Функциональный преобразователь напряжения в частоту

(51)5 6 06 6 7/ РЕТЕНИЯУ ЕИ ЬСТВ СВ АВТ(71) Институт проблем управления.(56) Ж. "Измерения. Контроль, Автоматизция". 1990, М 2;Ямный В,Е. Аналого-цифровые преобразователи напряжения в широком динамическом диапазоне. - Минск: Изд-во БГУ имЛенина, 1980, с,88. рис,3,20,КЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВА-. ПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ бретение относится к аналоговой ельнойтехнике и может быть исно в устройствах вычислительной и льной техники и систем управленость изобретения: функциональбразователь напряжения в частоту т интегратор на осйове операционителя (1), компаратор (3), формироимпульсов (5), формирующий тор (7) и два переключателя (6,8), 1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) ФУН ТЕЛЬ НА (57) Изо вычислит пользова измерите ния, Сущ ный прео содержи ного усил ватель конденса ил,1783549 А 15, суммирующую точку интегратора на основе 10 тельностью импульса формирователя импульсов. После этого вновь начинается линейное нарастание сигнала интегратора 15 и цикл повторяется.Поставленная цель достигается тем, чтов функциональный преобразователь напряжения в частоту, содержащий последовательно включенные интегратор на основе 20 операционного усилителя, компаратор иформирователь импульсов, выход которого подключен к управляющему входу йервого переключателя й является выходом преобразователя, один из выходных выводов пе реключателя соединен со входомпреобразователя, вход интегратора сое- дйнен сшиной отрицательного опорного 30 45 обратной связи Указанные выше, признаки, отличаю- .50 щие преобразователь отпрототипа обеспеИзобретение относится к области ана-.логовой вычислительной техники и может быть использовано в устройствах вычислительной и измерительной техники и систем управления.Известны функциональные преобразователи, содержащие интегрирующий усилитель, компаратор, формирующий и ключевой элементы. К недостаткам этих устройств следует отнести низкое быстродействие, невысокую линейность, большой дрейф и узкий динамический диапазон, , Попытки скомпенсировать эти недостатки ведут к значительному усложнению схемотехники устройства. Основные составляющие ошибок преобразования обусловлены не нулевым значением времени, необходимого для перезарядки интегрирующего конденсатора и, следовательно, зависят от скорости нарастаний выходного сигнала ин тегрйрующего усилителя, времени переключения компаратора;- амплитуды выходного сигнала, напряжения смещения и входных токов операционного"усилителя,В значительной мере данные недостатки устранены в функциональном преобразователе, являющимся ближайшим техническим решением к предлатаемому.Этот преобразователь содержит интегрирующий операционный усилитель, два компаратора, пороговый и ключевой элементы.Основное отличие преобразователя отбольшинства преобразователей напряжения в частоту состоит в том, что крутизна выходного сигнала интегрирующего усили теля постоянна. В преобразователе происходит интегрирование не входного, а опорного сигнала; а изменение частоты выходных колебаний происходит за счет сравнения выходного напряжения интегри рующего усилителя с вхОдным напряжением через цепь суммирования токов, Применение схемы возврата интегрирующего конденсатора с использованием двух компараторов й адаптивной регулировки сводит к минимумувремя возврата, независимо от максимальной амплитуды входного сигнала. Однако точность преобразования функционального преобразователя на частотах до 1 кГц относительно не высока и равна 0,05 О, Этот преобразователь имеет также большой дрейф - 0,015%/К.Целью изобретения является повышение точности и расширение класса воспроизводимых функций за счет получения гиперболического закона преобразования.Сущность изобретения состоит в том,что в функциональном преобразователе интегратор на основе операционного усилителя включен в петлю зарядовой обратной связи. В петле зарядовой связи применен форсирующий конденсатор, через который,при пересечении нарастающим выходным сигналом интегратора нулевого уровня в операционного усилителя переносится заряд от источника входного сигнала, понижая значение выходного напряжения интегратора на величину, пропорциональную перенесенному заряду в течение интервала времейи, определяемого длинапряжения, введены форсирующий конденсатор и второй переключатель, одйн из входных выводов которого соединен с суммирующей точкой операционного усилителя интегратора, а другой выходной вывод подключен к другому выходному выводу первого переключателя и к шине нулевого потенциала, входной вывод первого и входной вывод второго переключателей соединены с соответствующими обкладками форсирующего кондейсатора, управляющий вход второго переключателя подкалючен к управляющему входу первого переключателя, а Свободный вывод компаратора - к шине нулевого потенцйала;Существенными отличительными признаками в укаэанной выше совокупности является наличие в преобразователе форсирующего конденсатора и второго пе.реключателя, образующих петлю зарядовой чивают появление у преобразователя нового свойства, состоящего в обеспечении гиперболического закона преобразования,существенного уменьшения дрейфа за счет55 .исключения влияния на точность таких факторов, как стабильность и точность интегрирующего конденсатора и компаратора, а также величины времени возврата.Функциональный преобразовател содержит интегратор 1 на основе операцион510 3035 45 50 ного усилителя, информационный вход которого подключен к шине отрицательного опорного напряжения 2, а выход - к инвертирующему входу компаратора 3, Свободный вход компаратора 3 подключен к шине 4 нулевого потенциала, Выход компаратора 3 подключен к входу формирователя импульсов 5, выход которого, являющийся выходом преобразователя, подключен к управляющим входам переключателя 6 и переключателя 8. Один из выходных выводов переключателя 6 соединен со входом преобразователя, а другой выходной вывод переключателя 6 соединен с одним извыходных выводов переключателя 8 и с шиной 4 нулевого потенциала, Другой выход- "ной вывод переключателя 8 соединен с суммирующей точкой операционного усилителя интегратора 1. Входные выводы переключателей 6 . и 8 соединены с 20соответствующими обкладками форсирующего конденсатора 7,Преобразователь работает следующим образом.При подаче на устройство напряжения 25питания срабатывает компаратор 3, ко ьходу интегратора 1 на основе операционного усилителя подключается форсирующий конденсатор 7, на интеграторе восстанавливаются начальные условия и далее он интегрирует ток, поступающий от источника , опорного напряжения через шину 2. На выходе интегратора на основе операционного усилителя появляется выходной сигнал, линейно изменяющийся в положительном направлении. При пересечении этим сигналом нулевого уровня срабатывает компаратор 3,переходя с высокого уровня на низкий, изапускает формирователь импульсов 5. Выходной сигнал формирователя импульсов 5 40 переводит переключатели 6 и 8 в положенйе, при котором обе обкладки форсирующего конденсатора 7 отключаются от шины 4 нулевого потенциала и подключаются соответственно к источнику входного сигнала и к суммирующей точке операционного усилителя интегратора 1. При этом осуществляется перенос заряда Овх через форсирующий конденсатор 7 в суммирующую точку операционного усилителя интегратора 1. Перенос заряда снижает величину выходного напряжения интегратора 1 пропорционально величине входного заряда в течение времени, интервал которого определяется длительностью импульса, поступа ющего с выхода формирователя импульса 5 По мере того, кэк в суммирующую точку втекает ток через фокусирующий конденсатор 7, онэ получает положительное смещение и, когда перенос заряда заканчивается,интегратор 1 стремится восстановить нулевой уровень токов в суммирующей точке . операционного усилителя и интегрирование сигнала вновь повторяется в положительном направлении до пересечения нулевого уровня. Поскольку глубина положительного смещения суммирующей точки операционного усилителя интегратора 1 прямо пропорциональна величине входного заряда, то генерация колебаний происходит с частотой обратно пропорциональной величине входного заряда. Действительно, в преобразователе ОопТ = Овх, где Т - период автоколебаний, Отсюда въ 1 ходная частота автоколебаний вых = 1/Т = Ооп/Оах, В результате преобразователь, как показали расчеты, на порядок позволил повысить точность преобразования до 0,005) и значительно снизить дрейф (до 0,0050 /К), Этот результат по. сравнению ссоответствующими параметрами прототипа - 0,05% и 0,0150 /КА достигнут за счет того, что, поскольку входной и одпорный сигналы в преобразователе подаются на один и тот же интегрирующий конденсатор, его стабильность и точность не влияют на точность преобразования так же, как и время переключения и точность компаратора, Так Как для удержания токов в суммирующейточке операционного усилителя интегратора 1 на нулевом уровне контур колебаний работает с частотой, определяемой лишь величиной входного напряжения, этим и обеспечиваются оговоренные выше преимущества преобразователя по сравнению с прототипом. Ф ар мула изобретен ияФункциональный преобразователь напряжения в частоту, содержащий последовательно включенные интегратор на основе операционного усилителя, компаратор и формирователь импульсов, выход которого подключен к управляющему входу первого переключателя и является выходом преобразователя, один из выходных выводов переключателя соединен с входом преобразователя, вход интегратора соединен с ши-. ной отрицательного опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения класса воспроизводимых функций за счет получения гиперболического закона преобразования, в него введены форси оующий конденсатор и второй переключатель, один из выходных выводов которого соединен с суммирующей точкой операционного усилителя интегратора, а другой выходной вывод подключен к другому выходному выводу первого переключателя и к шине нулевого1783549 Составитель Е.КузнецовТехред М,Моргентал Корректор О.Густи Редактор Т.Иванова Заказ 4518 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 потенциала, входной вывод первого и входной вывод второго переключателей соединены с соответствующими обкладками форсирующего конденсатора, управляю 5. щий вход второго переключателя подключен к управляющему .входу первого переключателя, а свободный вывод компаратора -к шине нулевого потенциала,