Преобразователь частоты в напряжение

ОЮЭ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХСПУБЛИК 173 51)4 С 01 К ЫЙ КОМИТЕТ СССРРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУД АРС ПО ДЕЛАМ ЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМ 696989/24-23.02.845.08.85. Бю(54) (57) ПР НАПРЯЖЕНИЕ, но соединенсигнала, од мент задерж тельно соед и первый, в дозирующий адержки. ОПИСАНИЕ И ОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Всодержащий последоватеые компаратор входногоовибратор и первый элеи, а также последованенные выходной фильтророй и третий ключи,онденсатор, стабилитро и зарядный резистор, включенные советственно на входах первого, вто го и третьего ключей, причем втое электроды стабилитрона и дозирую щего конденсатора заземлены, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения энергопотребления преобразователя, в него введены вто рой элемент задержки и элемент ИЛИ, причем управляющие входы первого, второго и третьего ключей соединень соответственно с выходами первого элемента задержки, элемента ИЛИ и второго элемента задержки, входы элемента ИЛИ подключены к выходу одновибратора и к выходу второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента1 117Изобретение относится к измерительной технике.и предназначенодля преобразования частоты входногосигнала в пропорциональное значение.напряжения постоянного тока. 5Целью изобретения является уменьшение энергопотребления преобразователя частоты в напряжение.На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя йафиг, 2 - временные диаграммы егоработы.Преобразователь содержит компаратор 1 входного сигнала, дозирующийконденсатор 2, первый ключ 3, второй ключ 4, Фильтр 5 на операционномусилителе 6, источник 7 эталонногонапряжения с зарядным резистором 8,одновибратор 9, первый элемент 10задержки, третий ключ 11, второй 20элемент 12 задержки и элемент ИЛИ 13,причем ключ 11 включен последовательно с зарядным резистором 8задания тока источника 7 эталонного напряжения, а управляющие входы ключей 4, 3 и 11 соединены соответственно с выходами элементаИЛИ 13 и элементов 10 и 12 задержки.Входы элементов ИЛИ 13 подключенык выходу одновибратора 9, к выходувторого элемента 12 задержки, соединеиного по входу с выходом первого элемента 10 задержки. Компаратор1 входного сигнала, одновибратор 9и первый элемент 10 задержки включены последовательно,На схеме, приведенной на Фиг. 1,в качестве примера показана однаиз возможных реализаций узлов, входящих в преобразователь,40 1 О Компаратор 1 входного сигнала выполнен на операционном усилителе 14 и резисторах 15 и 16, включенных по схеме неинвертирующего релейного элемента.Выходной Фильтр 5 образован резистором 17 и конденсатором 18, включенными в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 6.50 Входной резистор 19 предназначен для ограничения тока разряда дозирующего конденсатора 2.Источник 7 эталонного напряжения состоит из цепи задания тока: за рядного резистора 8 и стабилитрона 20, образующих параметрический стабилизатор напряжения,3336 2Одновибратор 9 выполнен на основе операционного усилителя 21, резисторов 22-24 и времязадающего конденсатора 25.Элементы 10 и 12 задержки содержат инверторы на МОП-транзисторах26 и 27 и резисторах 28 и 29 сКС-цепями на входах, резисторы 30и 31 и конденсаторы 32 и 33.Элемент ИЛИ 13 образован диодами34 и 35 и резистором 36.Устройство работает следующим образом.На вход компаратора 1 поступаетвходное напряжение 011 (например,от таходатчика), изменяющееся счастотой Г. Когда напряжение Б 8и, соответственно, напряжение П 1 навыходе компаратора 1 имеют положительную полярность (интервал времени Т 1 -на фиг.2), напряженияна выходах одновибратора 9, элемен -тов 10 и 12 задержки и элементаИЛИ 13 соответственно Б ) О,11,0 с О, 01 ) 0 и Б 1 З ) О, в результате чего ключ 3 открыт, а ключи 4и 11 закрыты, и ток в источнике 71эталонного напряжения не протекает,При смене знака 118 (момент времени2 на Фиг, 2) выходное напряжениекомпаратора 1 релейно (за счетдействия положительной обратной связи через резистор 16) становитсяотрицательным, одновибратор 9 запускается и Формирует отрицательныйимпульс Б с длительностью с , Выход 9ные напряжения элементов 10 и 12задержки и элемента. ИЛИ 13 такжеизменяют знак с задержками Г, ивеличины которых определяютсяпостоянными времени КС-цепей из резистора 30, конденсатора 32, резистора 31 и конденсатора 33. При этомпроисходит коммутация ключей 3, 4и 11 в следующей последовательности:сначала по сигналу Б ) 0 закрывается ключ 3 и дозирующий конденсатор2 отключается от входа Фильтра 5,затем по сигналам П, с 0 к Б0открываются ключи 11 и 4, конденсатор 2 подключается через ключ 4 квыходу источника 7 эталонного напряжения, в котором с помощью ключа 11замыкается цепь задания тока. Велилчина задержки , выбирается из усл л лловия 1 ), где- время,определяемое максимально возможнойзадержкой в закрывании ключа . При336 где Р -ного сигнала. 3 1173 выполнении этого условия обеспечивается получение промежутка времени, в течение которого ключи 3 и 4 находятся в закрытом состоянии и на вход фильтра 5 не проходит ток от источника 7 эталонного напряжения.После открывания ключей 4 и 11 через резистор 8 начинает протекать ток, имеющий две составляющие - ток 14 заряда конденсатора 2 и ток 10 д а стабилитрона 20. В процессе заряда конденсатора 2 ток д 4 уменьшается, а ток д а увеличивается, и напряжение на конденсаторе 2, а следовательно, и напряжение У на выходе источника 15 7 увеличиваются, стремясь к установившемуся значению Б . Длительностьлэтимпульса о одновибратора 9 выбирается из условия полного заряда дозирующего конденсатора 2, т.е. в конце э 0 импульса П 9 ток 4 заряда конденсатора 2 принимает практически нулевое значение, а токисточника 7 - номинальную величину, при которой обеспечивается стабильность уровня эта лонного напряжения У , а следовательно, и заряда на дозирующем конденсаторе. После окончания импульса 1 одно 9 вибратора 9 напряжение Б,э на выходе элемента ИЛИ 13 принимает значение УО (момент времени с на фиг. 2) и ключ 4 закрывается, отключая кон" денсатор 2 от источника 7, Выход-, ные напряжения Б,о, Б, элементов 35 10 и 12 задержки изменяют знак со" лИзадержками со и с . Величина загдержки ю выбирается из условия Л 6 лл4, где + - время, определяемое максимально возможными задержка ми в переключении элемента ИЛИ 13 и ключа 4. При выполнении этого условия обеспечивается получение промежутка времени, в течение которого ключи 3 и 4 находятся в закрытом .45 состоянии и напряжение на конденсаторе 2 удерживается равным Б 9 После окончания временной задержлйки ь,о изменяется знак напряжения 50 У,о, открываетсяключ 3 и дозирующий конденсатор 2 разряжается через открытый ключ 3 и ограничивающий резистор 19 до нулевого потенциала, в результате чего накопленный в 55 среднее значение выходного напряжения П ы,При изменении знака напряжения У,г на выходе элемента 12 задержки (момент времени 4 на фиг. 2) закрывается ключ 11 и разрывается цепь задания тока в источнике 7, в результате чего потребляемый им ток становится равным нулю.В установившемся режиме работы на выходе устройства Формируется напряжение Б , средняя величина которого пропорциональна частоте входного сигнала Г и связана с параметрами элементов преобразователя следующей зависимостью цеь цгде С - емкость дозирующего конденсатора 2;К - сопротивление масштабногорезистора 17. В рассмотренном преобразователе цепь задания тока в источнике эталонного напряжения включается периодически с частотой 1 входного сигнала на время, необходимое для полного заряда дозирующего конденсатора.Соотношение между длительностями интервалов заряда и разряда дозирую- щего конденсатора (Т э и Тр на фиг. 2) зависит от амплитудных значений токов заряда 1и разряда Та 5, которые в данной схеме практически определяются предельно допустимыми токами ключей 11 и 4 и нагрузочной способностью усилителя 6. Поэтому суммарная мощность Р, потребляемая преобразователем, зависит от частоты Е входного сигнала и определяется по следующей формулеТэ ГР =Р+Риэпп ТР мощность, потребляемая источником,эталонного напряжения при постоянном протекании через него номиналь 1ного тока;мощность, потребляемая.остальными элементами преобразователя,максимальная частота вход нем заряд переносится током разрядав конденсатор 18 фильтра 5, который на выходе усилителя 6 Формирует Таким образом, применение преобразователя дополнительного. элемента задержки и схемы ИЛИ и соответствующих17333 б конструктивных связей обеспечиваетформирование такой временной последовательности сигналов управления ключами заряда и разряда дозирующегоконденсатора и коммутации тока в Составитель В.Новоселовселовская Техред А,Бабинец Корректор Г.Решет тор 8 Подписного комитета СССР ий и открытий ушская наб. П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная л аказ 5046/44 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж, Ристочнике эталонного напряжения, прикоторой достигается уменьшение энергопотребления преобразователя присохранении его метрологических характеристик.