Измерительный преобразователь напряжения в частоту

(54) ИЗМЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобре зовано в ин ных система ГОСУДМфСТВЕИНЬЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О 7 НРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ Н двТЮФОЮМУ НМФИфф(71) Смоленский филиал Московскогоордена Ленина и ордена ОктябрьскойРеволюции энергетического института(56) Авторское свидетельство, СССРУ 166178, кл. Н 03 К 13/20, 1964.Авторское свидетельство СССРУ 651478, кл. Н 03 К 13/20, 1977. ЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТУение может быть исполь- ормационно-измеритель- Цель иэобретения -Я 012184 упрощение устройства и повышениенадежности его работы. Устройствосодержит интегратор 2 подключенныйк входной шине 3 и содержащий усилитель 4 с входным резистором К и конденсатором 5 в цепи обратной связи.В устройство введен триггер Шмитта 6, счетный триггер 7, конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11, сглаживающий фильтр 12 и источник стабильного напряжения 1. Введение простойсхемной реализации цепи разряда интегратора обеспечивает требуемуюточность преобразования. Использование сглаживающего фильтра позволяет устранить сбои работы устройства, возникающие вследствие различных помех. 2 илИзобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительногопреобразователя напряжения в частоту.Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности его работы путем введения йростой схемной реализации цепи разряда интегратора, обеспечивающей требуемую точность преобразования, При этом вследствие применения сглаживающего фильтра устраняются сбои работы устройства из-за воздействия различных помех.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - дйаграммы поясняющие работу устройства.Устройство содержит источник 1 стабильного напряжения, интегратор 2, подключенный к,входной шине 3 устройства и выполненный, например, на усилителе 4 с входным резистором К и конденсатором 5 в цепи обратной связи, триггер Шмитта 6, счетный триггер 7, конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11 и сглаживающий фильтр 12, Выход интегратора соединен с входом триггера Шмитта 6, к выходу которого подключен счетный вход триггера 7; Конденсаторы 8 и, 9 соединены последовательно один с другим и включены между выходом источника 1 опорного напряжения и суммирующей точкой интегратора. Параллельно конденсаторам 8 и 9 включены ключи 10 и 11, управляющие входы которых подключены к разноименным выходам счетного триггера 7. К выходу триггера Шмитта 6 подключен вход сглаживающего фильтра 12, выход которого соединен с установочными входами триггера 7Выходное напряжение устройства, представляющее собой симметричные прямоугольные импульсы типа Меандр, образуется на выходах триггеров 7, один из которых подключен к выходной шине 13 устройства.На фиг. 2 использованы следующие обозначения: Бьх - входное напряжение; Пы - выходное напряжение;ыхПн в , выхыодное напряжение интегратора 2.; Бр - выходное напряжение фильтра 12; 1 - входной ток; 13 - ток заряда койденсаторов 8 и 9. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Устройство работает следующим об.разом.Входное напряжение О интегрируется интегратором 2, и его выходноенапряжение вследствие этого нарастает. Когда оно достигает первого (более высокого) уровня срабатываниятриггера Шмитта 6, последний переключается в единичное состояниеи возникающий при этом на его инверсном выходе. Я отрицательный перепадпереключает счетный триггер 7 в противоположное, например нулевое, поло- .жение. Это приводит к размыканию ключа 10 и замыканию ключа 11, разряжающего конденсатор 9, и конденсатор 8заряжается от источника стабильногонапряжения 11 1, через ключ 11,Поскольку напряжения П и Пявляются разнополярными, ток заряда 1конденсатора проходит через входнуюцепь интегратора в направлении, противоположном направлению входноготока Т 11 х, создаваемого напРЯжеяием06 , вызывая разряд конденсатора 5хфинтегратора, что приводит к уменьшению его выходного напряжения. Когда оно достигает второго (более низкого) уровня срабатывания Псртриггера Шмитта 6 Ж р(Б р ), послед-ний возвращается в исходное (нулевое) состояние, переключения счетного триггера 7 при этом не происходит,После того, как убывающий ток заря. -да конденсатора 8 достигает значения входного тока 1, выходноенапряжение интегратора вновь начинает нарастать, и когда оно достигает значения Б триггер Шмитта 6СР, эснова переключается в единичное состояние. Это приводит к переключениютриггераво второе устойчивое(единичное) состояние, что вызываетзамыкание ключа 10 и размыкание ключа 11. Через замкнувшийся ключ 10происходит разряд конденсатора 8 иэаряц конденсатора 9 от источни ка 0 о ,Ток заряда 1, проходя через входную цепь интегратора, вызывает уменьшение его выходного напряжения; когда оно достигает значения ц р триггер Шмитта 6 вновь переключается в нулевое состояние, не вызывая переключения счетного триггера 7.По мере заряда конденсатора 9ток заряда 1 уменьшается, и когдаон становится равным входному току1, выходное напряжение интегратора начинает снова нарастать. Когда оцо достигает значения Бр , тригсР гер Шмитта 6 вновь переключается в единичное состояние, вызывая переключение счетного триггера 7. В дальнейшем цикл работы устройства повторяется.Применение в качестве порогового устройства триггера Шмитта, имеющего гистереэисцую характеристику, вместо обычного компаратора позволяет устранить ложные срабатывания счетного триггера 7, происходящие вследствие возникновения высокочастотных затухающих колебаний небольшой амплитуды на выходе интегратора 2 в момент переключения ключей 10 и 11. Поскольку амплитуда колебаний значительно меньше зоны нечувствительности Ц р - Б триггера Шмитта, дополнительных переключений триггеров 6 и 7 они це вызывают.При нормальной работе устройства процесс заряда конденсаторов 8 и 9, происходящий через малое сопротивление замкнутого ключа 10 или 11, завершается быстро, так что большую часть времени триггер Шмитта 6, как видно из фиг. 2, находится в нулевом положении. Вследствие этого на выходе сглаживающего фильтра 12, подключенного к инверсному выходу триггера Шмитта, устанавливается высокое напряжение Бр, соответствующее логической "1" (фиг. 2), Это напряжение подается на установочные входы К- и Я-триггера 7,не оказывая влияния на работу последнего. Если однако, например, в результате воздействия помех очередное переключение триггера 7 не происходит, состояние ключей после перехода триггера Шмитта 6 в единичное состояние не изменяется, заряд соответствующего конденсатора также не происходит и выходное напряжение интегратора продолжает нарастать и после достижения значения Б. В резульСР 1 ф тате на выходе интегратора устанавли. вается максимально возможное положительное напряжение и генерация в схеме прекращается.Устранение такого нерабочего режима осуществляется с помощью сглаживающего фильтра 12. Поскольку в случае возникновения нерабочего режима на выходе интегратора действует максимально возможное положительное напряжение, на инверсномвыходе триггера Шмитта в этом режиме действует постоянное напряжениенизкого уровня, соответствующее логическому "0". На выходе фильтра 12также устанавливается напряжение П соответствующее логическому 0". Поскольку это напряжение 1 О подается на установочные входы Ки 8-триггера 7, на обоих выходахтриггера устанавливаются единичныепотенциалы, вызывающие одновременноезамыкание обоих ключей О и 11. Че рез замкнутые ключи во входную цепьинтегратора от источника 1 опорногонапряжения поступает большой ток,значительно превосходящий входной,что приводит к быстрому уменьшению 2 О выходного напряжения интегратора.Когда последнее становится меньшезначения П,р , триггер Шмитта переключается в нулевое положение, наего инверсном выходе, а значит, и 25 ца входе фильтра 12 устанавливаетсявысокий потенциал, соответствующийлогической "1", и после окончанияпереходных процессов в фильтре 12на выходе фильтра, а следовательно,и ца входах К- и Б-триггера 7 такжеустанавливается напряжение П , соответствующее логической "1". В результате триггер 7 переходит в одно издвух устойчивых положений, например 35в единичное, соответствующий ключЭ(в данном случае ключ 11) размыкается и соответствующий конденсатор(в данном случае конденсатор 9) заряжается. После окончания зарядавыходное напряжение интегратора поддействием входного тока нарастаети достигает уровня Б р вызываяпереключение триггера Шмитта в единичное положение. При этом происхо дит переключение триггера 7 по счетному входу и нормальная работа схемы возобновляется.Для определения частоты выходногонапряжения 116, устройства учтем, что1количество электричества Я, получаемое конденсатором 5 интеграторавтечение полупериода Т/2 выходногонапряжения П равно количествуэлектричества Я , теряемому конден.сатором 5 в результате заряда конденсаторов 8 или 9, имеющих емкость Сот нулевого напряжения, до которогоконденсатор разрядился в предыду 1218467щий полупериод через замкнутый ключ, до напряжения П ,Заряды Я и Я равны соответственно8 к Т0 В 2 1 о онгде Т - период выходного напряжения.Приравнивая Я и Я , находим1частоту 1=1/Т напряжения П ,1 "ЮаТ 2 КСоПонСледовательно, частота Е прямопропорциональна напряжению У,обратно пропорциональна значениям К,С и Ои не зависит от,нестабиль-ных параметров ключейВ рассмотренной схеме. напряжениеУ имеет отрицательную полярность,а напряжение П - положительную.К концу каждого полупериода напряжение на выходе интегратора достигает, как видно из фиг, 2, наибольшегозначения, равного Ц и происходитпереключение триггера Шмитта в единичное положение. В случаееслиполярность У положительна, полярность Пдолжна быть отрицательной,при этом напряжение на выходе интегратора к концу каждого полупериодадостигает наименьшего значения, равного П , и происходит переключение триггера Шмитта в нулевое положение. Следовательно, в этом случаебольшую часть полупериода триггерШмитта находится в единичном положении, на его прямом выходе Ц действует высокий потенциал и вход фильтра 12 вместе со счетным входом триггера 7 должны подключаться не к инверсному (Я), а к прямому (Я) выходутриггера Шмитта 6. Схема отличается высокой точностью и простотой, все ее узлы выполняются на основе серийно выпускаемых микросхем. Например, в качестветриггера 6 можно применить микросхему К 155 ТЛ 1; в качестве триггера 7 - микросхему К 155 ТВ 1. Фильтр 12представляет собой простейший одно эвенный пассивный С-фильтр. Блок импульсной обратной связи состоит издвух ключей и двух конденсаторов;в качестве ключей могут быть использованы, например, два из четырех клю чей микросхемы К 590 КН 1, имеющихвстроенные схемы управления. формула изобретенияИзмерительный преобразовательнапряжения в частоту, содержащийисточник стабильного напряжения и ин.тегратор, вход которого подключенк входной шине устройства, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения устройства и повышениянадежности, в него введены триггерШмитта, счетный триггер, два конденсатора, два ключа и сглаживающийфильтр, включенный между выходомтриггера 1 Дмитта и установочными входами счетного триггера, конденсаторы соединены последовательно ивключены между источником стабильного напряжения и суммирующей точкой 35 интегратора, выход которого соединен с входом триггера Шмитта, каждый из ключей подключен параллельносоответствующему конденсатору, ауправляющие входы ключей соединены 40 с соответствующими выходами счетноготриггера, один иэ выходов которогоподключен к выходной шине устройства,1218467 иг 8 Составитель В.Пешкоедактор Н.Швыдкая Техред О.Неце рректор Л.П филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная аказ 1138/60 Тираж 818 ВНИИПИ Государственного по Яелам изобретений 1.13035, Москва, Ж, РаушсПодписноекомитета СССРи открытийая наб., д. 4/5