Преобразователь частоты в напряжение

(21) (22) (46) (72) и А (53 (56 В 5 СССР976.СР978,11 7 В Н эмери о для е относится к ,и предназначе истик распреде я сигналов и но с частотным и дат- мерени ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР 4289489/24-2427.07,8715.08,89, Бюл. В 30А.Н.Попов, Г.В.БурденкоС,Сторожук68 1.325 (088.8)Авторское свидетельство9640, кл. С 01 К 23/00,вторское свидетельство С8268, кл, С 01 К 23/00,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫРЯЖЕНИЕ(57) Изобретенительной техникеснятия характерчастот повторенбыть использовачиками для автоматического и ОБРЕТЕНИЯ 2индикации и регистрации различных физических величин, произвольно изменяющих свое значение в ходе технологического процесса или научного эксперимента. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Для этого в устройство, содержащее усилитель-ограничитель 1, дифференцирующий элемент 15, ключи 11, 12 и элемент 14 памяти, выполненный на конденсаторе, введены генератор 7 пилообразного напряжения, компаратор 8, триггеры 2, 4, 6, элементы И 3 и 9 и элементы 5 и 10 задержки. Введение этих блоков позволяет уменьшить динамическую составляющую погрешности преобразования эа счет организации следящей системы.2 ил.3 15 О 263ИзоГретецце отцц цтя к и лрительцой тхццк, ц 1 дня зналцо для снятия характеристик рапир деления частот повторения сигналов и может быть использовано с частотными датчиками для автоматического измерения,индикации и регистрации различныхфизических величин, произвольно изменяющих свое значение в ходе технологцческого процесса или научного эксперцмента,На иг. представлена функциональная схема предложенного устройства,на фиг2 - эпюры напряжений, соответствующие двум состояниям работы устройства,Устройство (фиг.1) содержит усилитель-ограничитель 1 входного сигнала, триггер 2, элемент И 3, триггер 4, элемент 5 задержки, триггер 6,генератор 7 пилообразного напряжения, компаратор 8, элемент И 9, элемент 10 задержки, ключи 11 и 12,дифференцирующий элемент 13, элемент 2514 памяти, выполненный на конденсаторе, дифференцирующий элемент 15.Устройство работает следующимобразом.На вход усилителя-ограничителя 1 30(Фиг.1) поступает синусоидацьный сигнал от датчика (эпюра а , фиг.2), Навыходе усилителя-ограничителя 1 формируется сигнал прямоугольной формы,после дифференцирования одного иэФронтов которого дифференцирующимэлементом 15 выбираются короткиеимпульсы (эпюра 0 ). Первым входнымимпульсом триггера 2 и 6 устананливаются в состояние "О" (эпюрыи 2 ) 40причем триггер 6 - с некоторой заержкой на элементе 5 задержки. Состоянием "О" триггера Ь разрешается генерирование пилообразного напряжениягенератором 7 крутизной, соответствующей уровню напряжения, хранящемуся на элементе 14 памяти, представляющем собой запоминают конденсатор. Так как в исходном состояниинапряжение ца запоминающем конденсаторе 14 мало, напряжение на выходегенератора 7 будет увеличиватьсямедленно и до прихода второго входного импульса це успеет нарасти доуровня П , заданного в качествефопорного компаратору 8. Второй входной импульс приходит в то время, ког -да триггер Ь находится в состоянии"О", Сстояниел "1" с инверсного яьхода триггера Ь (:нря Р ) разрешается 1 охждецие Вто 1 ого ВхОднОГО им пульса ца единичный вход триггера 4 через элемент И 3, Триггер 4 переводится ц состояние "1" (эпюра , обеспечивающее замьканне переключателя 12 и заряд запоминающего конденсатора 14. Одновременно с зарядом запоминающего конденсатора 14 увеличивается скорость нарастания выходного напряжения генератора 7. Этот процесс продолжается до тех пор, когда выходное напряжение генератора 7 возрастет до уровня напряжения (В момент равенства напряжений компаратор 8 срабатывает (эпюра Е ) и через дифференцирущий элемент 13 переводит триггер 6 в состояние "1", а триггер 4 с задержкой ца элементе 10 - в "О", Состоянием "1" триггера 6 генератор 7 обнуляется, Состояние "О" триггера 4 обеспечивает запирание переключателя 12, на запоминающем конденсаторе 14 хранится накопленное напряжение,В установившемся режиме период генератора 7 равен периоду входных сигналовЕсли по какай-либо причине(например, за счет увеличения частоты входных сигналов) период генератора 7 окажется больше периода входных сигналов, произойдет описанныйпроцесс и ца выходе триггера 4 вырабатывается импульс, длительностькоторого равна разности между длительностью генератора 7 и периодомвходного сигнала, включится ключ 12и обеспечит подзаряд запоминающегоконденсатора на величину, пропорциональную разности периодов,Если по какой-либо причине (напри- мер, за счет уменьшения частоты входного сигнала) период генератора окажется меньше периода входного сигналя (фиг.2, зона В), к моменту прихода второго импульса (эпюра 3 ) триггер Ь успеет возвратиться в состояние "1" импульсом (эпюра Р ) с выхода генератора 7, и второй импульс входного сигнала через эпемент И 3 не пройдет, так как на второй вход элемента 3 И в это время поступает нулевое напряжение с инверсного выхода триггера Ь. Триггер 4 остается в состоянии О" (эпюра ) ), разрешая своим инверсным напряжением (зпюра и )20 С Т.т1 где 1 - ток зарядя,С - емкость конденсатора)Б - няпряжгцце, до которогозаряжается конденсатор,время заряда, равное периодувх )дногс сигналя. 50 Тяк) для яряця к цденсяторя емкогтьн) 1 мкФ - 1",до напряжения 1 В при гкачкообрц и вк.значении сигпрохождгцц очередного выходного импульса генератора 7 через элементИ 9 ца единичный вход триггера 2(эпюра). Этим импульсом триггер 2устанавливается в состояние "1"(эцюря), разрежая разряд запоминающего коцденсатора 14 через переключатель 11. Конденсатор 14 будетразряжаться до прихода очередного импульса (эпюра) входного сигналя,который возвращает в состояние 0триггер 2 (эпюря ь), Время разрядазапоминающего конденсатора 4 равноразности между периодом входного 15сигнала и периодом генератора 7) чтопозволяет обеспечить разряд запоминан)щего конденсатора 14 до нужнойвеличины практически за один периодвходного сигналя,При стабильной частоте входногосигнала в устройстве устанавливается динамическое равновесие, в результате которого на запоминающем кон, денсаторе 14 поддерживается напряжение, при котором период генератора 7 равен периоду входного сигнала,величина этого напряжения обратнопропорциональна периоду генератора 7и входного сигнала, а следовательно, З 0пропорциональна частоте входногосигнала.При изменении частоты входногосигнала практически за время одногопериода происходит подзаряд или раз 35ряд запоминающего конденсатора 14 довеличины, пропорциональной частотевходного сигнала. Постоянйая времени и ток заряда (или разряда)должны выбираться тяк, чтобы за время периода входного сигнала обеспечивался полный заряд конденсатора.Связь тока и напряжения заряда с параметрами цепи определяется общеиз.вестным уравнением 45 цала с чягтотой 1 ОО Гц необходимообеспечить ток1(1 ф 1 В -о-- 0 1 м.10 10гРеальная нестабильность элементов цепей перезарядя может привести к цедорегулировацию и увеличению на несколько процентов (пропорционально изменению номиналов элементов) времни переходцых процессов или к перерегулировацию, связанному с возможностью появления колебаний неус)тойчивости и возбуждения в полном гоответствии с теорией устойчивости замкнутых следящих систем. Для исключения такой воэможцог.ти в цепях перезаряда должны использоваться элементы с поньнпецной стабильностью или постояцная времени цепей перезаряда должна быть увеличена на величину возможной нестабильности элементов (несколько процентов) с тем расчетом, чтобы при наихудших гочгтяциях элементов це нарушалягь уг )йчивость.Формула изобретения11 реобразователь частоты в напряжение, содержащий усилитель-ограничитель) вход которого явпяется входцой шиной, а выход соединен с входом первого диффереццирующего элемента, первый и второй ключи, выходы которых объединены, и элемент памяти, выполненный ця конденсаторе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования за счет уменьшения динамической составляющей погрешности преобразования, введены генератор пилообразного напряжения, компяратор, второй дифференццрующий элемент, два элемента задержки, два элемента И, первый, второй и третий триггеры, прямые выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго ключей и первому входу генератора пилообразного няпряжг ия, второй вход которого соединен с первой обкладкой конденсатора и подкьчочг к выходу первого ключа, вторая обкладка конденсатора соединена г шиной нулевого потенциала, ицвергцый выход первого триггера подключ ц к первому входу первого элемента 11, гторой вход которого объединен г нх ;им установки15012 бЗ Составитель 8.1 ейнрихсРедактор М.Келемеш Техред 1,Олийнык Корректор М.Васильев Тираж 884 комитета по иэоб Москва, Ж, Ра аказ 4890/55 НИИПИ Государ Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб., д. 4/5 ненног113035роизводствено-и дательский комбинат Патент, г.ужгород, ул. Гагарина,10 в "1" третьего триггера и попкпючеп к выходу второго дифференцирующего элемента, вход которого подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу генератора пилооб разного напряжения, выход второго дифференцирующего элемента через первый элемент задержки подключен к входу установки в О первого триггера, вход установки в "1" которого соединен с выходом второго элемента И, первьп вход которого соединен с инверсным выходом третьего триггера, а второй вход объединен с входом установки в "0" второго триггера и подключен к выходу первого дифференцирующего элемента, выход которого через второй элемент задержкиподключен к входу установки в 0 третьего триггера, выход первого э л е м е н т а И с оеди н е н с входом ус та н о вки в " 1 " второго триггера .