Частотно-импульсный преобразователь

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 961139(22) Заявлено 20.02.81 (21) 3247797/18-21 с присоединением заявки РЙ 1 Ъоударстеенный комитет СССР(23) Приоритет оо делом изобретений и открытийДата опубликования описания 23 . 09 . 82(54) ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1Изобретение относится к автомати-ке и вычислительной технике и предназначено для использования в энер"гетике для измерения расхода электроэнергиии,Из вестны частотно-импульсныеГ ум 5ножители частоты, которые осуществляют умножение частот, либо умножение частоты на код. Эти устройства построены в виде частотно-импульссной следящей системы, в контурекоторой имеется элемент задержки,например, в виде делителя частоты вцепи обратной связи. 11.Однако указанные устройства характеризуются низким быстродействием,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсячастотно-импульсный преобразователь, 20содержащий источник входного тока,выход которого соединен с обкладкойинтегрирующего конденсатора, с входомсравнивающего блока и выходом клю 2ча, обладающий высокой точностьюи быстродействием 2Однако известный преобразовательне дает возможности получить выход"ную частоту, пропорциональную произведению двух входных величин,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства, а именно создание частотно-импульсного преобразователя,выходная частота которого пропорциональна произведению входного токаи входной частоты с высокими пока"зателями по точности и быстродейст вию,Указанная цель достигается тем,что частотно-импульсный преобразователь, содержащий источник входного тока, выход которого соединенс обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блокаи выходом ключа, источник эталонного тока, выход которого связан свыходом ключа, дополнительно содер 961Эжит преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, .дешифратор, первый и второй генераторы иипульсов опорной частоты, первый и второй распределители импульсов, диф" ференцирующую цепь, диод и выходной йб-тригер, при этом выход первого генератора иипульсов опорной частоты через последовательно соединенные первый распределитель импульсов, преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор и второй распределитель связан с Я-вхо" дом ЯЬ-триггера и с входной клемиой опорной частоты, а также с вто" рым входом преобразователя периода в код непосредственно, второй вход второго распределителя иипульсов через последовательно соединенные дифференцирующую цепь и диод связан с выходом сравнивающего блока, а его третий вход соединен с выходом второго генератора импульсов опорной частоты,второй выход второго распределителя импульсов связан с управляющи входом блока переписи кода,а его третий выход . соединен с 5-входом выходного й" триггера и с вычитающим входом счетчика, причем выход йЗ-триггера связан с управляющим входом ключа.На фиг. 1 приведена блок-схема частотно"импульсного преобразователя; на фиг. 2 - диаграимы напряжений.Частотно-импульсный преобразователь содержит источник 1 входного тока, интегрирующий конденсатор 2, соединенный с входои сравнивающего блока 3, источник 4 эталонного тока, ключ 5, преобразователь 6 периода в код, блок 7 переписи кода, счетчик 8, дешифратор 9, первый 10 и второй;11 генераторы импульсов опорной частоты, первый 12 и второй 13 . распределители и выходной йб-триггер.При этом первый вход 15 первого распределителя 12 связан с выходом генератора импульсов входной частоты через клеииу 16, первый выход 17 " с управляющим счетныи входом 18, второй выход 19 - с кпеммой 20 перепи" си кода, а третий выход 21 - с клем мой 22 обнуления преобразователя пе" риода в код 6, выход первого гене" ратора 10 импульсов опорной частоты связан с вторыи входом 23 первого распределителя 12 .импульсов и с входной клеммой 24 опорной частоты преобразователя 6 периода в код. Первый вход 25 второго распределителя 13 139 фимпульсов через. последовательно соединенные дифференцирующую цепь 26 идиод 27 связан с выходом сравниваю"щего блока 3, второй вход 28 - с вы% ходом второго генератора 11 импульсовопорной частоты, а третий вход 29 с выходом дешифратора 9, связанногосвоими входами с выходами счетчика 8.Первый выход 30 второго распреде лителя 13 связан с управляющим входои 31 блока 7 переписи кода, второй выход 32 - с 3- входом выходного Ю -т ри г"гера и с вычитающии счетным входом33 счетчика 8, а третий выход 34- 15 с й-входом выходного Я 5- три г гера 14,выход которого связан с выходнойклеммой 35 преобразователя и с управляющим входом 36 ключа. Выход преобразователя 6 периода в код связан 20 через блок 7 переписи кода с устано-вочными входами счетчика 8.Входными параметрами преобразователя являются входной ток 3 З источника 1 и частота следования импуль сов Гна входной клемме 16; выходной величиной является частота следования импульсов на выходной клемме 35, которая равна30ойвьц у . Ьх ВхОП 1 ЭТгде 1 оп и Го- частота следованияоп,импульсов на выходе первого и второго 11 генераторов опорной частоты,Преобразователь работает следующим образом.Входной ток (фиг, 2 а) интегрируется на интегрирующем конденсаторе402, напряжение на котором изменяетсяв соответствии с диаграммой (фиг.2 и).При достижении напряжением уровнясрабатывания сравнивающего блока 3по сигналу с выхода последнего вырабатывается импульс необходимой длительности на выходе й 5-триггера 14(фиг, 2 ж), который поступает на управляющий вход ключа 5, подающего наинтегрирующий конденсатор 2 уравно 0 вешивающий импульс тока от источника4 эталонного тока. Частота следова"ния укаэанных импульсов есть выходная частота преобразователя. Формирование длительности уравновешиваф ющих импульсов происходит следующимобразом.Импульсы входной частоты (фиг.2 б)через клемму 16 подаются на первый5 9611вход 15 распределителя 12, на второйвход 23 которого подаются импульсыопорной. частоты от генератора 10.Распределитель 12 импульсов управляет работой преобразователя 6 перио- йда в код, который содержит счетныйтриггер, два счетчика, осуществляющих поочередный счет импульсов опорной частоты по суммирующим входам,а также запоминающий регистр. После 1 Опоступления импульса входной частоты на вход 15 первый импульс опорнойчастоты поступает с первого выхода17 распределителя 12 на управляющий счетный вход 18 преобразователя 36 периода в код, Счетный триггер меняет свое состояние, открывая входпредварительно обнуленного счетчика,который начинает заполняться импульсами опорной частоты первого генератора 10, поступающими на входнуюклемму 24. Второй импульс опорчой частоты с второго выхода 19 распредефлителя 12, поступая на клемму 20 переписи кода, производит перепись в фзапоминающий регистр преобразователя период - код значение кода, накопленного в другом счетчике за предыдущий период. Третий импульс с третьего выхода 21 распределителя 12, Зфпоступая на клемму 22, производитобнуление счетчика, код которого былзаписан в запоминающий регистр преобразователя периода в код.Диаграмма изменения кодов на счет- зчиках представлена на фиг. 2 б и г,а на запоминающем регистре, т.е. навыходе преобразователя периода в кодна фиг. 2 д. Таким образом, на выходе преобразователя 6 периода в кодвсеД 40се время хранится код, соответствующий текущему значению периодавходной частоты,39 4, выходного триггера 14, переводя егов единичное состояние, второй импульси последующие поступают также на вычитаоций счетный вход 33 счетчика8. Когда значение кода на выходе последнего примет нулевое значение,появляется сигнал на выходе дешифратора 9, который поступает на третийвход 29 распределителя 13. При этомформирование импульсов на второмвыходе 32 распределителя 13 прекращается, а на третьем выходе 34 появляется один импульс, который поступает на Р-вход выходного Р 5-триггера 14 и переводит его в исходноесостояние, Длительность импульса навыходе Р 5-триггераОП 1ЬОп 2 ЬХВыходная частота равна:вх оп 2ВЫХ ",Э Р . 1 ВХВХэт ОР 1 этт, е. выходная частота пропорциональна произведению входного тока и входной частоты.Основные качественные показателичастотно-импульсного преобразователя,ПредлаГаемая схема позволяет получить высокую точность преобразователя. Действительно, точность преобразователей следящего уравновешивания зависит от точности стабилизатора эталонного тока 3 т и точности выработки длительности эталонного импульса. Соответствующим выбором величин опорных частот Г 0 и и ГОп Оп 2можно легко обеспечить требуемуюдискретность измерения периода следования выходных импульсов и необходимый масштаб преобразования. Стабильность опорных частот также может быть высокой при применении, например, кварцевого резонатора, Стабильный источник эталонного тока так,же хорошо реализуется,При появлении положительного скач 45 ка напряжения на выходе сравнивающего блока 3 он через дифференциру- . ющую цепь 26 и диод 27 поступает на первый вход 25 второго распределителя.После этого первый импульс с выхода второго генератора. 11 опорной частоты проходит на первый выход 30 распределителя 13 и на управляющий вход 31 блока 7 переписи кода, после чего код с выхода преобразователя периода в код записывается в счетчик 8, Второй импульс генератора 11 проходит на второй выход 32 распределителя 13, откуда поступает на 5-вход Предлагаемая схема позволяет получить высокое быстродействиепри формировании выходных импульсов, частота которых пропорциональна произведению двух величин. Известно, что переходный процесс в преобразователе следящего уравновешивания заканчивается за один такт, так как к началу каждого такта напряжение на интегрируоцем конденсаторе равно одному и тому же пороговому напряжению сраба 7 9611 тывания сравнивающего блока, Небольшие отклонения от номинального напряжения срабатывания обусловлены только дискретностью опорной частоты, а также в случае необходимой за держки в формировании уравновешивающего импульса при совпадении моментов срабатывания сравнивающего бло" ка и блока переписи кода, Однако эти отклонения можно свести к достаточ но малым величинам увеличением опорных частот.Важным динамическим показателем предлагаемого преобразователя является высокая равномерность выход ной частоты. Он выгодно отличается от частотных умножителей, оперирующих с пачками импульсов или имеющих в контуре обратной связи элемент задержки. 26Предлагаемая схема позволяет при сравнительно небольших схемных затратах обеспечить высокие показатели по точности и быстродействию при умножении .двух или более, величин. 25формула изоб)етенияЧастотно-импульсный преобразова- ЗЕ тель, содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом ключа, источник эталонно" го тока, выход которого связан с выходом ключа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей .устрой 39ст ва, оно дополни тел ьно содержит преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор, первый и второй генераторы импульсов опорной частоты, первый и второй распределители импульсов, дифференцирующую цепь, диод и выходной ЙЗ-триггер, при этом выход первого генератора импульсов опорной частоты через последовательно соединенные первый распреДелитель импульсов, преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор и второй распределитель импульсов, связан с В-входом В 5-триггера и с входной клеммой опорной частоты, а также с вторым входом преобразователя периода в код непосредственно, второй вход вторрго распределителя импульсов через последовательно соединенные дифференцир"ющую цепь и диод связан с выходом сравнивающего блока, а его третий вход соединен с выходом второго генератора импульсов опорной частоты, второй выход второго распределителя импульсов связан с управляющим входом блока переписи кода, аего третий вход соединен с 5-входом выходного Й 5-триггера и с. вычитаащим входом счетчика, причем выход Й 5-триггера связан с управляющим входом ключа. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР У 20082, кл. Н 03 В 19/00,. 197. 2. Авторское свидетельство СССР Ю 46 Ц 970, кл. Н 03 К 13/20, 1975.961139 Составитель В,Муляруган ТехредМ. Надь Корректор В. Бутя га Редакто каз 7 писноеСССР иит ткрыт д. 4 я н лиал ППППатент", г. Ужгород, ул. Проектная 75ВНИИ ПИпо113035 Тираж 721 осударственного лаи изобретений Москва, ЖРа