Преобразователь напряжение-частота

1111725224 ОПИСАНИЕ ИЗОБВЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30.03.8 Авторыизобретен г(71) Заявител 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ РЯЖЕН ЧАСТОТ Преобразователь напряжение - частотапредназначен для использования в преобразовательной технике, в частности в информационно-измерительных системах исистемах цифрового управления. 5Известен преобразователь напряжение - частота, содержащий интегратор,выполненный на операционном усилителе,сравнивающее устройство и узел обратнойсвязи. Недостатком этого преобразователя 1 Оявляется относительная сложность, а также невозможность преобразования знакопеременных напряжений 11.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь напряжение - частота, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, два релейных элемента, входы которых подключены к выходуинтегратора, два диода, разноименные 20электроды которых соединены со входомоперационного усилителя интегратора, адругие электроды подключены к источникам смещения и выходам релейных элементов 21. 25Недостатком этого устройства являетсяего сложность, поскольку в нем применяется два релейных элемента, что приводит кснижению надежности,Цель изобретения - повышение надеж- ЗОности преобразователя. ж ел Гасударственных комитет (23) Приоритет Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе напряжение - частота, содержащем интегратор, выполненный на операционном усилителе, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а вы ход через резистор - с инвертирующим входом дифференциального усилителя, первый и второй диоды, одни разноименные электроды которых соединены со входом операционного усилителя интегратора, а другие разноименные электроды через резисторы - с источником напряжения, дифференциальный усилитель охвачен резистивной отрицательной обратной связью, а его выход через первый и второй диодные ключи и резисторы соединен с его неинвертирующим входом, причем последний через резистор соединен с общей шиной, выходы обоих диодных ключей соединены с управляющими входами первого и второго инверторов, выходы которых через резисторы подключены к соответствующим электродам первого и второго диодов, резисторы смещения диодных ключей соединены с источниками напряжений соответствующей полярности.На чертеже представлена электрическая схема преобразователя напряжение - частота,Преобразователь содер ит выполненный на операционном усилит е интегратор 1,5 О 15 20 3кд входу которого подключен источник входного сигнала У и разноименные электроды диодов 2, 3, другие разноименные электроды которых через резисторы 4, 5 соединены с источником напряжения Е, дифференциальный усилитель 6, соединенный с интегратором через резистор 7 и ох,ваченный резистивной отрицательной обратной связью через резистор 8; диодные , ключи 9 и 10, включающие в себя диоды 11, 12, входные резисторы 13, 14, соединенные с выходом дифференциального усилителя, и смещающие резисторы 15, 16, подключенные к источникам опорных напряжений Е и Е+.Выходы диодных ключей соединены с резисторами 17, 18, 19, входящими в цепь положительной обратной связи дифференциального усилителя 6, и с входами инверторов 20, 21, причем база транзистора инвертора 21 через резистор 22 соединена с источником Е+. Выходы инверторов 20, 21 через резисторы 23, 24 и диоды 2, 3 соеди.нены со входом операционного усилителя интегратора 1.Принцип действия преобразователя заключается в следующем.При нулевом значении входного сигнала У, пренебрегая смещением нуля операционных усилителей, можно считать выходные напряжения интегратора 1 (У) и дифференциального усилителя 6 (У ) равным нулю.В этом случае диодные ключи 9, 10 находятся в непроводящем состоянии и напряжения на их выходах также равны нулю. В результате инвертор 20 закрыт, а инвертор 21 открыт, благодаря резистору смещения 22.При соответствующем выборе величин резисторов 4, 23 и 5, 24 диоды 2 и 3 оказываются в непроводящем состоянии и выходные напряжения инверторов 20 и 21 не влияют на работу интегратора 1.При появлении входного сигнала положительной полярности (У) 0) на выходе интегратора 1 возникает отрицательное напряжение, линейно изменяющееся во времени при У=сопз 1, т. е, У= -- У, где т - постоянная интегрирования.Напряжение на выходе дифференциального усилителя У, также изменяется по линейному закону до тех пор, пока Уу не достигнет порогового значения У+, при котором происходит открывание диодного ключа 9 (У+= Е, где Вг, Я 5 - сопроРзЛ 5тивления резистороЬ 13, 15). При открывании диода 11 усилитель 6 охватывается положительной обратной связью, которая при определенном соотношении резисторов цепей положительной и отрицательной обратных связей обеспечивает переход усилителя 6 в релейный режим, В результате на 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4пряжение Уу скачком изменяется от уровня У+ до напряжения положительного насыщения дифференциального усилителя 6,и на выходе диодного ключа 9 возникаетположительное напряжение, открывающееинвертор 20, При этом выходное напряжение инвертора 20 принимает нулевое значение, диод 2 открывается за счет резистора смещения 4 и напряжение Уна выходеинтегратора 1 начинает быстро возвращаться к нулю под действием разности тоЕ Цков Л 1= : - в , где Я - сопротивлениеЛу Ярезистора 4, а Я - входное сопротивлениеинтегратора 1,(Сопротивления резисторов Л н й выбираются так, что при любом входном сигнаК Цле -- , благодаря чемуобеспечиваетй, йся быстрый сброс интегратора). В момент, когда сигнал на выходе интегратора У подойдет к порогу отпускания релейного элемента на усилителе 6, происходит скачкообразное уменьшение напряжения У, что приводит к закрыванию диодного ключа 9 и, следовательно, к закрыванию инвертора 20, В результате диод 2 также закрывается и напряжение Уи на выходе интегратора 1 начинает вновь изменяться под действием входного сигнала У.Рассмотренный процесс периодически повторяется. Период процесса Т= Т, + Тг, где Т, - время изменения Упод действием входного сигнала; Т, - время сброса интегратора, когда У изменяется под действием сигналов Е и У. Если обеспечитьЬТгТ то Т - .Т,= - , где Л - ширина петли гистерезиса релейного элемента на дифференциальном усилителе 6.Следовательно, частота импульсовна выходе инвертора 20 (выход +) прямо пропорциональна входному напряжению У. Для отрицательных входных сигналов (У(0) работа схемы происходит аналогичным образом с той лишь разницей, что напряжение Уна выходе интегратора 1 принимает положительные значения, а напряжение У(0. Поэтому происходит открывание диодного ключа 10, в результате чего инвертор 21 закрывается, потенциал на его коллекторе повышается, диод 3 открывается и обеспечивает сброс интегратора, В этом случае импульсы с частотойвозникают на выходе инвертора 21 (выход 1 ).Таким образом преобразователь различает знак. входного сигнала, формируя периодические последовательности импульсов на соответствующих выходах, при этом частота следования импульсов определяется абсолютной величиной входного напряжения.Заказ 529/12 Изд. М 24НПО Поиск Государственного ком113035, Москва,Тираж 995та СССР по делам изобретений35, Раушская наб., д. 4/5 одписное открытий Типография, пр. Сапунова Преобразователь напряжение - частота, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, вход которого подключен к шине входного сигнала, а выход через резистор соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, первый и второй диоды, одни разноименные электроды которых соединены со входом операционного усилителя интегратора, а другие разноименные электроды через резисторы - с источником напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, дифференциальный усилитель охвачен резистивной отрицательной обратной связью, его выход через первый и второй диодные ключи и резисторы соединен с его неинвербтирующим входом, причем последйий череЗрезистор соединен с общей шиной, выходыобоих диодных ключей соединены с управляющими входами первого и второго ин 5 верторов, выходы которых через резисторыподключены к соответствующим электродам первого и второго диодов, резисторысмещения диодных ключей соединены с источниками напряжений соответствующей10 полярности.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Махнанов В. Д., Малохин Н. Т. Устройства частотного и время-импульсного15 преобразования, М., Энергия, 1970,с. 52 - 55, рис. 21.2. Авторское свидетельство СССР394938, кл. Н ОЗК 13/20, 1973 (прототип),