Преобразователь знакопеременного напряжения в частоту

Я 2574 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Сосна 1 истнческих(22) Заявлено 11,11.74 (21) 2075878/26-21 03 1 СОЕДИНЕН:, СМ ЗЯЯВ Кс 23) Гасударственные конижет Совета Министров ССОР орите(3) УД 1 х 681 325(088 ано 30.04.76, Бюллетень Опубли Дата оп о делац изобретений и открьтий, ликования оп 1 сания 16.06.76(72) Авторы изобретения А, Иванов, А. У, Ялышеь, Л, Н. Гри-орьсв и 3. А. Фурто ециальное конструкторское бюро систем промышленно"автоматики(71) Заявитель 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь 3 НА КОП ЕРЕМЕ Н НОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ Изобретение относится к преобразователям знакопеременного напряжения в частоту с выходом пилообразных импульсов и с выходом (или двумя выходами) прямоугольных импульсов, в которых длительность прямоуголь ных импульсов не зависит от величины входного напряжения и пренебрежимо мала по сравнению с длительностью пилообразных импульсов, а полярность как пилообразных, так и треугольных импульсов определяется поляр О ностью входного напряжения. Эти преобразоВатели предназначены преимушественно для аналого-цифровых (гибридных) интеграторов, содержащих реверсивный счетчик импульсов с дешифратором и выходной сумма тор, к которому подключены как выход дешифратора, так и выход пилообразных импульсов преобразователя, особенно для тех интеграторов, в которых реверсивный счетчик с дешифратором выполнен в виде многоустой чивого элемента с применением интегратора Миллера.Известен преобразователь знакопеременного напряжения в частоту, содержащий интегратор, выход которого подключен к первым 25 входам двух компараторов, выполненных на операионных усилителях, вторые входы которых соединены соответственпо с источниками положительного и отрш(ательпого опорногоапрякения, 2 выходы через резисторы со;1 сдинены с управляющими входами соотвстстгующих ключей.Предлокенпос устройство от известного отли 1 ается тем, что, с целью упрощения устройства, между выходамп компараторов включеч последоватслыый рсзистпвный делитель, средняя точка которого через нел)п;ейную электрическую цепь с двусторонней относительно нуля напряжения зоной нечувствительности, наримеО двуханодный стабилитрон, под- КЛ 101 СНЯ К ВХОДУ ИНТЕГРЯТОР 2, Я ВТОРЫС ВХО- ды компараторов церез указанные клочи соедисн ы с нулевой шиной.Г 12 чертеже изображена электрисскяя схе прсдлаГясмОГО преоорязоватсля знякОпсрсмсного напряженя в частоту.Прсоор 2 зОВатсль содержит Входную клем. му 1, резистор 2, интегратор 3, компараторы 4 и 5, источник положительного опорного няПРЯЖЕНИ 51 О, ИСТОЦНК ОТРИЦЯТЕЛЬНОГО ОПОРНО- го напряжения 7, клОчи 8 и 9, резисторы 10 и 11, электрическую цепь 12, выходы 13 и 14, резисторы 15 и 16. В качестве компараторов 4 и 5 примесь операционные усилители с ;(ю хполрым 1 ыходньми сип)алами. Резисторы 10: 11 имсчот одгп 1 аковые номинальные сИ 1 ротивлсния. Источники опорных напряже Н 1; 67 имс . Вн 11 с по Восо,иотиои Вс,и.;ис Входны" Япряжсния. Элсктрисекя 1 цепь 12 имеет возит-амперо характеристику с двусторонней относителЬно нуля напря. жения зоной нечувствительности, например, содержит двуханодный стабилитрон 17. Кл 1 о. чи 8 и 9 на чертеже в качестве примера воз. можного выполнения изображены в виде полевых транзисторов с каналами п и р-типов соответственно.Выход интегратора 3 соединен с неинвертирующпми входами компараторов 4 и 5. Инвертирующий вход компаратора 4 соединен через резистор 15 с источником положительного опорного напряжения 6 и через ключ 8 - с общей шиной. Инвертирующий вход компаратора 5 соединен через резистор 1 б с источником отрицательного опорного напряжения 7 и через ключ 9 - с общей шинои. Выход компаратора 4 соединен с входом управления ключа 8, а выход компаратора 5 - с входом управления ключа 9, Между выходамп компараторов 4 и 5 включены последовательно резисторы 10 и 11, а точка соединения этих резисторов между собой соединена с входом интегратора 3 через электрическую цспь 12. Выход 13 соединен с выходом интегратора, а выход 14 - с точкой соединения между собой резисторов 10 и 11.При отрицательном входном напряжении преобразователь действует следующим образом.Если выходное напряжение интегратора 3 положительно, то выходное напряжение компаратора 5 также положительно. Предположим, что выходное напряжение компаратора 4 отрицательно, тогда ключ 8 закрыт и на инвертирующем входе компаратора 4 имеет место положительное опорное напряжение, а напряжение на выходе 14 приблизительно равно нулю, но, во всяком случае, по абсолютной величине не превышает порогового напряжения цепи 12 (для изображенного на чертеже случая - напряжения зснеровского пробоя стабилитрона 18); так что ток через цепь 12 практически равен нулю, и выходное напряжение интегратора 3 увеличивается во времени пропорционально интегралу по времени от входного напряжения преобразователя, взятому с обратным знаком. При достижении выходным напряжением интегратора 3 значения, равного опорному напряжению, выходное напряжение компаратора 4 становится положительным, при этом ключ 8 замыкается и блокирует напряжение на инвертирующем входе компаратора 4, напряжение па выходе 14 становится положительным и равным среднему арифметическому значению напряжений насыщения по выходу компараторов 4 и 5 в положительную сторону и, во всяком случае, превышает пороговое напряжение цепи 12, поэтому на вход интегратора 3 через цепь.12 втекает положительный ток, по абсолютноп всличине значительно превышающий ток через резистор 2, пропорциональный входному напряжению преобразователя, поэтому выходное напряжение интегратора 3 быстро уменьшается до нуля, после чего компаратор 4 вновь 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 изменяет свое выходное состояние, напряже ние на выходе 14 снова становится близким к нулю, выходное напряжение интегратора 3 снова начинает увеличиваться, и преобразова тель продолжает действовать указанным об разом циклически далее.Таким образом, при постоянном отрица тельном входном напряжении преобразовате ля на его выходе 13 имеют место положительные треугольные импульсы, задний фронт которых при надлежащем выборе электрических характеристик элементов преобразователя легко может быть получен настолько короче переднего фронта, определяемого абсолютной величиной входного напряжения преобразователя, что эти импульсы можно использовать как пилообразные, а на выходе 14 имеют место узкие положительные прямоугольные импульсы, амплитуда которых практически равна пороговому напряжению цепи 12, а длительпость постоянна (равна длительности заднего фронта треугольных импульсов на выходе 13) и не зависит от величины входного напряжения преобразователя.Рассуждая аналогично, нетрудно убедиться, что при положительном входном напряжении преобразователя выходное напряжение компаратора 4 становится и остается отрицательным, а выходное напряжение компаратора 5 периодически на относительно короткое время переходит от положительного значения к отрицательному, при этом при постоянном входном напрякении преобразователя на выходе 13 имеют место отрицательные прямоугольные импульсы, частота следования которых пропорциональна абсолютной величине входного напряжения преобразователя, а длительность импульсов на выходе 14 от нее не зависит.В общем случае (при произвольно изменяющемся входном напряжении) форма импульсов на выходе 13 может отличаться от пилообразной, однако в любой момент времени, кроме моментов времени, попадающих в относительно короткие интервалы времени, соответствующие сбросу интегратора при наличии импульса на выходе 14, напряжение на выходе 13 пропорционально взятому с обратным знаком интсгралу по времени от входного напряжения, накопленному интегратором с момента окончания последнего импульса на выходе 14, а для первого после запуска интегратора цикла интегрирования входного напряжения - с момента этого запуска (предполагается, что запуску интегратора предшествует сброс интегратора при помощи цепи сброса, которая может быть выполнена известным образом и на чертеже не показана) и имеет максимальное по абсолютной величинезначение, при достижении которого начинается следующий цикл интегрирования, равное абсолютной величине опорного напряжения, так что величина опорного напряжения является мерой кванта интеграла, соответствующего появлению каждого нового импульса на выходеСоставитель А. Кузнецов Тскред А. Камышникова Коррскгор О, Тюрина Редактор Н. Коляда Зак 1219/13 Изд. М 1286 Тираж 1029 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова. 2 14, При этом каждый положитель 11 ый импульс на выходе 14 свидетельствует об отрицательном приращении интеграла величиной в один квант, а каждый отрицательный импульс на выходе 14 свидетельствует о положительном приращении интеграла величиной в одич квант, и полное значение интеграла входного напряжения преобразователя в любой момент после запуска интегратора может быть определено как величина, пропорциональная взятой с обратным знаком алгебраической сумме текущего значения напряжения на выходе 13 и произведения абсолютной величины опорного напряжения на разность между количеством положительных и количеством отрицательных импульсов, появившихся после запуска интегратора и до рассматриваемого момента времени на выходе 14.Таким образом, предложенный преобразователь может быть применен как собственно преобразователь знакопеременного напряжения в частоту с использованием любого из его выходов, так и как интегрирующий преобразователь, выдающий информацию о величине интеграла по времени от входного напряжения посредством аналогового сигнала на вьходе 13 и цифрового - на выходе 14,5 Формула изобретения Преобразователь знакопеременного напряжения в частоту, содержащий интегратор, выход которого подключен к первым входам 10 двух компараторов, выполненных на операционных усилителях, вторые входы которых соединены соответственно с источниками положительного и отрицательного опорного напряжения, а выходы - через резисторы соедине ны с управляющими входами соответствующих ключей, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, между выходами компараторов включен последовательный резистивный делитель, средняя точка которо го через нелинейную электрическую цепь сдвухсторонней относительно нулю напряжения зоной нечувствительности, например двуханодный стабплитрон, подключена ко входу интегратора, а вторые входы компараторов через 25 указанные ключи соединены с нулевой шиной.