Преобразователь частоты в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ У ВТОРСНОМ ИДЕТЕЛ ПРЯ АСТ(57) Изобретение о ханике и информаци технике, может быт устройствах телеме повысить быстродей лемельнойо вяет я кт мерит ьзова носи нноисп рии твие озво еобр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(51) 5 Н 03 М 1/60) Н 03 К 9/06 теля и расширить область применения.Для этого в преобразователь, содержащий формирователи 1, 3, 4, дозирующий элемент 2, генератор 5 опорнойчастоты, счетчик 6, регистр 9, введены реверсивный счетчик 7, триггер 8,блок 10 памяти, динамическое звено11 усреднения, выполненное на токозадающем элементе 12, первом конденсаторе, операционном усилителе, цифроаналоговом преобразователе 14, ключе 15, элементе 16 аналоговой памятии повторителе 17. Введение этих блоков позволяет разбить диапазон преобразования частот на поддиапазоны, засчет чего выходное напряжение, соответствующее входной частоте, имеетменьший размах уровней и являетсяточной шкалой преобразования, в от"личие от цифровой выходной шины 20,являющейся грубой шкалой преобразования (указывает поддиапазон преобразования). 3 ил,Изобретение относится к телемеханике и информационно-измерительнойтехнике и может найти применение вустройствах телеметрии,Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение области применения за счет адаптивноговыбора пределов поддиапазонов и постоянных времени быстродействующегодинамического звена усреднения сучетом знака приращения частоты,На Фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.3 - 15зависимость постоянной времени цеписвязи усредняющего устройства от относительной частоты при ее увелицении (а) и уменьшении (б),Устройство (фиг.1) содержит формирователь 1, дозирующий элемент 2,Формирователи 3 и 4, генератор 5 опор.ной частоты, счетчик 6, реверсивныйсчетчик 7, триггер 8, регистр 9,блок 10 памяти, динамическое звено 2511 усреднения, токозадающий резистор12, интегратор 13, ЦАП 14, ключ 15,аналоговый элемент 16 памяти, повторитель 17, входную шину 18, аналоговую выходную шину 19, цифровую выход- З 0ную шину 20,Устройство работает следующим образом.Сформированный входной сигнал свыхода формирователя 1 (фиг.2, И 1)в начале каждого периода запускаетдозирующий элемент 2, который формирует дозирующие импульсы постояннойвольт-секундной площади (Фиг.2, И 2),поступающие на вход синхронизации40генератора 5. При этом на выходе генератора 5 устанавливается нулевойпотенциал (Фиг,2, И 5), По переднемуфронту дозирующих импульсов Формирователем 3 в момент ео Формируется импульс записи (фиг.2, И 3), по заднемуфронту которого в момент 1. Формирователем 4 формируется импульс сброса(фиг.2, И 4), Импульс записи подаетсяна С-входы регистра 9 и реверсивногосчетчика 7, и по его переднему фронту в момент с производится параллельная запись выходного кода счетчика 6в регистр 9 и реверсивный счетчик 7в конце каждого периода входного сигнала, Импульс сброса поступает на 55К-входы счетчика 6 и триггера 8 иустанавливает на их выходах нулевойуровень,По окончании дозирующего импульса в момент с генератор 5 формирует пачку импульсов, поступающую на счетный вход счетчика 6 и вход вычитания реверсивного счетчика 7. Формирование пачки импульсов генератором 5 и подсчет их осуществляется на интервале- с , Количество импульсов в пачке пропорционально длительности С - Сд . Поскольку длительность дозирующих импульсов С посдо 9 тоянна, то количество импульсов в пачке пропорционально периоду входного сигнала, Количество импульсов в пачке подсчитывается счетчиком 6, и код на его выходах в конце каждого периода пропорционален длительности К-го периода.Пачка импульсов генератора 5 поступает также на вход вычитания реверсивного сцетцика 7 и вычитается из числа, записанного в реверсивный счетчик 7 в конце (К)-го периода в момент с,. Таким образом, происходит сравнение длительностей (К)-го и К-го периодов путем вычитания чисел, пропорциональных их длительности, На фиг.2 принято, цто (К)-й период больше или равен по длительности К- му периоду входного сигнала. В этом случае на выходе заема реверсивного счетчика 7 сохраняется уровень логической единицы и состояние триггера 8 не меняется, Принято также, что (К+1) -й период больше К-го периода (фиг.2, И 1). В (К+1)-ом периоде на выходе реверсивного счетчика 7 появится импульс (фиг.2, И 7), который устанавливает триггер 8 в состояние логической единицы (фиг,2, И 8). По переднему Фронту импульса записи происходит запись выходного кода счетчика 6 и выходного состояния триггера 8 в регистр 9. После этого на к-входы счетцика 6 и триггера 8 поступает импульс сброса с формирователя 4 и устанавливает на их выходах уровни логического нуля. На выходе регистра 9 в конце каждого периода получаем код, число в разрядах 1-и которого пропорционально длительности окончившегося периода, а (и+1)-й разряд указывает на знак изменения длительности периода (логицеский нуль длительность периода постоянна или уменьшилась, логическая единица- длительность периода увеличилась).550621переключения необходимо за основубрать вариант с изменением частотыот Г до Г, (Фиг,За).5При скачкообразном уменьшении час"тоты от максимального значения Гмакдо текущего значения Г. выходное на 1пряжение устройства 51Выходной код регистра 9 поступаетна адресные входы блока 10 памяти,который запрограммирован в соответствии с разбивкой на поддиапазоны(Фиг.3). При изменении частоты входного сигнала изменяется код на адрес.ных входах блока 10 (Фиг.2, И 9). Изменение адресного кода блока 1 О приводит к изменению его выходного кода(фиг,2, И 10), который поступает нациФровые входы циФроаналогового преобразователя 14, В зависимости отчастотного поддиапазона устанавливается оптимальное для данного поддиапазона сопротивление ЦАП 11, которыйв качестве управляемого резистора входит в быстродействующее динамическоезвено 11 усреднения, На интегратор13 через токозадающий резистор 12поступает дозирующий импульс с блока2, .и через ЦАП 1 ч поступает напряжение с выхода повторителя.На время с 1 - , (фиг.2, И 3) импульсом записи открывается ключ 15,и выходное напряжение интегратора 13подается на элемент 16, На интервале с, - с, ключ 15 закрыт, и конденсатор 16 сохраняет свой заряд,При скачкообразном увеличении частоты, что соответствует преобразованию импульсных сигналов, наихудшимвариантом является изменение частотыот минимального значения Г до текущего значения Г , Выходное напряжение преобразователя частоты в напряжение в этом случаео 1Г20 50-1 омин 1л где и - количество периодов окончания переходного процесса; Е,л - напряжение и длительностьдозированных импульсов;В, - сопротивление ЦАП;Е 1 - сопротивление элемента 11;л, С;=Сй - постоянная цепи обратной свямзи,При увеличении частоты от значений Г)Г переходной процесс заканчивается быстрее в соответствиис выражением (1), чем в описанномварианте. Поэтому при расчете частот1 О Оых(м 11, "аз с+ (1. - - Г ) (1 --- ) Я. (2)1 ьМсф с51 Как следует из выражений (1) и(2), максимальное быстродействие обес.печивается при выполнении условия Чем больше отклонение от условия(3), тем больше затягивается переходной процесс.25 С использованием выражений (1) и(2) определены частотные поддиапоэоны для завершения переходного процесса за два периода при динамическойпогрешности 24 при увеличении часто- ЗО ты (Фиг.3 а) и при уменьшении частоты (фиг,3 б). Диапазон изменения частоты на входе преобразователя принят.от м до Г с =2,2 Г ц, а постоянные времени в каждом частном частотном поддиапззоне равны обратной величине от начального значения частотыв этом поддиапазоне. В соответствиис данными Фиг,3 программируется блок10 памяти,. Выигрыш в быстродействии 4 О возрастает с увеличением диапазонаизменения входной частоты. При этомувеличивается количество частотныхподдиапазонов.В установившемся режиме выходное 45 напряжение преобразования частотыв напряжение на основании выражений" алых. уст = Е д, , (4)11 где Г - текущее значение частоты.увеличением текущего значения частоты Е дискретно уменьшается постоянная времени цепи обратной связи за счет соответствующего уменьшения сопротивления ЦАП 11. Это приводит к дискретному уменьшению коэфФициента передачи устройства в каждом час 1550621тотном поддиапазоне. Для индикациикоэффициента преобразования устройства в каждом частотном поддиапазонеиспользуется код на входе ЦАП 14(цифровая выходная шина 20, 20,120.тп). Таким образом, осуществляется автоматическое уменьшение диапазона изменения выходного напряженияпреобразователя, что расширяет егообласть применения, Кроме того, сос"тояние разряда 20 (щ+1) дифровой выходной шины 20 сигнализирует направление изменения входной частоты.Сужение диапазона изменения выходных сигналов позволяет использоватьсерийные устройства последующей обработки с небольшим диапазоном изменения входных сигналов (быстродейст вующие регистраторы и аналого-цифровые преобразователи, дельта-модуляторы), Индикация знака изменения входной частоты позволяет синхронизиро",вать устройства определения экстремального значения выходного сигнала 25преобразователя частоты в напряжениеи адаптивные дельта-модуляторы,ф о р м у л а и з о б р е т е н и яЛреобразователь частоты в напряже- З 0 ние, содержащий последовательно соединенные первый формирователь, дозирующий элемент, второй и третий формирователи, счетчик и регистр, вход занесения которого подключен к выходу второго формирователя, и генератор35 опорной частоты, а вход первого формирователя является входной шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и рас ширения области применения, введены реверсивный счетчик, три 1"гер, блок памяти и динамическое звено усредне- ния, выполненное на токозадающем элементевыполненном на резисторе пер 45 вом конденсаторе, операционном усилителе, ключе, повторителе, цифро-аналоговом преобразователе и элементе аналоговой памяти, выполненномна втором конденсаторе, первый выводкоторого является шиной нулевого потенциала, второй вывод объединен свходом повторителя и подключен к выходу ключа, информационный вход которого подключен к выходу операционного усилителя и первому выводу первого конденсатора, а управляющий входобъединен с входом занесения реверсивного счетчика и подключен к выходу второго Формирователя, управляющий вход генератора опорной частотыобъединен через токозадающий резисторс входом операционного усилителя,выходом цифроаналогового преобразователя и вторым выводом первого конденсатора и подключен к выходу дозирующего элемента, счетные входы счетчика и реверсивного счетчика объединены и подключены к выходу генератора опорной частоты, выходы счетчикасоединены с соответствующими информационными входами регистра и реверсивного счетчика, выход заема которогосоединен с входом установки в "1"триггера, вход установки в "0" которого подключен к выходу третьего формирователя, а выход - к младшему информационному входу регистра, выходыкоторого подключены к соответствующимадресным входам блока памяти, выходыкоторого подключены к соответствующимцифровым входам цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого подключен к выходу повторителя, выход повторителя является аналоговойвыходной шиной преобразователя, авыходы блока памяти и выход младшего разряда регистра являются цифровойшиной преобразователя.