Преобразователь частоты в напряжение

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПР}ШЕНИБ, содержащий формирователь импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор и интегратор с узлом установки начальных условий. выход которого подключен к входу фиксирукщего блока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к источнику эталонного напряжения,- первый выхсщ форкшрователя импульсов подключен к управляняцему входу фиксирукщего блока, а второй выход формирователя импульсов подключен к-управляющему входу интегратора с узлом установки начальных условий, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне преобразуемых Частот, в него введены ключ, компаратор и дополнительный интегратор с узлом установки начальных условий, выход коV ) торого соединен с первым входом комс паратора, а вход - с источником зталонного напряжения, вход ключа соеди§ нен с выходом сумматора, выход ключа соединен с входом выходного интегра , тЬра,управлякт(ий вход ключа соединен с выходом компаратор а, второй вход которого подключен к выходу выходного интегч ратора, а управляющий вход дополнительэо ного интегратора с узлом установки с начальных условий соединен с вторым 4 выходом формирователя импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1117834

ЗСЮ 03 К 9 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИД=ТЕЛЬСТВУ (21) 3548593/18-21 (22) 04.02.83 . (46) 07. 10.84. Бюл. В 37 (72) Л.P.Âîëêîâ, А.Г.Придатков, В.И.Эпштейн, P.Ä.Àáðàèoâè÷, 10.Д.Виницкий и А.П.Сытин (71) Московское отделение Научноисследовательского института по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения, Государственный научно-исследовательский энергетический институт им.Г.М.Кржижановского и Ленинградское производственное электромашиностроительное объедииение "Электросила" (53) 681.325(088.8) (56) 1. Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шпяндии В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М., "Энергия", 1976, с. 259, рис. 4-38.

2. Авторское свидетельство СССР

У 480186 ° кл. Н 03 К 9/06, 1976 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В

НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формирователь импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор и интегратор с узлЬм установки начальных условий, выход которого подключен к входу фиксирующего блока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к источнику эталонного напряжения,- первый выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу фиксирующего блока, а второй выход формирователя импульаов подключен к управляющему входу интегратора с узлом установки начальных условий, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне преобразуемых частот, в него введены ключ, компаратор и дополнительный интегратор с узлом установки начальных условий, выход которого соединен с первым входом компаратора, а вход - с источником эталонного напряжения, вход ключа соединен с выходом сумматора, выход ключа . е

Я соединен с входом выходного интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом комйаратора, второй вход которого подключен к выходу выходного интегратора, а управляющий вход дополнительного интегратора с узлом установки начальных условий соединен с вторым выходом формирователя импульсов.

1117834

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может использоваться в системах автоматического контроля и регулирования.

Известны устройства преобразования 5 частоты в напряжение, использукицие линейные цепи с частотно зависимыми свойствами f17.

Недостатками данных устройств являются низкие точность и быстродейст- 10 вие, обусловленные зависимостью вы-.- . ходного сигнала от величины входного и необходимостью фильтрации выходного сигнала.

Наиболее близким по технической 15 сущности к изобретению является устройство преобразования частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока, содержащее формирова» тель импульсов, выходной интегратор 20 и интегратор с узлом установки начальных условий фиксирующего блока, сумматор, источник эталонного напряжения, причем интегратор с узлом установки начальньи условий соединен 25 через фиксирующий блок, сумматор и блок с выходным интегратором, выход которого соединен с входом интегратора, с блоком установки начальных llcJIoBHH> источник эталонного напря» 30, жения соединен с одним из входов сумматора. Преобразователь построен как замкнутая импульсная система, поддерживающая на выходе фиксирующего устройства напряжение, близкое к нулю, 35 благодаря наличию выходжого интегрирукпцего усилителя f2).

Недостатком известного устройства . является то, что высокое быстродействие достигается в узком диапазоне измеряемых частот.

Цель изобретения - повышение быстродействия в широком диапазоне преобразуемых частот.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь частоты в напряжение, содержащий формирователь импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор и интегратор с узлом установки начальных условий, 50 выход которого подключен к входу фиксирукицего блока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, первый

55 выход формирователя импульсов — к управляющему входу фиксирующего блока, а второй выход формирователя импульсов - к управляющему входу интегратора с узлом установки начальных условий, введены ключ, компаратор и дополнительный интегратор с узлом установки начальных условий, выход которого соединен с первым входом компаратора, а вход — с источником эталонного напряжения, вход ключа - с выходом сумматора, выход ключа - с входом выходного интегратора, управляющий вход ключа — с выходом компа атора, второй вход которого подключен к выходу выходного интегратора, а управляющий вход дополнительного интегратора с узлом установки начальных условий соединен с вторым выхо дом формирователя импульсов.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства „ на фиг.2 - электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь частоты в напряжение содержит формирователь 1 импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор 2 и интегратор 3 с узлом установки начальных условий, выходы которого подключены к входу фиксирующего блока 4, выход которого подключен к первому входу сумматора

5, второй вход которого подключен к источнику б эталонного напряжения, первый выход формирователя импульсовк управляющему входу фиксирующего блока 4, а второй выход формирователя импульсов - к управлякицему входу интегратора 3 с узлом установки начальных условий, ключ 7, компаратор

8 и дополнительный интегратор 9 с узлом установки начальных условий, выход которого соединен с первым входом компаратора 8, а вход - с источником

6 эталонного напряжения, вход ключа— с выходом сумматора 5, выход ключас входом выходного интегратора 2, управляющий вход ключа - с выходом компаратора 8, второй вход которого подключен к выходу выходного интегратора 2, а управляющий вход дополни тельного интегратора 9 с узлом установки начальных условий соединен с вторым выходом формирователя 1 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

С приходом очередного импульсного сигнала преобразуемой частоты Ое (фиг.З) на первом выходе формировате3 1117 ля 1 формируется импульсный сигнал

О.,„ (на фиг.3), поступающий на управляющий вход фиксирующего блока 4, и .осуществляется запоминание значения

ВыхОднОГО напряжения Î (фиГ 3) ин тегратора 3, достигнутого на предыдущем такте работы устройства. По окончании импульса 01„ фиксирующий блок переходит в режим "хранения", и напряжение на его выходе 0 (фиг.3) ос- 1О тается неизменным вплоть до прохода следующего импульсного сигнала Оз .

Одновременно по окончании импульса

01 на втором выходе формнрователя 1 формируется импульсный сигнал О.

16 (фиг.3), поступающий на управляющие входы узлов установки начальных условий интеграторов 3 и 9, и происходит

"обнуление" выходного напряжения интеграторов 0 и 09 (фиг.3). При щ уменьшении выходного напряжения интег-ратора 9 до величины выходного напря-. жения 0 „интегратора 2 (фиг.3) на выходе компаратора 8 формируется

;передний фронт импульсного сигнала 25 (фиг.3), поступающего на управляющий вход ключа 7. Ключ ? включается, и напряжение с выхода сумматора 5, равное сумме эталонного напряжения 0 источника 6 и выходного на- ЗО пряжения фиксирующего блока 04 (фиг.3), поступает на вход интегратора 2.

Выходное напряжение 0 „,„ интегратора 2 (фиг.3), являющееся выходным

35 сигналом всего устройства, начинает изменяться в. зависимости от величины и полярности выходного напряжения сумматора 5. По окончании импульса

0 „6 интеграторы 3 и 9 переходят в режим интегрирования напряжения UBbix и их выходные напряжения U и 0 (фиг.3) нарастают. По достижении выходным напряжением интегратора 9 величины, равной напряжению 0 ы„ на выходе компаратора 8 формируется задний фронт импульсного сигнала UB (фиг.3), ключ 7 выключается, и интегратор 2 переходит в режим "храненйя", вплоть до момента прихода,следующего импульсного сигнала UB„. С приходом следующего импульса порядок операций повторяется. Интегратор 2, охваченный обратной связью, в цепь которой включены интегратор 3 и фиксирующий блок 4, является астатическим усилителем. Поэтому в установившемся режиме при постоянной частоте

834 4 входного сигнала обеспечивается равенство нулю выходного напряжения сумматора 5, т.е. установившееся значение 04

4 уст

) равно по величине и противоположно по полярности эталонному напряженин 0„:О уст "0о

В то же время значение 0 равно

4Чст значению пилообразного выходного напряжения интегратора 3 в моменты прихода очередных входных импульсных сигналов, прямо пропорциональному периоду преобразуемой частоты Т и установившемуся значению выходного наИОЯжениЯ УстРойства 0вых уст т — И= " тЗ g Bbix. ñò g3 Bbtg.vcr T Р о где Тз — постоянная времени интегратора 3.

Таким образом, 3

BbIx,чст 0О где f — частота входного сигнала.

Следовательно, установившееся значение выходного напряжения устройства прямо пропорционально частоте сле« дования входных импульсных сигналов.

На фиг.3 установившемуся режиму работы устройства соответствуют первый и третий такт работы устройства. установившееся значение выходного напряжения устройства не зависит от длительности t импульсного сигнала 0 (фиг.3), поступающего на управляющий вход ключа 7. Однако.для обеспечения устойчивости и высокого быстродействия устройства в широком диапазоне изменения преобразуемой частоты неI обходимо, чтобы равная длительность проводяцего состояния ключа 7 на каждом такте. работы устроЙства изменялась прямо пропорционально вели чине выходного напряжения 0 . В вых предлагаемом устройстве это условие обеспечивается. Действительно, длительность импульсного сигнала 08 равна интервалу нарастания выходного напряжения интегратора 9 от нулевого значения для зйачения, равного выходному напряжению устройства

Т

1 — У 31=" Ч =U

Т О Г О BbiX

9 9

0 где Т " постоянная времени интегра9 тора 9.

1117834

,С 13= —," ГИ „,.С"3

3 где Т5 - постоянная времени интейра«g0 тора 3;

TP) — длительность и -ro интервала.

Подставив (2) в (1), получим разностное уравнение, описывающее рабо- 45 ту устройства

0,„(n ij=U ы„fa) 1 T .„Ч . (5)

7(1) Т(п3 g(n)

Ъ 2 2

В установившемся режиме

7 (ь) = т jn+ig = T const;

"BblXt 3- 0 И-(1 "Г)" " 1

Значение 0åûõ мст оопред (3) 55

Т ею c Т "о- з т

Следовательно, "=(UBüì/ îРз т.е. прямо пропорционально значению выходного напряжения. При наличии 5 такой зависимости можно, выбрав определенные.соотношения между постоянными времени интеграторов устройства, добиться максимально возможного быстродействия устройства при отработке 10 скачка частоты входного импульсного сигнала независимо от начального значения частоты.

Для доказательства последнего утверждения рассмотрим работу устрой- 15 ства на двух следующих друг sa другом интервалах повторяемости — (ь).и (ь+1), полагая начало каждого из интервалов совпадакнцнм с выходным импульсом формирователя ° 1 импульсов U 20 (фиг.3). Значения выходного напряжения устройства после запирания ключа

7 Hà и-м и (и+1)-м интервалах связаны между собой соотношением ф )

ВЫх зых T (o U4L 13) ю (1)

2 где Т - постоянная времени интегра2 тора 2, U (a+1) — значение напряжения на выи ходе фиксирующего блока на (n+1) -м интервале повторяемости, равное напряжению на выходе интегратора 3 в мо-. мент окончания л-го интерва- 35 ла повторяемости..1

rye f = — — установившееся значение

Т измеряемой частоты следования входных импульсов.

Условие устойчивой работы устройства в соответствии с (3) имеет вид

Условие максимального быстррдействия устройства - достижения выходным напряжением устройства установившегося значения за один интервап и повторяемости - имеет вид (в).Т(п (6) (5 2)/

Напряжение на выходе интегратора 9

sa интервал времени достигает значеО„,„(+1

ЕЗ, о = "зыкХ" "3)

9 где Т - постоянная времени интегра3 тора 9.

Подставив в (7) значение 0,„(л+1 из (3), получим Ь3 сЯ.тЯ Яу)

Ч (I (n) 1- — q y (ц

Т5-Т2 Т2 о

При равенстве постоянных времени

Т2 и Т 5 из (8) получим т.е. при равенстве постоянных интегрирования интеграторов 2 и 9 предлагаемое устройство обладает максимальным быстродействием во всем диапазоне изменения измеряемой частоты: при изменении скачком частоты следования входных импульсов от значения f до значения f установившееся значение напряжения на выходе устройства,пропорциональное f, достигается с запаздыванием на один период следования импульсов.

Таким образом, предлагаемое устройство, обеспечивающее высокую точность преобразования частоты в напряжение sa счет астатической обратной связи по измеряемой величине., реализует предельное быстродействие в широком диапазоне частот.

1117834

1117834

Составитель В.Пешков

Редактор В.Данко Техред О.Неце Корректор В.Бутяга .Заказ 7246/43 Тираж 861 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