Преобразователь частоты в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) 8 190 04 НОЗК ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57) ПРЕОБРАЗ Т В НАПРЯЖЕНИЕ п вт отличающийся тем, что, с ния функциональных возм введены источник опорно цифроаналоговый преобраз импульсов и генератор такт подключенный к счетному импульсов, установочный вх ключен к выходу одновибра точника опорного напряж импульсов подключены к входам цифроаналогового выход которого соединен с тора. ОВА о а 942/24-218385. Бюл.41, Сергеев, Ю. Н, Самсенко, В. К. Рощин, Вменко, В. В. Волохин ев, . Русин,Ю. Г. Сеиг. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИ(61) 6102 (21) 36288 (22) 02.08 (46) 07.11 (72) И. Ю Ю. Н. Вла В. С, Арте менов (71) Киевс кий инстит ской социа (53) 681.3 (56) Авто671029,кий ордена Ленина политехничесут им, 50-летия Великой Октябрьлистической революции25 (088.8)ское свидетельство СССРкл. Н 03 К 9/06, 1979. ЕЛЬ ЧАСТОТЫсв,671029, целью расширеожностей, в него го напряжения, ователь, счетчик овых импульсов, входу счетчика од которого подтора, выходы исения и счетчика соответствующим преобразователя, входом интегра 1190509Изобретение относится к информационно- измерительной технике, может использоваться в системах автоматических измерений, контроля и управления и является усовершенствованием изобретения по авт. св.671029.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет введения источника опорного напряжения, цифроаналогового преобразователя, счетчика импульсов, генератора тактовых импульсов и соответствующих связей, что обеспечивает получение различных функциональных зависимостей выходного напряжения от входной частоты,Это позволяет, например, линеаризовать частотные датчики, обладающие, как правило, существенной нелинейностью.На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь частоты в напряжение содержит формирователь 1 импульсов, подключенный к входу преобразователя, выход которого через интегратор 2 и ключ 3 соединен с входом повторителя 4 напряжения, к которому подключен также конденсатор 5, одновибратор 6 включен между входом преобразователя и управляющим входом ключа 3, управляемый усилитель 7 подключен к повторителю 4 напряжения, к входу и к выходу преобразователя, источник 8 опорного напряжения подключен к цифроаналоговому преобразователю 9, к которому подключен также счетчик 10 импульсов, к счетному входу которого подключен генератор 11 тактовых импульсов, выход цифроаналогового преобразователя 9 подключен к входу интегратора 2, а установочный вход счетчика 10 импульсов подключен к выходу одновибратора 6. Цифроаналоговый преобразователь 9 может быть построен, например, путем последовательного включения коммутатора 12 и матрицы 13 резисторов. Интегратор 2 может быть построен на операционном усилителе с включенным в цепь обратной связи конденсатором. Преобразователь частоты в напряжение работает циклично. Циклы задаются импульсами входной частоты Ьх, каждый из которых запускает формирователь 1 импульсов, формирующий импульс стабильного заряда д, (временная диаграмма 1 фн на фиг. 2), поступающий на вход интегратора 2, и запускает одновибратор 6, выходной короткий импульс которого (диаграмма 1.)о 1. на фиг. 2 на короткий промежуток времени подключает выход интегратора 2 через ключ 3 к конденсатору 5, т. е. осуществляется выборка и запоминание выходного напряжения интегратора 2. Напряжение с конденсатора - 5 через повторитель 4 напряжения и усилитель 7 подается на выход преобразователя, а также на вход интегратора 2. Вы УнТКп Ку--- +кс 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ходной импульс одновибратора 6 осуществляет установку в нулевое состояние счетчика 10, на счетный вход которого поступают импульсы с генератора 11 тактовых импульсов. Частота тактовых импульсов выше частоты 1 и выбирается такой, чтобы при минимальной - (т. е, при максимальном периоде входных импульсов) счетчик 10 успевал просчитать до переполнения. Соответственно при 1"- большей, чем минимальная, счетчик 10 успевает просчитывать до значения, зависящего от -. Каждому значению кода счетчика0 соответствует выходной ток цифроаналогового преобразователя 9. Примером реализации цифроаналогового преобразователя 9 может быть совокупность коммутатора 12 и матрицы резисторов 13, В этом случае каждому коду счетчика 1 О соответствует подключение коммутатором 12 соответствующего резистора матрицы 13 между выходом источника 8 опорного напряжения и входом интегратора 2. В результате на вход интегратора 2 поступает ток, значение которого зависит от напряжения опорного источника 8 и сопротивления выбранного резистора матрицы 13. При изменении кода счетчика 10 от начального (соответствующего состоянию начальной установки) до переполнения на вход интегратора окажутся поданными последовательно импульсы тока 1 в, ЙЙ. (на фиг. 2 соответствующие временные диаграммы приведены для случая числа резисторов матрицы 13 п=8), Длительность каждого из этих импульсов равна периоду следования тактовых импульсов генератора 11, а их число зависит от периода следования импульсов входной частоты -.Предположим, что в начальный момент (например, в момент изменения входной частоты Я) выходное напряжение И Й =Ун. В течение одного цикла преобразования (т.е. одного периода входной частоты 16.) интегратор проинтегрирует один импульс тока 1 ф от формирователя, 1 импульс тока от цифроаналогового преобразователя 9 и выходное напряжение. Тогда после окончания первого цикла преобразования (т. е. по истечении одного периода Т частоты ф ) выходное напряжение равно 17, У+ Чо КпКУСКлКдЕгс,: к,Я Ядп 1 Т - (К - 1) о + Ядп (Т - йо)1 о+заряд, поступающий с выхода формирователя 1 импульсов;коэффициенты передачи повторителя 4 и усилителя 7 соответственно;емкость времязадающего конденсатора интегратора 2;1 - ТКпКу/й, Ссопротивление времязадающегорезистора интегратора 2;период следования импульсоввходной частоты;напряжение источника опорногонапряжения 8, подключаемое к-му резистору матрицы 3;сопротивление -го резистора матрицы 13;период следования импульсов тактовой частоты о генератора 11;порядковый номер резистора матрицы 13;1,тколичество резисторов матрицы 13знаковая функция: где до - КпКУ -Т=/вх -Е; -о=Лов т -ЯдпХ -Яр Х - +1 при Х)0,- 1 при Х(0, А=-1 Кп Т - (с - 1) о+Язеп(Т - со) =Кп 1 Т - (х - 1) о - Ядп (Т - й) Аналогично, последовательно рассматривая последующие циклы (периоды ох), можно записать выражения для выходного напряжения. Так, для и-го цикла получим у Яо +1 ооВ Кх э оо Т 21 оп 1 К+вх й - (А 1 о+ В Т - (1 - 1) ( о Таким образом, процесс установления вы. ходного напряжения после изменения входной частоты описывается геометрической Последнее выражение состоит из двух частей - геометрической прогрессии, сходящейся при условии /Я/( (здесь Я - знаменатель геометрической прогрессии) и убывающего при выполнении условия /Я/( члена УпЯ". В результате если неравенство /Я/( выполняется, то в установившемся режиме (т. е. при и - со) напряжение на выходе преобразователя равноданной функции на другую может быть легко осуществлена, например, путем замены резисторов матрицы, к точности и стабильности которых не предъявляются высокие 55 требования. прогрессией, т, е. в устройстве осуществляется итерационная аддитивная коррекция погрешности преобразования - корректируются погрешности, обусловленные неидеальностью коэффициентов передачи повторителя 4,усилителя 7 и конденсатора интегратора 2(К,К и С - отсутствуют в уравнении преобразования для установившегося режимаи лишь влияют на характер переходного процесса установления). Это позволяет не предь 10 являть к указанным блокам высоких требо-ваний при достижении высокой точности преобразования,Условием сходимости переходного процесса установления выходного напряжения (илипроцесса коррекции погрешности преобразования) является неравенство Я/(1. Приэтом максимальная скорость сходимости соответствует равенству Я=О. Затем, что Я зависит от .х В результате существует такаячастота п (при ох=оп Я=О), при которойпереходной процесс заканчивается за одинпериод пх, т. е. быстродействие на этойчастоте чрезвычайно вьгсокое. Из условия/Я/(1 можно определить диапазон частоты,в котором это условие соблюдается,Уравнение преобразования состоит издвух слагаемых - линейного члена ЯоИпх,зависящего от часоты ах и нелинейногочлена, зависящего не только от частоты пх,но и от сопротивлений резисторов матрицы 13 и соответствующих напряжений, подключаемых к матрице 13 коммутатором 12.На фиг. 2 на графике Упых=(/) первомучлену соответствует прямая 1, а кривая 2соответствует сумме обоих членов. Эта кривая реализует нелинейную зависимость дляприведенного в качестве примера случая.Характер получаемой нелинейности зависит от полярности и амплитуды импульсов тока Й,йх (полярность определяетсяполярностью Е;, а амплитуда - сопротивлением Р;. Поскольку результат интегрирования каждого импульса тока от цифро 40 аналогового преобразователя 9 описываетсяотрезком прямой, то следовательно аппроксимация требуемой нелинейности кусачнолинейная, а угол наклона каждого участка аппроксимации выбирается сопротивлением резистора К матрицы 13 и полярностью подключаемого к нему напряжения,Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет реализовать различныефункциональные зависимости напряженияот частоты, которые задаются с требуемойточностью при сравнительно малых аппаратурных затратах (число резисторов составляет 6 - 10), причем перестройка с одной за 1190509Сост бо Техред Тираж ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Ж -илиал ППП Патент, едактор А, Сааказ 7002/58 авитель И. Вере871 твенного ретений 35, Рау г. Ужго. ПешковКорректор МПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д, 4/5род, ул. Проектная,Макси мишиие