203008. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektromos jel átalakítására arányos frekvenciájú jellé, és kapcsolási elrendezés az eljárás foganatosítására
1 HU 203008 B 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés elektromos jel átalakítására az elektromos jellel arányos frekvenciájú jellé. Ilyen átalakításra elsősorban mérési feladatoknál lehet szükség, például töltésszámlálókban, a villamos teljesítménnyel, azaz az áram és a feszültség szorzatával arányos jellel arányos frekvenciájú impulzussorozat előállításához. Ilyen célra alkalmas berendezés és működési módja ismerhető meg a 41 24 821 számú US szabadalmi leírásból. Az ott közölt megoldás szerint nullfeszültség (.offset ’-feszültség) kiküszöbölésére a periodikus polaritásváltoztatás elvét alkalmazzák. A nullfeszültség rendszerint bemeneti jel kompenzálhatatlan idő- vagy hőmérsékletfüggő részeként közvetlenül a mérés pontosságát hátrányosan befolyásoló linearitáshibaként jelentkezik. A periodikus polaritásváltoztatás elve szerint mind az átalakítandó jel, mind pedig a jelátalakításra szolgáló kapcsolás átviteli irányának polaritása periodikusan és egyidejűleg változik, igy az átalakítandó jel két előjelváltozása kölcsönösen kiegyenlíti egymást. A nullfeszültség azonban az átkapcsolási jel félperiódusaiként váltakozva a jelhez hozzáadódik vagy abból kivonódik, igy a nullfeszültséget az átkapcsolási jel periódusának egész számú többszörösén keresztül integrálva nulla adódik, feltéve, hogy az átkapcsolósi jel két félperiódusának tartama megegyezik. Mivel a polaritásváltás pillanatában az integráló kondenzátorban tárolt maradéktöltés értéke rendszerint nullától különböző, a maradéktöltés a polaritásváltás után ellentétes polaritással hat és a mérési eredmény meghamisításához vezet. Hosszabb mérési időt tekintve ez az eltérés nem befolyásolja feltétlenül negativ módon az impulzusfrekvencia közepes értékét, mindenképpen azonban pillanatnyi ingadozásokat, azaz az impulzusfrekvencia modulációját eredményezi. Ennek kiküszöbölése céljából az ismert megoldás szerint a polaritásváltás pillanatában komparátor kimenőjelével szinkronizálnak, amely a kondenzátorfeszültséget felügyeli, így a polaritásváltás mindig a kondenzátorfeszültség nullátmeneténél következik be, vagyis abban a pillanatban, amikor a kondenzátor maradéktöltése éppen nulla. Ez a megoldás azt eredményezi, hogy az étkapcsolási jel két félperiódusa nem minden esetben egyezik meg, ami a berendezés kimenófrekvenciájának rendszertelen modulációját eredményezi, ami viszont a berendezés hitelesítését jelentősen megnehezíti és rendkívül időigényessé teszi. A találmánnyal célunk a fenti ismert eljárás hiányosságainak kiküszöbölése, azaz az átkapcsolási jel nem egyenlő hosszúságú félperiódusai következtében fellépő kimenőfrekvencia-modulóció és a polaritásváltás pillanatában meglévő kondenzátor-maradéktöltés által okozott kimenófrekvencia-moduláció mérsékelése, illetőleg kiküszöbölése, és ezáltal a berendezés - a kapcsolási elrendezés - hitelesítésének illetve kalibrálásának pontosítása és gyorsítása. 5 A kitűzött feladat megoldására olyan eljárást dolgoztunk ki, amelynek során az átalakítandó elektromos jel polaritását periodikusan változtatjuk, a periodikusan változtatott polaritásé elektromos jelet kondenzátor- 10 ral integráljuk, az igy kapott integrált jelet konstans referenciaáram be- illetve kikapcsolásának vezérlése céljából előre meghatározott küszöbértékkel folyamatosan összehasonlítjuk, ily módon négyszögletes kimenöim- 15 pulzusokat állítunk elő, miközben a konstans referenciaáram az integrátor kondenzátorát az integrált jel küszöbértékéhez viszonyított értékétől függően konstans töltésmennyiséggel kisüti, illetve tölti, ahol a találmány sze- 20 rint az integrálást megelőzően a periodikusan változtatott polaritásé elektromos jellel arányos jelet konstans referenciajellel Összegzőnk, amely konstans referenciajel értéke a referenciaáram felének felel meg, majd a ka- 25 pott összegjellel arányos áramot képezünk, amelynek polaritását az átalakítandó elektromos jel periodikus polaritásváltoztatásával szinkronban változtatjuk, majd az így előállított perodikusan változó polaritásé jelet in- 30 tegráljuk, és a kapott négyszögletes impulzusok frekvenciájából kivonjuk a konstans referenciajel értékének megfelelő konstans referenciafrekvenciát. Az eljárás foganatosítására alkalmas ta- 35 lálmány szerinti kapcsolási elrendezésnek első polaritásváltó kapcsolóegysége, annak kimenetére csatlakozó, feszültség/árara átalakítóval és kondenzátorral megvalósított integrátora, az integrátor kimenetére csatlakozó 40 komparátora, annak kimenetére csatlakozó flip-flopja, a flip-floppal vezérelt étkapcsolója, az étkapcsolóra csatlakozó konstans áramgenerátora, az első polaritásváltó kapcsolóegység vezérlöbemenetére csatlakozó pe- 45 riodikus vezérlőjel előállító egysége, valamint referenciajel-forrása van, ahol a találmány szerint a referenciajel-forrás az integrátor bemeneti oldalára csatlakozik, 50 - az integrátor feszültség/áram-átalakitója és kondenzátora közé egy második polaritésváltó kapcsolóegység van beépítve, amellyel ugyancsak a periodikus vezérlőjel előállító egység van vezérlő jel- 55 kapcsolatban, és a kapcsolási elrendezés .kimeneti egysége a konstans referenciafrekvencia kivonására szolgáló frekvenciakülönbség-képzó áramkör, amely elöre/hátra- 60 -számlálóval van megvalósítva, és egyik bemenetére a flip-flop kimenete, a másik bemenetére a referenciafrekvencia van kötve. A találmányt részletesebben a rajz alap- 65 ján ismertetjük. A rajzon az 3
