Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока

3/О 1)4 С госудю ственный номитет сссРпО делАм иэОБРетений и ОТНРытий Е ИЗОБРЕТЕНИ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ СЛЕДО- СТО 30Леонтьев Бюл.и Л.(088 свице мпульльзоо упельство ССС 9/06, 1975. ьство СССР 9/06, 1979. дете 03 К асщитей(57) Изосной техвано в сравлениятениярение фу ОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫУЛЬСОВ В НАПРЯЖЕНИЕОКАбретение относится книке и может быть испистемах автоматическои контроля. Цель изоповышение точности инкциональных возможно125097преобразователя, Для этого в устройство, содержащее операционный усилитель 1, конденсатор 3 в цепи обратной свяэи, входной резистор 2, блок 10 управления, блок 4 установки начальных условий, источник 7 опорного напряжения, резисторы 8 и 9, ключи 5 и 6, введены управляемый импульсный генератор 15, реверсивный счетчик 16, четырехвходовые элементы И 17 и 18, дешифраторы 31 и 32, двухвходовые элементы И 2 1 - 30, компаратор 14, регистр 19 хранения, циф 7роаналоговый преобразсватель 20. Вэтом случае обеспечивается одновременное преобразование частоты в напряжение постоянного тока и в код,что расширяет область его применения, В устройстве исключается погрешность от дрейфа нуля второгоинтегрирующего усилителя, исключается погрешность от утечки запоминающих конденсаторов, Преобразователь удобно использовать для построения систем автоматического управления и контроля. 2 ил,Изобретение относится к импульсной технике и может быть испольэовано в системах автоматического управления контроля,Целью изобретения является повышение точности и расширение Функциональных возможностей преобразователяНа Фиг. 1 приведена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит операционный усилитель 1 с входным резистором 2 и конденсатором 3 в цепи обратной связи, блок 4 установки начальных условий с первым и вторым ключами 5 и 6, источником 7 опорного напряжения и первым и вторым резисторами 8 и 9, блок О управления с первым 11 и вторым 12 выходами и входом 13, являющимся входом преобразователя, компаратор 14, управляющий импульсный генератор 5, реверсивный счетчик 16, первый и второй четырехвходовые элементы И 17 и 18, регистр 19 хранения, цифроаналоговый преобразователь 20, двухвходовые элементы И 21 - 30 первый и второй дешифраторы 3 и 32.Блок 4 установки начальных условий содержит последовательно соединенные источник 7 опорного напряжения, первый 8 и второй 9 резисторы, а также первый 5 и второй 6 ключи, выход первого ключа 5 через входной резистор 2 соединен с входом операционного усилителя 1, с конденсато О 5 20 25 30 35 3ром 3 в цепи обратной связи и выходом второго ключа 6, вход которого через второй резистор 9 соединен с выходом операционного усилителя 1 и входом компаратора 14, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 17 н второго 18 четырехвходовых элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16, выходы которого подключены к соответствующим входам первого 31 и второго 32 дешифраторов, а через двухвходовые элементы И 21-30- к входам регистра 9 хранения, выходы которого являются цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя 20, выход которого является аналоговым выходом устройства, соединенным с входом первого ключа 5 и управляющим входом управляемого импульсного генератора 15, выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И 12 и 18, третьи входы которых соединены с управляющим входом первого ключа 5 и первым выходом 11 блока 10 управления, вход которого является входом 13 устройства, а второй выход 12 блока 10 управления соединен с управляющим входом второго ключа 6 и вторыми входами двухвходовых элементов И 21-30, при этом выходы первого 31 и второгс 32 дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого 17 и второго 18 четырехнходовых элементов И.з 12509Устройство работает следующим образом.Под действием входного сигнала блок 10 управления разделяет периоды входной частоты на четные и нечет ные О-Т 1, Т 2-ТЗ; Т 4-Т 5, . В нечетные периоды на первом выходе 11 блока 10 управления действует нулевой логический сигнал (Ч =О), а на втором выходе 12 - единичный (Ч101). Прн этом четырехвходовые элементы И 17 и 18 заблокированы и управляемый генератор 15 импульсов отключен от реверсивного счетчика 16, который находится в режиме хранения. Выходной код реверсивного счетчика 16 через двухвходовые элементы И 2 1-30, на первых входах которых действует единичный логический сигнал Ч =1, записывается в регистр 19 хранения и преобраэуется цифроаналоговым преобразователем 20 в напряжение Ч. Это напряжение не проходит на вход операционного усилителя 1, носквлъку ключ 5 разомкнут (напряжение управления этого ключа Ч, =0). В этом режиме операционный усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью через замкнутый ключ Ь и на выходе операци- З 0 онного усилителя 1 устанавливается напряжение начальных условий(0) - Ч8где Кэ, К - сопротивления резисторов 8 и 9,Чо - напряжение опорногоисточника 7,В четные периоды входной частоты 40Г ключ 5 замкнут, а ключ 6 - разомкнут, Напряжение Ч на выходе интегратора, образованного входным резистором 2, конденсатором 3 и операционным усилителем 1, изменяется 45по линейному закону (интервалы времени Т 1-Т 2, ТЭ-Т 4, Т 5-Т 6, нафиг. 2), поскольку на вход интегратора 1 при этом подается постоянноепо величине выходное напряжение Ч 50цифроаналогового преобразователя 20.Неизменность напряжения Ч в процессе интегрирования обеспечиваетсяза счет того, что в процессе интегрирования двухвходовые элементы И 21 - 5530 на входах регистра 19 храненияблокируются нулевым напряжением свторого выхода блока 11 управления, 77 4За период интегрирования Т выходноенапряжение интегратора 1 достигаетзначения Ч (Т)=Ч(о)+ Ч - рТН и(2) Ч=2 - "ф Ч, ТГ-И (3) где Т КС - постоянная интегрирования интегратора 1,К - сопротивление резистора 2;С - емкость конденсатора 3.В интервале времени с когда выходное напряжение интегратора отрицательно (ЧО), компаратор 14 устанавливается в состояние, при которомэлемент И 17 пропускает импульсы генератора 15 на вход сложения (вход"+") реверсивного счетчика ,б. ПриЧ0 компаратор 14 переходит в противоположное состояние, благодарячему элемент И 18 пропускает импульсы генератора 15 на вход вычитания(вход "-") реверсивного счетчика,Поэтому эа период интегрирования Ткод И в счетчике получает приращение Ь Н, определяемое различием длительностей интервалов 3, и с . Еслив процессе сложения импульсов код всчетчике превысит максимально допустимое значение, то дешифратор 31 блокирует четырехвходовый элемент И 17на входе сложения, предотвращая дальнейшее поступление импульсов по этому входу. Аналогично в режиме вычитания дешифратор 32 блокирует четырехвходовый элемент И 18, когда кодв счетчике становится меньше минимально допустимого значения. Изменение кода в счетчике в периоды записи начальных условий передается через регистр 19 хранения в цифроаналоговый преобразователь 20, вызываяпропорциональное изменение выходногонапряжения Ч. За счет отрицательнойобратной связи напряжение Ч принимает такое значение, что в установившемся режиме приращение кодаК=О.Это обеспечивается при равенстве интервалов сложения (Ф ) и вычитания( Г ) импульсов счетчиком. При ,Тнапряжение Ч (Т)Ч и2 2 и о фкак следует иэ (2), выходное напряжение преобразователя прямо пропорционально частоте следований импульсов Г509 П Ф Таким образом, предлагаемый пре образователь по сравнению с извесь- ными обладает большей точностью преобразования и более широкими функциональными воэможностями перед импульсными преобраэователямн час тоты в напряжение постоянного тока. Преобразователь частоты следова ния импульсов в напряжение постоянного тока, содержащий операционный усилитель с конденсатором в цепи 5 2Кгде 1=2 -Ч 1 Т - коэффициент про -р о ьЭ порциональности.Поскольку напряжение Ч связанолинейной зависимостью с кодом в регистре 9, то одновременно с представленнем частоты Г в форме напряжения постоянного тока преобразователь вырабатывает цифровое значение Г в виде кода Ю, снимаемого срегистра 19.Преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипомзаключается в том, что он обладаетболее широкими функциональными возможностями, обеспечивая одновременнопреобразование частоты в напряжениепостоянного тока и в код, т.е . расширяется область его применения. Такой преобразователь удобно, в частности, использовать для построениясистем автоматического управления иконтроля. При этом выходной сигналв виде напряжения используется дляцелей автоматического регулирования (напримерчастоты вращения турбины или двигателя внутреннего сгорания), а цифровой код - для контроля и измерения регулируемого параметра,Кроме того, предлагаеьвй преобразователь обеспечивает более высокую точность преобразования посравнению с известными, поскольку внем исключается погрешность от дрейфа нуля второго интегрирующего уси"лителя, которая (благодаря тому,что коэффициент передачи первого интегратора обратно пропорционаленчастоте следования импульсов) возрастает прямо пропорционально частоте, При этом исключается погрешностьот утечек запоминающих конденсаторов. формула изобретения 5 16 5 26 25 30 35 49 обратной связи, входной резистор,блок управления, блок установки начальных условиИ, состоящий из последовательно соединенных источникаопорного напряжения, первого н второго резисторов, первого и второгоключей, причем выход первого ключачерез входной резистор соединен свходом операционного усилителя и выходом второго ключа, вход которогочерез второй резистор соединен свыходом операционного усилителя, приэтом управляющие входы первого ивторого ключей соединены с первыми вторым входами блока управлениясоответственно, а вход первого ключа соединен с выходом устройства,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования и расширения функциональныхвоэможностей, в него введены управляемый импульсный генератор, реверсивный счетчик, первый и второйчетырехвходовые элементы И, первыйи второй дешифратор, двухвходовыеэлементы И, компаратор, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, причем выход операционного усилителя непосредственно соединен свходом компаратора, первый и второйвыходы которого соединены соответственно с первыми входами первого ивторого четырехвходовых элементов И,выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающимвходами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам первого и второго дешифраторов, а черездвухвходовые элементы И - к входамрегистра хранения, выходы которогоявляются цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого является аналоговым выходомустройства и соединен с управляющимвходом управляемого импульсного генератора, выход которого подключен квторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И, третьивходы которых соединены с первым выходом блока управления, а второйвыход блока управления соединен свторыми .входами двухвходовых элементов И, при этом выходы первого ивторого дешифраторов подключены кчетвертым входам соответственно первого н второго четырехвходовых элементов И.1250977 Составитель Е.СоловьевРедактор И.Келеиеа Техред Л.Сердюкова К р И,Куск ираа 728дарственного коми изобретений и от а, %-35, Раувска Укгород, у ектная,еское предпрнят роиэводственно-пол каз 4405/41 ВНИИПИ Гос по делам 113035, ИоанУсюанодиРиайся рерим Яррекодмый юрауюс /У ЧУр/ Подписиета СССРрытийнаб д. 4/