного в результате сравнения, вычитание эталонного напряжения, усиление разностного напряжения и сравнение усиленного напряжения, являющегося пороговым, с входным переменным напряжением, причем пороговое напряжение представляет собой выходное напряжение. Осуществление фильтрации постоянной составляющей напряжения, полученного в результате сравнения, вычитание эталонного напряжения, усиление разностного напряжения и сравнение усиленного напряжения, являющегося пороговым, с входным переменным напряжением, причем пороговое напряжение представляет собой выходное напряжение, позволило устранить влияние задержки сигнала, сформированного в результате сравнения, относительно входного переменного напряжения на результат преобразования, чем достигается расширение частотного диапазона входных напряжений в области высоких частот. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая сущность способа преобразования переменного напряжения в постоянное. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что с помощью следящей обратной связи поддерживается равенство с заданным коэффициентом пропорциональности сравниваемых входного переменного напряжения и выходного постоянного напряжения. Проанализируем математически предлагаемый способ преобразования переменного напряжения в постоянное при воздействии синусоидального напряженияU(t) = UmSin t , (1) где Um - амплитуда;
Т - период синусоидального напряжения. В результате сравнения формируется напряжение логической единицы U1в течение времени, когда
U(t) Uп где Uп - пороговое напряжение, напряжение логического нуля Uо в течение времени, когда
U(t) < Uп. В результате сравнения входного напряжения U(t) с пороговым формируется напряжение в виде импульсной последовательности U1(t) (фиг.2). При фильтрации постоянной составляющей сформированного напряжения U1(t) выделяется постоянное напряжение
U = , (2) где временной интервал t1 определяется из равенства
UmSin t1 = Un . (3)
После преобразования выражения (3) получим:
t1 = arcSin . (4)
Согласно алгоритму преобразования переменного напряжения в постоянное усиленная разность постоянной составляющей напряжения, полученного в результате сравнения и эталонного, равна пороговому напряжению
(U - Uэ) К = Uп (5) где Uэ - эталонное напряжение,
К - коэффициент усиления. При K _
U - Uэ = 0 (6)
После подстановки выражения (2) с учетом выражения (3) в равенство (6), получим
- - Uэ = 0 , (7) откуда
arcSin = . (8)
Представив эталонное напряжение в виде
Uэ = + U , (9) получим
arcSin = - , (10) или
= Sin . (11)
Учитывая, что пороговое напряжение является выходным, то есть Uп=Uвых, получим
Uвых = UmSin . (12)
Из полученного выражения видно, что при выборе U из условия
_ < U < , (13) за исключением U = 0, когда Uвых = 0 выходное напряжение в результате преобразования переменного напряжения в постоянное по предложенному способу пропорционально входному переменному напряжению. Устройство для осуществления предложенного метода, структурная схема которого приведена на фиг.1, содержит компаратор 1, суммирующе-интегрирующий усилитель 2 и источник 3 эталонного напряжения. Первый вход суммирующе-интегрирующего усилителя 2 подключен к выходу компаратора 1, второй вход - к источнику 3 эталонного напряжения, а выход - к первому входу компаратора 1, второй вход которого является входом устройства. Причем полярность сигнала на выходе компаратора 1 и источника 3 эталонного напряжения противоположного знака. Реализация блоков структурной схемы (фиг.1) устройства может быть осуществлена в виде [4]. Устройство работает следующим образом. Следящая обратная связь осуществляемая посредством суммирующе-интегрирующего усилителя 2, поддерживает среднее значение напряжения на выходе компаратора 1 равным напряжению на выходе источника 3 эталонного напряжения. Таким образом обеспечивается равенство входного переменного напряжения и постоянного выходного напряжения с определенным, зависимым от величины эталонного напряжения, коэффициентом пропорциональности. Дополнительным преимуществом предлагаемого способа преобразования является то, что можно осуществить преобразование переменного напряжения в постоянное по уровню амплитудного значения сигнала любой формы. Выражение (12) справедливо для любого сигнала, и при изменении его формы изменяется соответственно только коэффициент пропорциональности. При
U = - , Uэ= Uо выходное напряжение после преобразования равно максимальному значению положительной полуволны, а при
U = , Uэ = U1 минимальному значению отрицательной полуволны напряжения любой формы. Использование предлагаемого способа преобразования переменного напряжения в постоянное позволяет исключить влияние задержки сигнала, получаемого в результате операции сравнения, относительно входного, что позволяет расширить частотный диапазон входных напряжений в области верхних частот. Кроме того, использование данного способа позволяет повысить точность преобразования за счет сведения к минимуму операций, производимых с входным сигналом. Осуществляется одна операция: сравнение. Предложенный способ преобразования переменного напряжения в постоянное может быть использован для выделения огибающей амплитудно-модулированного сигнала выбором соответствующей постоянной времени фильтра, выделяющего постоянную составляющую сигнала, сформированного в результате сравнения, а также для стабилизации амплитуды напряжения в генераторах стандартных сигналов.
Класс G01R19/00 Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления