Преобразователь напряжения в частоту

нало нно о у 13 ф тно нап го ключ риц. об ри достпераци ение г ыходным 3 ОСУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07 НРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ(56) Гутников В.С. Применение операпионных усилителей в измерительной технике. - Л,:Энергия, 1975, с. 106,Авторское свидетельство. СССР Р 1171963, кл. Н 03 С 3/00, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ(57) Изобретение относится-к автоматике, телемеханике и измерительной технике. Пель изобретения - повыщени линейности характеристики преобразо вания при уменьшении асимметрии ее крутизны при разнополярных входных сигналах. Устр-во содержит два опера, 1552346 еля 1 и 2, два ключа 3 нсатора 5 и 6, четыре 7-10 и формирователь ль сно-модулированных11, состоящий из опеилителя 12, управляеморех Р 14-16 и Р 17 отсвязи, П ижении усилителя 1 уровня напряжения поло-.жит, (отриц.) полярности на выходеФормирователя ЧИ 1 ч-сигналов 11 напряжение с выхода операционного усилителя 2 изменит свою полярность на противоположную и на выходе Формирователя ЧИ 1"-сигналов 11 установится отрип, (положит,) напряжение, Пель до-стигается введением ормирователяЧИ, - сигналов 11 при равенстве на еговыходе напряжений положит. и отриц,полярности. 1 з,п. -лы, 2 ип,Изобретение относится к автоматике телемеханике и измерительной техФнике и может использоваться для преобразования напряжения в частоту, атакже для и реоб разов ания отношениявходных сигналов и их квадрата в девиацию частоты.1 ель изобретения - повьшение линейности характеристики преобразования при уменьшении асимметрии ее крутизны при раэнополярных входных сигналах.На фиг.представлена структурнаяэлектрическая схема предложенногопреобразователя напряжения в частоту;на фиг. 2 - временные диаграммы егоработы,Преобразователь напряжения в частоту содержит первый 1 и второй 2операционные усилители, первый 3 нвторой 4 ключи, первый 5 и второй 6,конденсаторы, с первого по четвертый(ЧИМ) сигналов, который содержит операционный усилитель 12, управляемыйключ 13, с первого по третий резисторы 14-16, резистор 17 отрицательнойобратной связи (ООС), сигнальный вход 3018, первый 19 и второй 20 управляющиевходы и выход 21.Преобразователь работает следующимобразом.При положительной полярности сиг 35нала на выходе операционного усилителя 2 в интервале времени Т=(фиг, 2 д) ключи 3 и 4 открыты,а ключ 13 закрыт, на виходе Формирователя 11 ЧИН-сигналов устанавливается напряжение положительной полярнос- ти РчЦ 20 К 49 ф 4 Ф где Б Б - напряжение соответст 19 ф 2 Рвенно на первом и втором управляющих входах 19 и 20 преобразователя напряжения в частоту(фиг, 2 в, б);=К К - величины сопротивлений 14 ф 9резисторов 14 и 17 соответственно,Напряжение Б через резистор 1 ОИ 55 подается на неинвертирувячий вход операционного усилителя 1, на выходе которого формируется линейно нарастающее напряжение (фиг, 2 г). Преобра где Н - отрицательное выходное нампряжение формирователя 1ЧИИ-сигналов;Б - напряжение на сигнальном1 Ьвходе 18 преобразователянапряжение-частота(фиг, 2 а);К 9,К - величины сопротивлений резисторов 9 и 1 О;Ср - величина емкости конденсатора 6,При достижении выходным напряжением операционного усилителя 1 уровня Б напряжение с.выхода операционного усилителя 2 изменяет свою полярность на противоположную. Это приводит к закрыванию ключей 4, .3 и открйванию ключа 13, На выходе Формирователя 11 ЧИК-сигналов устанавливается отрипдтельное напряжение КпК 4019 К 1 т Б = - " - Н и К 1914(3,) 1Это напряжение через резистор 10 подается на неинвертирующий вход усилителя 1, на выходе которого Формируется линейно падающее напряжение наГинтервале времени Т = С - С. Преобразуемый сигнал 11, с входа 18 через резисторы 7 и 8 подается на инвертирующий вход операпионного усилителя 1. При достижении выходным напряжением операционного усилителя 1 уровня Б, напряжение на его выходеизменяет свою полярность на противоположную и описанные процессы повторяются. з ГВремя обратного хода Т треугольного напряжения можно определить из выражения 1(4)- Пн зуемый сигнал с входа 18 через открытый ключ 4 и резистор 9 подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 1.Время прямого хода Т = С- Ср треугольного напряжения на выходе операционного усилителя 1 может быть представлено выражениемНнТ ------ , - , (2)и+,1. ф(6) услов к выраже При выполнении этихние (5) примет вип-Б + 1 4 л буемого параметра Блл достигается изменением напряжения на первом управляющем входе 19 преобразователя напряжения в частоту.При выполнении условий (6) и (8), 25как следует из (9), предложенный преобразователь напряжения в частотуобеспечивает преобразование отношения двух сигналов в девиацию частоты(1 2) 30 81 С 5 112 оЭтот случай показан на фиг. 2 винтервале времени С - С. При этомна сигнальный вход 18 и второй управляющий вход 20 подаются изменяющиеся сигналы положительной полярности (фиг, 2 а, б),Кроме того, в случае, когда К,Ки напряжение на сигнальном вхол 6де 18 равно нулю, в предложенном пре образователе напряжения в частотупроизводится преобразование квадратаотношения двух сигналов в девиациючастоты, что подтверждается при подстановке в выражение (7) выражений 45 (1 ) и (3) Рлч 1 ллемЬГ,= -- ; --- (-;, - -) . (13)8 Р К,С, ПцНа фиг. 2 этот режим показан, на чиная с момента с. При этом на сигнальный вход 18 подается нулевой сигнал, на первый управляющий вход 19 и на второй управляющий вход 20 подаются изменяющиеся сигналы положительной полярности (фиг. 2 а, б, в),Формула изобретения 1. Преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый операцион где К, Г - сопротивления резисторовФ7 и 8;С - емкость конденсатора 6. Для обеспечения правильной работы предложенного устройства необходимо согласно выражениям (2) и (4) выполнять следующие условия: Отсюда следует, что для получения линейной характеристики преобразования необходимо обеспечить Б - -1.1 - Б (8)(1 ллПри этом выражение (5) преобразуется к виду 11+ Ы8 К Сб 8 К С 5111 ло + 11(9) В предлагаемом преобразователе напряжения в частоту выполнение условия (8) согласно выражениям (1) и (3) и пРи Улла = 0 обеспечиваетсЯ длЯ К, = К, причем-11= П ю .(10) Указанное условие вь 1 полняется на практике с очень высокой точностью, что при выполнении условия (6) обеспечивает.увеличение линейности характеристики преобразования и уменьшение асимметрии ее крутизны при разнополярных входных сигналах (К) 1К м м т (11)8 К,СУ ллЭтот случай показан на Ьиг, 2 в интервале времени- йо. При этом на сигнальный вход 18 подается разно- полярный сигнал, на первый управляющий вход 1 9 поступает нулевой сигнал, на второй управляющий вход 20 поступает постоянное положительное напряжение (фиг, 2 а, б, в)Соответствующим выбором параметраБ , можно добиться частичной компенлсации погрешности линейности при нарушении условия (6). Получение треИспользуя выражения (2) и (4), можно определить частоту выходных ко- лебанийный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующич входом через первый конденсатор, последовательно соединенные первый резистор и второй резистор, второй вывод которого соедйнен с инвертируюшж входом первого. операционного усилителя, первый ключ, который включен между точкой соединенИя первого и второго резисторов и общей шиной, последовательно соедине 1 нные второй ключ и третий резистор, в арой вывод которого соединен с невертирующвч входом первого операщонного усилителя, второй операцион н 9 й усилитель, инвертирующий вход котворога соединен с выходом первого операционного усилителя, четвертый резистор, первый и второй выводы которого соединены соответственно с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и с неинвертирующы входом второго операционного усилнтеля, и второй конденсатор, первый и,второй выводы которого соединены 25 соответственно с неинвертирующим входрм первого операционного усилителя ис общей шиной, при этом управляющие взводы первого и второго ключей соединны между собой, второй вывод перво- ЗО гЬ резистора и вход первого ключа срединены между собой, и точка их соединения является сигнальным входом, а выход первого операционного усилителя - выходом преобразователя35 напряжения в частоту, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что, с целью повьппейия линейности характеристики преобРазования при уменьшении асимметрии ее крутизны при разнополярных входных о сигналах, в него введен формирователь частотно-импульсно-модулированных сигналов, выход которого соединен с, неинвертирующим входом второго операционного усилителя, вход управления 45 полярностью частотно-импульсно-модулированного сигнала соединен с выходом второго операционного усилителя и с точкой соединения управляющих входов первого и второго ключей, а вход напряжения смешения постоянного уровня частотно-импульсно-модулированного сигнала и вход сигнала управления амплитудой частотно-импульсно-модулированного сигнала формирователя частотно-импульсно-модулированных сигналов являются соответственно первьм И вторым управляющими входами преобразователя напряжения в частоту.2, Преобразователь по п,1, о т л н ч а ю щ и й с я тем, что формирователь частотно-импульсно-модулированных сигналов содержит операционный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующим входом через резистор отрицатЕльной обратной связи, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены с инвертирующич входом операционного усили.теля, третий резистор, первый вывод которого соединен с неинвертирующяа входом операционного усилителя, а второй вывод - с вторым выводом второго резистора, и управляемый ключ, который включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей ниной, при этом выход операционного усилителя является выходом формирователя частотно-юпульсно-модулированных сигналов, второй вывод первого резистора - входом напряжения смещения постоянного уровня частотно-импульсно-модулированного сигнала, точка соединения вторых выводов второго и третьего резисторрв - входом сигнала управления амплитудой частотно-импульсно-модулированного сигнала, а управляющий вход управляемого ключа - входом управления полярностью частотно-импульсно"модулированного сигнала.1 552346Ь 7Составитель .Г.Захарченко едактор А.Мотыль Техред И,Дидык Корректор Т Пал аказ 339 Тирах 653 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1