Преобразователь напряжения в частоту

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержгиций первый интегратор , к выходу которого подключен вход компаратора, формирователь биполярного напряжения, вход которого под- . ключей к выходу компаратора, второй, интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, a выход - к первому входу первого интегр атора, и модулятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, a управляющий вход - с выходом компаратора, отличающийся тем,, что, с целью расширения функциональных возможностей , в него введен третий интегратор, выполненный на операционном усилителе , резисторе и первом конденсаторе в цепи обратной связи, параллельно которому через двухпозиционный переключатель , включены второй и третий конденсаторы, причем вход третьего интегратора подключен к выходу модулятора , выход - к вторежу входу первого интегратора, a управляющий t вход двухпозиционного переключателя подключен к выходу компаратора. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С ИНП

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1;-„ ;;, „:-;-

l)

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О П1РЫТИЙ (21) 3343775/18-21 (22) 05.10.81 (46) 15 ° 06.83. Вюл. В 22 (72) В.В. Гаухштейн и В.P. Гольдберг. (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 651478, кл. Н 03 К 13/20, 01.12.77.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2984320/18-21,. кл. Н 03 К 13/20, 25.03.80 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРА30ВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

В ЧАСТОТУ, содержащий первый интегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, формирователь биполярного напряжения, вход которого под-, ключен к выходу компаратора, второй, интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного,SU„„1023652 A напряжения, а выход - к первому входу первого интегратора, и модулятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а управляющий вход - с выходом компаратора, о т л и ч а ю щ и и с ÿ òåì,, что, с целью расширения Функциональных возможностей, в него введен третий интегратор, выполненный на операционном усилителе, резисторе и первом конденсаторе в цепи обратной связи, параллельно . которому через двухпозиционный переключатель . включены второй и третий конденсаторы, причем вход третьего интегратора подключен к выходу моду" лятора, выход — к второму входу первого интегратора, а управляющий С3 вход двухпоэиционного переключателя .подключен к выходу компаратора.

1023652

Иэобр ение относится к информационно-измерительной технике, в частности может быть использовано в аналого-цифровых преобразователях и измерительных .системах.

Известен преобразователь напряже- 5 ния в частоту, выполненный по принципу периодического интегрирования и импульсной обратной связи (1) .

Его недостатком являются ограниченные функциональные воэможности.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, формирователь биполярного напряжения, ахоп которо-. го подключен к выходу компаратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, а выход - к первому входу первого интегратора, и модулятор, вход которого соединен с вход-2О ной шиной преобразователя, управляющий вход - с выходом компаратора, а выход - со вторым входом первого интегратора f2) .

Однако данный .преобразователь не позволяет выполнять операцию извлечения квадратного корня, т.е. имеет, ограниченные функциональные воэможности, Целью, изобретения является расши- ЗО рение функцональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, к выходу которого подключен 35 вход компаратора, формирователь би.полярного напряжения, вход которого подключен к. выходу компаратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполяр- 40 ного напряжения, а выход — к первому входу первого интегратора, и модулятор, вход которого соединен с вход.ной шиной преобразователя, а управляющий вход — с выходом компаратора, 45 введен третий интегратор, выполненный на операционном усилителе, резисторе и первом конденсаторе в цепи обратной связи, параллельно которому через двухпоэиционный переключатель включены второй и третий конденсаторы, причем, вход третьего интегратора подключен к выходу модулятора, выход — к второму входу первого интегратора, а управляющий вход двухпозиционного переключателя подключен к выходу компаратора.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема преобразователя. устройство содержит первый ин- я) . тегратор 1, выход которого подключен к входу компаратора 2, выход которо- . го через формирователь 3 биполярного напряжения подключен к входу второго интегратора 4, выход которого подклю- чен к входу первого интегратора 1, модулятор 5, .вход которого подключен к входной шине преобразователя, управляющий вход подключен к выходу компаратора 2, а выход через резис-, тор б подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 7, выход которого подключен к второму входу первого интегратора 1, в цепь обратной связи которого включен конденсатор 8, причем элементы 6,7 и 8 в совокупности образуют третий интегратор 9. Параллельно конденсатору 8 через двухпозиционный переключатель

l0 включены конденсаторы 11 и 12.

Управляющий вход двухпоэиционного переключателя 10 подключен к выходу компаратора 2.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение @< постоянного тока, промодулированное модулятором 5, управляемым импульсными напряжениями прямоугольной формы от компаратора 2, поступает через резистор б на инвертирующий вход операционного усилителя 7.

Двухпозиционный переключатель 10 работает таким .образом, что в течение одного полунериода промодулированного входного напряжения к инвертирующему входу операционного усилителя 7 подключен один конденсатор (например 11), а в течение другоговторой (например 12). За счет такого включения цепи обратной связи операционного усилителя 7 к.концу каждого полупериода модулирующего напряжения напряжение на конденсаторе 8, а следовательно, и на выходе операционного усилителя 7 поочередно равно напряжениям на конденсаторах 11 и 12. Конденсаторы ll и 12 заряжаются током противоположного направления, протекающим через резистор 6 до напряжения равной величины противоположной полярности. При неизменном входном направлении ток через резистор 6 компенсирует измеыение напряжения .на конденсаторах 11 и 12, вызываемое перезарядом конденсатора

8. Пусть, например, в рассматриваемый момент времени к инвертирующему входу операционного усилителя 7 подключен конденсатор 12, при этом напряжение на конденсаторе 8 равно0 )

В момент очередной коммутации пере.-. ключателя 10 конденсатор 12 отключается от инвертирующего входа операционного усилителя 7, а конденсатор 11 подключается к нему. В течение следующего полупериода напряжение на конденсаторе 12 не изменяется. Напряжение на конденсаторе 8 в момент коммутации равно этому напряжению.

Напряжение на конденсаторе 11 в .этот момент времени имеет напряжеjO23652 подается биполярное напряжение U zb« прямоугольной формы, амплитудное значение которого в соответствии с выражением (3) пропорционально входному напряжению и обратно пропор5 ционально частоте. Выходное напряжение операционного усилителя 7 интегрируется первым интегратором 1, причем выходное напряжение этого интегратора изменяется по линейному

tp закону в пределах порогов срабатывания и отпускания компаратора 2. Формирователь биполярного напряжения 3 и второй интегратор 4 служат для компенсации постоянной составляющей напряжения на входе интегратора l.

В течение каждого полупериода напря- жение на выходе интегратора 1 изменяется на величину, равную разности порогов срабатывания и отпускания компаратора 2. Таким образом, частота следования выходных импульсов преобразователя определяется выражением

0 выл

По)" (4) U 6ч

8(U,-U,)2В С или f =. k U(ea), 35 (3) (5) 1. где f = — - частота выходных импульT сов компаратора, выход которого является выходом4О преобразователя.

При С8аа С,(С< - величина емкос.ти конденсатора ll) напряжение на выхода операционного усилителя 7 в течение одного полупериода изменяет- 45 ся пренебрежимо мало. Таким образом, на первый вход первого интегратора (6) где )с

Составитель B. Дмитриев

ТехРеД:В,далекорей КоРРектор А. Ильин

Редактор А. Гулько

Заказ 4240/50 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 ние ц д (в течение предыдущего полупериода оно не изменяется, так как конденсатор 11 отключен). При подключении конденсатора 11 к инвертирующему входу операционного усилителя 7 в течение весьма короткого промежутка времени происходит перезаряд конденсатора 8, величина емкости которого во много раэ меньше величины емкости конденсаторов 11 и 12 (C)(=Ct2 ) . Это приводит к изменению заряда конденсатора 11 на величину с = 2С80 (l) где g q — изменение величины заряда конденсаторов 8 и ll;

С - величина емкости конденса8 тора 8.

В течение очередного полупериода это изменение заряда компенсируется током, протекающим через резистор 6, причем

bq= 1

Uex T (2)

R6 2 где U> - величина входного напряжения;

В6 — величина сопротивленияреэистора бу

Т - период изменения управляющего напряжения (выходного напряжения компара.тора 2).

Иэ выражений (1) и (2) следует, что выходное напряжение U операционного усилителя 7 равно где U . и Uo- величина порогов срабатывания и отыскания компаратора 2 соответственно; и - постоянная времени интегрирования интегратора 1.

Из выражений (3) и (4) следует, что

Таким образом, за счет предложенных отличий достигается воэможность выполнения операции извлечения квадратного корня, т.е. расширяются функциональные возможности преобразователя.