Преобразователь напряжения в частоту

9) (03 С 3/ 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Физико-механический институтим. Г.В. Карпенко и Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1171963, кл. Н 03 С 3/00, 1963,Авторское свидетельство СССРч. 1552346, кл. Н 03 С 3/00, 1984,54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ВЧАСТОТУ(57) Изобретение относится к автоматике,телемеханике и обеспечивает повышениестабильности средней частоты и стабильности крутизны х-ки проеобразования, Преобразователь содержит операционныеусилители (ОУ) 1 и 2. ключи 3 и 4, конденса.торы 5 и 6, резисторы 7-10. формирователь 11 частотно-импульсно-модулированных (ЧИМ) сигналов, источник 12 опорного напряжения, сумматор 13, переключатель 14, АЦП 15, регулируемый усилитель (РУ) 16, элемент И 17, триггеры 18 и 19 и одновибратор 20. Формирователь 11 ЧИМ-сигналов состоит из ОУ 25, резисторов 26 - 28 и управляемого ключа 29, АЦП 15 состоит из элемента И 21, опорного генератора 22, счетчика импульсов 23 и регистра 24 памяти. С помощью введенных одновибратора 20, триггеров 18 и 19 и элемента И 17 определяется период Тр, соответствующий реальной средней частоте. Введенный АЦП 15 формирует числовое значение реального периода, которое поступает на управляющий вход РУ 16. Напряжение с РУ 16 вместе 3 с входным напряжением преобразователя и напряжением источника 12 поступает на умматор 13, Пр этом если Тр Т,д., то апряжение с РУ 16 вызывает уменьшение начения входного сигнала преобразоватея. Введены блоки 12-20, 1 з.п. ф-лы. 2.ил.Изобретение относится к автоматике, телемеханике и измерительной технике и может использоваться для преобразования напряжения в частоту.Цель изобретения - повышение стабильности средней частоты и стабильности крутизны характеристики преобразования,На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема преобразователя напряжения в частоту; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.Преобразователь напряжения в частоту содержит первый 1 и второй 2 операционные усилители,первый 3 и второй 4 ключи, первый 5 и второй 6 конденсаторы, первый - четвертый резисторы 7 - 10, формирователь частотно-импульсно-модулированных (ЧИМ) сигналов 11. источник 12 опорного напряжения, сумматор 13, переключатель 14, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, регулируемый усилитель 16, элемент И 17, первый 18 и второй 19 триггеры, одновибратор 20. АЦП 15 содержит элемент И 21, опорный генератор 22, счетчик 23 импульсов, регистр 24 памяти, Формирователь ЧИМ сигналов 11 содержит операционный усилитель 25, резисторы 26 - 28 и управляемый ключ 29.Преобразователь напряжения в частоту работает следующим образом.На сигнальный вход поступает преобразуемое напряжение (фиг. 1 а). В момент времени ц на калибровочный вход преобразователя напряжения в частоту поступает импульс (фиг. 2 в):, передний фронт которого устанавливает в нулевое. состояние первый 18 и второй 19 триггеры (фиг. 2 е, ж), счетчик 23 импульсов;От заднего фронта этого импульса на выходе одновибратора 20 формируется импульс длительностью 11 з=т 6 - тз (фиг. 2 г). На это время на первый выход переключателя 14 с его входа сигнал не проходит, так как его второй выход соединен с общей шиной, При этом выходные импульсы операционно;о усилителя 2 (фиг. 2 б) подаются на счетный вход триггера 18 через элемент И 17 (фиг, 2 д), Появление логической единицы на инверсном выходе триггера 18 и на прямом выходе триггера 19 на интервале ь - 14=ТР служит признаком выделения реального значения периода. соответствующего ре 1альной средней частоте ср= - , т,е, период определяет совокупность одновибратора 20, первого 18 и второго 19 триггеров и элемента И 17. При этом на выходе элемента И 21 (фиг. 2 з) формируется указанныи интервал Тр, заполненный частотой опор ного генератора 22, В момент времени В навыходе счетчика 23 импульсов устанавливается числовое значение кода Кр, соответствующее периоду Тр=Тмин, причем Тмин Тид,5 1Т,д= - , где 1 оид - идеальное значениетоидсредней частоты при Овх=О, В момент времени М окончания импульса одновибратора 20, выходной код счетчика 23 импульсов10 переписывается в регистр 24 памяти и хранится до прихода заднего фронта следующего импульса одновибратора 20. Прилогическом "0" на выходе одновибратора 20сигнал с выхода сумматора 13 передается15 на первый выход переключателя 14.Выходной код регистра 24 памяти подается на управляющий вход регулируемого усилителя 16, на выходе которогоустанавливается напряжение, показан 20 ное на фиг,2 и,Для сохранения линейности характеристики преобразования необходимо соблюдение условий й 7=В 8. Вю=йю, С 6=С 6, где 25 30 35 40 45 50 55 В 7 - й 1 о и СБ, С 6 - величины соответственно сопротивлений и емкостей резисторов 7 - 10 и конденсаторов 5 и 6. На выходе сумматора 13 (или может быть суммирующий усилитель с коэффициентом передачи К=1) на интервале 11 о - т 6 установится напряжение, показанное на фиг. 2 к, равное сумме напряжений источника 12 опорного напряжения, регулируемого усилителя 16 и напряжения входного сигнала преобразователя напряжения в частоту,Так как в промежутке времени ь - з реальный период Тр Тид, то на выходе сумматора 13 получается уменьшенное значение входного сигнала, показанное пунктиром на фиг. 2 к, в промежутке времени т 1 о-т 6,При положительном выходном сигнале операционного усилителя 2 на интервале времени 18 - ц 7 ключи 3, 4 и 29 закрыты и сигнал с выхода сумматора 13 через переключатель 14 и резисторы 7 и 8 подается на инвертирующий вход операционного усилителя 2, На выходе операционного усилителя 25 установится положительное напряжение (фиг. 2 л), При этом Й 28=Й 26, где Й 28, Й 26 - величины сопротивлений резисторов В 28 и Й 26,Выходное напряжение формирователя ЧИМ-сигналов 11 будет равно выходному напряжению регулируемого усилителя 16. Выходное напряжение формирователя ЧИМ-сигналов 11 через резистор 10 поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1, На его выходе формируется линейно нарастающее напряжение (фиг, 2 м) и ри достижении его величиной уровня положительного напряжения с выхода регулируемого усилителя 16 в момент времени тз на выходе операционного усилителя 2 установится нулевой потенциал, что приводит к открыванию ключей 3, 4 и 29. Выходной сигнал сумматора 13 через переключатель 14, ключ 4 и резистор 9 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 1. На выходе операционного усилителя 25 формирователя ЧИМ-сигналов 11 величина положительного напряжения равна величине его отрицательного напряжения и равна величине выходного напряжения регулируемого усилителя 16, т е, на выходе операционного усилителя 25 формирователя ЧИМ-сигналов 11 формируется линейно подающее напряжение и при достижении уровнем его отрицательного напряжения уровня напряжения регулируемого усилителя 16 в момент времени тэ описанные выше процессы повторяются.На промежутке времени с - то на фиг, 2 показан случай. когда Тр=ТмаксТид.Формула изобретения 1. Преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый операционный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующим входом через первый конденсатор, последовательно соединенные первый резистор и второй резистор, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, первый ключ, который включен между точкой соединения первого и второго резисторов и общей шиной, последовательно соединенные второй ключ и третий резистор, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, второй операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя. четвертый резистор, первый и второй выводы которого соединены соответственно с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, и второй конденсатор, первый и второй выводы которого соединены соответственно с неинвертирующим входом первого операционного. усилителя и с общей шиной, а также формирователь частотно-импульсно-модулированных сигналов, вход управления полярностью частотно-импульсно-модулированных сигналов которого соединен с выходом второго операционного усилителя и с управляющими входами первого и второго ключей, а выход - с неинвертирующим входом второго операционного усилителя. при этом вто 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рой вывод первого резистора и вход первого ключа соединены между собой, а выход второго операционного усилителя является выходом преобразователя напряжения в частоту, отличающийся тем,что,сцелью повышения стабильности средней частоты и стабильности крутизны характеристики преобразования, в него введены сумматор, переключатель, сигнальный вход которого соединен с выходом сумматора. первый выход - с вторым выводом первого резистора, а второй выход - с общей шиной, последовательно соединенные источник опорного напряжения и регулируемый усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора и с входом сигнала управления амплитудой частотно-импульсно-модулированного сигнала формирователя частотно- импульсно-модулированного сигнала, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, элемент И. первый вход которого соединен с выходом второго операционного усилителя. и первый триггер, инверсный выход которого соединен с первым сигнальным входом аналогоцифрового преобразователя, а счетный вход - с выходом элемента И, второй триггер. счетный вход которого соединен с выходом первого триггера, прямой выход - с вторым сигнальным входом аналогоцифрового преобразователя, одновибратор, вход которого соединен с установочными входами первого триггера, второго триггера и аналого-цифрового преобразователя, а выход - с вторым входом элемента И, с управляющим входом переключателя и с разрешающим входом аналого-цифрового преобразователя, при этом выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом сумматора, третий вход сумматора является сигнальным входом, а вход одновибратора - калибровочным входом преобразователя напряжения в частоту.2. Преобразователь по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что аналого-цифровой преобразователь содержит последовательно соединенные опорный генератор, элемент И. счетчик импульсов и регистр памяти. выход которого является выходом аналого-цифрового преобразователя, при этом второй и третий входы элемента И являются соответственно первым и вторым сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя, установочный вход счетчика импульсов - установочным входом аналого-цифрового преобразователя, а разрешающий вход регистра памяти - разрешающим входом аналого-циФрового преобразователя,1739474 оставитель Г,Заха ехред М.Моргентал ко Коррек актор Н,Лазаренк ипле роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 0В0 аз 2009 ВНИИП Тиражарственного комитета113035, Москва,Ж Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР