Преобразователь напряжения в частоту

Номер патента: 1115222

Автор: Иванов

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) Ш) в) Н 03 К 13/20 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Р 35 конструкторско автоматик пдл енн твенного о роизворибор"8,8) о СС 80.свидетельс3 К 13/20,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 23.09,84. (72) Л.А.Ивано (71) Специальнбюро систем прЧебоксарскогоединения "Пром(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕПЬ НАПРЯЖЕНИЯВ ЧАСТОТУ по авт. св. И 930663,т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования, в него введен второй последовательный резистивный делитель,первый вход которого соединен с выходом второго компаратора, второйвход - с общей шиной устройства,первый выход - с вторым входом ин"тегратора, второй выход - с вторыйвходом второго компаратора,Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в интеграторах аналоговых сигналов и в аналого-цифровых преобра 0 Поставленная цель достигается тем, что н преобразователь напряжения н частоту, содержащий интегратор, первый вход которого через первый резистор соединен с входной шиной первый и второй компараторы, первый вход первого компаратора соединен с выходом интегратора, второй вход - с источником опорного напряжения через второй резистор и с общей шиной через ключ, управляющий вход ко торого подключен к выходу первого компаратора, выходы компараторов соединены между, собой через первый последовательный резистивный делитель, средняя точка кбторого соединена с 50 первым входом интегратора через нелинейный симметричный двухполюсник с зоной нечувствительности, первый и второй входы второго компаратора подключены соответственно к вход ной и общей шинам преобразователя, введен второй последовательный резистивный делитель, первый вход кото" эователях. 5По основному авт.св. В 930663известен преобразователь напряженияв частоту, содержащий интегратор,вход которого через первый резисторсоединен с входной шиной, первыйи второй компараторы, первый входпервого компаратора соединен с выходом интегратора, второй вход - систочником опорного напряжения черезвторой резистор и с общей шиной через 5ключ, управляющий вход которого подключен к выходу первого компаратора,выходы компараторов соединены междусобой через последовательный резистинный делитель, средняя точка которого соединена с входом интегратора через нелинейный симметричныйднухполюсник с зоной нЕчувстнительности, первый и второй входы второгокомпаратора подключены соответственно 25к входной и общей шинам преобразователя 11,Недостаток известного устройства - низкая точность преобразования.в области малых значений входногосигнала, что обусловлено наличием,зоны нечувствительности.Пель изобретения - повышениеточности преобразования.рого соединен с выходом второго компаратора, второй вход - с общей шиной устройства, первый выход - с вторым входом интегратора, второй выход - с вторым входом второго компаратора..На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы электрических сигналов н преобразователеПреобразователь содержит интегра" тор 1, иннертирующий первый вход которого соединен с входной шиной 2 через резистор 3, К выходу интегратора подключен неинвертирующий первый вход компаратора 4, а к входйой шине 2 - инвертирующий первый вход компаратора 5. К выходам компараторон 4 и 5 подключен резистинный делитель 6, выполненный на резисторах 1 и 8. Средняя точка делителя 6 соединена с первым входом интегратора через нелинейный симметричный днухполюсник 9 с зоной нечувстви- тельностИ, в качестве которого .может быть использован симметричный стабилитрон. Неинвертирующий второй вход компаратора 4 соединен с источником 10 положительного опорного напряжения через резистор 1 и с общей шиной устройства 12 через ключ 13, управляющий вход которого подключен к выходу компаратора 4.Выходы компараторов 4 и 5 соединены соответственно с выходными шинами 14 и 15, Преобразователь содержит также последовательный резистивный делитель 6, первый вход которого соединен с выходом компаратора 5, второй вход - с общей шиной устройства, первый выход - с неинвертирующим вторым входом интегратор 1, второй выход - с неинвертирующим вторым входом компаратора 5.Интегратор выполнен на операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен с выходом через конденсатор и является инвертирующим входом интегратора, а неиннертирующий вход - неинвертирующим входом интегратора. В качестве компаратора 4 и 5 применены операционные усилители. Ключ 13 выполнен любым известным образом так, что он замкнут при положительном и разомкнут при отрицательном напряжениях на входе управления с уровнями, соответствующими выходным логическим1115222 3уровням компаратора 4. В делителе 6резисторы 7 и 8 имеют одинаковыеноминальные сопротивления, которыеномного раэ (например более, чем в50 меньше сопротивления реэисто 5ра 3. Двухполюсник 9 имеет зону нечувствительности с границами, которые по абсолютной величине меньшев 2-3 раза выходных напряженийкомпараторов 4 и 5, но больше мак- Осимально возможной разности их абсолютных значений. Например, прииспользовании в качестве компараторов 4 и 5 микросхем операционныхусилителей с абсолютными величинаминапряжений выходных логическихуровней в пределах ,2-14,5 В приноминальных напряжениях питания+15 В и использовании в делителе 6резисторов с пятипроцентцыми допускаемыми отклонениями сопротивленийот номинальных значений может бытьиспользован двухацодцый стабилцтрон с номинальными напряжениямистабилизации +6,2 В.25Делит ел ь 16 вы пол не н н виде соединенныхх последовательно резисторов17-9, сопротивления которых выбраны такими, что напряжение относительно общей шины 12, получаемое путем30деления им выходного напряжениякомпаратора 5, на втором выходе превышает по абсолютной величине каждое из напряжений питания компаратора 5, деленное на коэффициент усиления примененного в качестве компаратора 5 операционного усилителя,но составляет пренебрежимо малуючасть от верхнего предела изменениявходного напряжения преобразователяна шине 2 и равно + 2-31 мВ, а на 40первом выходе превышает по абсолютной величине напряжение на второмвыходе по крайней мере на сумму абсолютных значений максимально воэможных напряжений смещения нуля интегратора 1 и компаратора 5,С - емкость конденсатора отрицательной обратной связи интегратора 1;И- напряжение ца выходе источника 1 О;0 - напряжение на выходе делиЯлтеля 6;Б и Ц-напряжения на первом,.3-74и втором выходах делителяЬсоответственно;14 и 1 - напряжения смещения нуЛяинтегратора 1 и компаратора 5соответственно;О и (1 - логические сигналы на выходных шинах 14 и 15 соответственно;- ток через двухполюсцик 9 вЕсторону интегратора 1.Другие условные обозначения вводятся по ходуописация,На шину 2 от внешнего источникапоступает диалоговый сигнал Х напряжения постоянного тока с симметричным относительно нуля напряжения нашине 12 верхним и нижним пределамиизменения, например сигнал плюс10-0- минус 10 В. Если напряжение Унаходится в пределах линейной частивыходной характеристики интегратора 1, что всегда имеет место, тонапряжения на ицнертирующем и неинвертирующем входах интегратораотличаются не более чем ца небольшуювеличину 14 напряжения смещения нуляинтегратора 1. Нри указанном симметричном питании компараторов 4 и 5 .ановившиеся эцачеция 1, 1 х 7 фи У 4 напряжений К ц У имеют приблизительно одинаковую абсолютнуювеличину Е, близкую к абсолютнойвеличине напряжений питанияНа неинвертирующий вход интегратора 1 сделителя 6 поступает напряжениеУЧ.4 , приблизительно равноеУстройство работает следующимобразом.50 Будем использовать следующие условные обозначения: Х - напряжение внешнего анапогового сигнала на входной шине 2; У - напряжение на выходе интег ратора 1; 04 и О - напряжения на выходах компараторов 4 и 5;где К- коэффициент передачи делителя 16 по первому5 р.(к-ЙД- величина, принимающаязначение плюс 1 при(Х) 0 и значениеминуспрй (Х) . О.Иэ вышеизложенного следует, что ,ток 1, поступающий на инвертирующий вход интегратора 1 с шины 2 через резистор 3, равен111522и-ЬЦугМх= где Р - сопротивление резистора 3.При указанном выборе сопротивлений резисторов делителя 16 11.1 по абсолютной величине всегда больше, чем 1, так что знак алгебраической суммы второго и трЕтьего слагаемых в числителе правой части выражения (2) противоположен зеваку разностй величины (Х), а абсолютная величина упомянутой суммы пренебрежимо мала по сравнению с верхним пределом изменения сигнала Х. Величина тока д зависит от выходных логических соСтояний компараторов 4 и 5, т.е, от логических сигналов , и 20 При противоположных знаках установившихся значений напря:.;ений Б и Б напряжение Б 4 находится в зоне нечувствительностИ двухполюсника 9, при этом 1=0, В этих случаях входной ток интегратора 1, если пренебречь небольшим собственным входным током, определяется выражением (2 ), в процессе интегрирования которого напряжение У изменяется со скоростью Ч,1, определяемой выра- жением 30(4) 50 где Опор - порог открывания двухполюсника 9;сопротивление резисторов7 и 8.В этих случаях при указанном выборе значений Бпо и, К,токпо абсолютной величине на два порядка больше максимально возможной величины тока, соответствующей верхПри совпадающих знаках установив 35 шихся значений напряжений Б 4 и Ц к двухполюснику 9 через выходное со противление делителя б приложено напряжение с абсолютной величиной, приблизительно равной Е, Которая зна 40 чительно превышает порог открывания двухполюсника 9, вследствие чего на инвертирующий вход интегратора 1 поступает ток , направление которого определяется знаком напря 45 жений Л и 11, а абсолютная величина определяется выражением нему пределу изменения напряжения Х, при этом напряжение У изменяется со скоростью Д, определяемой приближенным выражением(5)2 СИз вышеизложенного следует, что /о,//а/.Работа преобразователя в режиме большого (по сравнению с напряжением О у ) сиГнала Х поясняется с лов3мощью фиг. 2, на которой приведены временные диаграммы электрических сигналов Х, Ь, 11, , У, Хотя сигнал Х является аналоговым сигналом, т. е. может произвольно изменяться во времени, для упрощения диаграмм напряжение Х до момента времени г.4 принято равным плюс 10 В, в интервале времени от Т 4 до г.5 плюс 5 В, после момента времени . минус 10 В,При Х) О БО, а 11 в различФные моменты времени может име-ь разные знаки, Если, как пока:;ано в начальный момент времени, 0О,то 14 =О и У уменьшается со скоростью, абсолютная величина которой в соот - ветствии с выражениями (2) и (3) приблизительно прямо пропорциональна напряжению Х. Ключ 13 при этом открыт, вследствие чего напряжение на инвертирующем входе компаратора 4 имеет первое значение, близкое к нулю. При достижении в момент времени напряжением У указанного первого значения О принимает отрицательное значение О, вследствие чего ключ 3 закрывается, напряжение на инвертирующем входе компаратора 4 принимает второе значение, близкое к 0 оп, возникает отрицательный ток 1 = 1 и напряжение У быстро увеличивается со скоростью О (на диаграммах фиг.2 для повышения наглядности скорости изменения напряжения У в интервалах времени, когда 10, значительно уменьшены по сравнению с их действительными значениями 1. При достижении в момент времени Ь напряжением У упомянутого второго значения О 4 снова принимает положительное значение о+ вследствие чего ключ 13 открывается, а ток 4 становится равным нулю, и напряжение У снова уменьшается со скоростью, определяемой величиной напряжения Х, до момента време(7) ни 1, когда оно снова достигает первого упомянутого значения. Дапее описанные процессы периодическиповторяются, при этом преобразователь формирует на шине 14 последовательностьимпульсов выходного логического сигнала О .Период Т следования импульсов равен сумме первой и второй частейи Ф, определяемых приближенными выр аж ения ми При уменьшении в момент времени, напряжения Х в два раза пропорционально увеличиваются первые час-,ти периода, тогда как вторые частисохраняются неизменными.При Х сО (после момента времени 6 ) Ч,1 0, при этом преобразователь работает аналогично опи 25санному выше эа исключением того,что при совпадающих положительных знаках напряжение Ц, и П,токпринимает положительноенаправление, также противоположноенаправлению тока д, .Частота Г следования импульсовобратна периоду Т.Из зависимостей следует: Так как , зависит от Х, то наличие в выражении (8) последнег сомножителя свидетельствует о наличии40 определенной нелинейности зависимос-ти т от Х, которая, однако, может быть снижена до практически приемлемой величины, например до 0,57, путем выбора надлежащего соотношения между сопротивлениями К и КНалиЧие в выражении(8) постоянных слагаеюи -1 и +0,1 свидетельствует о наличии некоторой составляющей погрешности преобразования напряжения Х в частоту, однакоее приведенная величина к верхнемупределу изменения напряжения Х придостаточно большом значении этогопредела, небольших свойственныхинтегральным микросхемам операционных усилителей значениях 1и 1 иуказанном выборе коэффициентов передачи делителя 6 находится в приемлемых пределах для многих. областейприменения преобразователя, например при входном сигнале Х минус 0-0+1 О В, применении операционных усилителей типа К 553 УД 2 и величине+ 20 мВ указанная составляющая приведенной погрешности це превышает+ 0,37. Более высокая точцость преобразователя может быть достигнутапутем балансировки интегратора 1 икомпаратора 5 с помощью известныхустройств балансировки и соответствующего уменьшения величины К Л иТриггерная характеристика переключений компаратора 5, достигаемая за :чет подключения его цеинвертирующегс входа к второму выходу делителя 16, обеспечивает крутые Фронты логического сигнала Й,знака на шине 15, В тех случаях, когда к преобразователю не предъявляются жесткие требования в отношении длительностей фронтов сигнала О, резистор 19 может быть исключен и заменен перемычкой. Введение в преобразователь делителя 16 при надлежащем выборе его коэффициента передачи обеспечивает описанное действие при любых значениях напряжения Х, в том числе находящихся между значениями 1 и 1, т,е. преобразователь не имеет эоны нечувствительности к входному напряжению, причем выходное напряжение интегратора всегда остается в пределах приблизительно от нуля до опорного значения напряжения, т.е, в допустимых пределах для входа ком-. паратора 4.1)5222 и,оставитель В. Пешехред Д,Иикеш актор А.Козориз 1 /44 ВНИ ое ака 13 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Хов Корректор А,Обручар Подпи митета СССР ткрытий . кая наб., д.

Смотреть

Заявка

3499228, 06.10.1982

СПЕЦИАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИКИ ЧЕБОКСАРСКОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ "ПРОМПРИБОР"

ИВАНОВ ЛЕВ АЛЕКСЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H03K 13/20

Метки: частоту

Опубликовано: 23.09.1984

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1115222-preobrazovatel-napryazheniya-v-chastotu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Преобразователь напряжения в частоту</a>

Похожие патенты