Преобразователь частоты в напряжение

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Б НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий последовательно соединенные компаратор входного сигнала, одновибратор и первый элемент задержки, а также последовательно соединенные выходной фильтр и первый, второй и третий ключи, дозирующий конденсатор, стабилитрон И Jtl Ч 3 г . tflrW и зарядный резистор, включенные соответственно на входах первого, второго и третьего ключей, причем вторые электроды стабилитрона и дозирующего конденсатора заземлены, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления преобразователя, в него введены второй элемент задержки и элемент ИЛИ, причем управляющие входы первого, второго и третьего ключей соединены соответственно с выходами первого элемента задержки, элемента ИЛИ и второго элемента задержки, входы элемента ИЛИ подключены к выходу одновибратора и к выходу второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки. и§ш &0 35 Vut.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)4 G 01 R 23 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3696989/24-21

03.02.84

15.08.85. Бюл. № 30

Э.С.Никулин

621.3 17 (088.8) (21) (22) .(46) (72) (53) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 521528, кл. G 01 R 23/06, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 936423, кл. Н 03 К 13/20, 1982. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В

НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий последовательно соединенные компаратор входного сигнала, одновибратор и первый элемент задержки, а также последовательно соединенные выходной фильтр и первый, второй и третий ключи, дозирующий конденсатор, стабилитрон

„„Я0„„1173336 А и зарядный резистор, включенные соответственно на входах первого, второго и третьего ключей, причем вторые электроды стабилитрона и дозирующего конденсатора заземлены, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления преобразователя, в него введены второй элемент задержки и элемент ИЛИ, причем управляющие входы первого, второго и третьего ключей соединены соответственно с выходами первого элемента задержки, элемента ИЛИ и второго элемента задержки, входы элемента ИЛИ подключены к выходу одновибратора и к выходу второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки.

1 117

Изобретение относится к измерительной технике.и предназначено для преобразования частоты входного сигнала в пропорциональное значение. напряжения постоянного тока. 5

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления преобразователя частоты в напряжение.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя йа фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит компаратор 1 входного сигнала, дозирующий конденсатор 2, первый ключ 3, второй ключ 4, фильтр 5 на операционном усилителе 6, источник 7 эталонного напряжения с зарядным резистором 8, одновибратор 9, первый элемент 10 задержки, третий ключ 11, второй 20 элемент 12 задержки и элемент ИЛИ 13, причем ключ 11 включен последовательно с зарядным резистором 8 задания тока источника 7 эталонного напряжения, а управляющие вхо- 25 ды ключей 4, 3 и 11 соединены соответственно с выходами элемента

ИЛИ 13 и элементов 10 и 12 задержки.

Входы элементов ИЛИ 13 подключены к выходу одновибратора 9, к выходу второго элемента 12 задержки, соединеиного по входу с выходом перво- го элемента 10 задержки. Компаратор

1 входного сигнала, одновибратор 9 и первый элемент 10 задержки включены последовательно, На схеме, приведенной на фиг. 1, в качестве примера показана одна из возможных реализаций узлов, входящих в преобразователь.

10

Компаратор 1 входного сигнала выполнен на операционном усилителе

14 и резисторах 15 и 16, включенных по схеме неинвертирующего релейного элемента.

Выходной фильтр 5 образован резистором 17 и конденсатором 18, включенными в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 6.

Входной резистор 19 предназначен для ограничения тока разряда дозирующего конденсатора 2.

Источник 7 эталонного напряжения состоит из цепи задания тока: за- 55 рядного резистора 8 и стабилитрона

20, образующих параметрический стабилизатор напряжения.

3336 2

Одновибратор 9 выполнен на основе операционного усилителя 21, резисторов 22-24 и времязадающего конденсатора 25.

Элементы 10 и 12 задержки содержат инверторы на МОП-транзисторах

26 и 27 и резисторах 28 и 29 с

RC-цепями на входах, резисторы 30 и 31 и конденсаторы 32 и 33.

Элемент ИЛИ 13 образован диодами

34 и 35 и резистором 36.

Устройство работает следующим образом.

На вход компаратора 1 поступает входное напряжение U < (например, от таходатчика), изменяющееся с частотой f. Когда напряжение Ugq и, соответственно, напряжение U на выходе компаратора 1 имеют положительную полярность (интервал времени t< — t на фиг.2), напряжения на выходах одновибратора 9, элемен— тов 10 и 12 задержки и элемента

ИЛИ 13 соответственно U> w О, U, i О, U ) 0 U > О, в результате чего ключ 3 открыт, а ключи 4 и 11 закрыты, и ток в источнике 7

I эталонного напряжения не протекает.

При смене знака Ue< (момент времени

t g на фиг. 2) выходное напряжение компаратора 1 релейно (за счет действия положительной обратной связи через резистор 16) становится отрицательным, одновибратор 9 запускается и формирует отрицательный импульс U с длительностью с . Выход9 ные напряжения элементов 10 и 12 задержки и элемента. ИЛИ 13 также изменяют знак с задержками Г, и величины которых определяются постоянными времени RC-цепей из резистора 30, конденсатора 32, резистора 31 и конденсатора 33. При этом происходит коммутация ключей 3, 4 и 11 в следующей последовательности: сначала по сигналу Б > С закрывается ключ 3 и дозирующий конденсатор

2 отключается от входа фильтра 5, затем по сигналам Ui> c О к Ui> < О открываются ключи 11 и 4, конденсатор 2 подключается через ключ 4 к выходу источника 7 эталонного напряжения, в котором с помощью ключа 11 замыкается цепь задания тока. Вели, ( чина задержки, выбирается из усл л ловия 7 ° >, где — время, определяемое максимально возможной задержкой в закрывании ключа . При

336 где Р„„— ного сигнала. з 1Е73 выполнении этого условия обеспечивается получение промежутка времени, в течение которого ключи 3 и 4 находятся в закрытом состоянии и на вход фильтра 5 не проходит ток от ис— точника 7 эталонного напряжения.

После открывания ключей 4 и 11 через резистор 8 начинает протекать ток, имеющий две составляющие— ток i4 заряда конденсатора 2 и ток 10

i с,стабилитрона 20. В процессе заряда конденсатора 2 ток i4 уменьшается, а ток i>0 увеличивается, и напряжение на конденсаторе 2, а следовательно, и напряжение U> на выходе источника 15

7 увеличиваются, стремясь к установившемуся значению Б . Длительность л эт импульса о одновибратора 9 выбирается из условия полного заряда дозирующего конденсатора 2, т.е. в конце gg импульса U9 ток i4 заряда конденсатора 2 принимает практически нулевое значение, а ток i источника 7 — номинальную величину, при которой обеспечивается стабильность уровня эталонного напряжения У, а следовательно, и заряда на дозирующем конденсаторе.

После окончания импульса с1 одно9 вибратора 9 напряжение U, на выходе элемента ИЛИ 13 принимает значение

U > > 0 (момент времени t на фиг. 2) и ключ 4 закрывается, отключая конденсатор 2 от источника 7. Выход-. ные напряжения UD, U элементов 35

10 и 12 задержки изменяют знак с

r" пи задержками с. о и с . Величина зат сг держки "lo выбирается из условия

ЛП и с, 3 с4 Где с. Время Определяе мое максимально возможными задержка- 4О ми в переключении элемента ИЛИ 13 и ключа 4. При выполнении этого условия обеспечивается получение промежутка времени, в течение которого ключи 3 и 4 находятся в закрытом 4> состоянии и напряжение на конденсаторе 2 удерживается равным U

После окончания временной задержпП ки с,о изменяется знак напряжения

U, открывается ключ 3 и дозирующий конденсатор 2 разряжается через открытый ключ 3 и ограничивающий резистор 19 до нулевого потенциала, в результате чего накопленный в среднее значение выходного напряжения U ы„, При изменении знака напряжения на выходе элемента 12 задержки (момент времени t4 на фиг. 2) закрывается ключ 11 и разрывается цепь задания тока в источнике 7, в результате чего потребляемый им ток становится равным нулю.

В установившемся режиме работы на выходе устройства формируется напряжение U, средняя величина которого пропорциональна частоте входного сигнала f и связана с параметрами элементов преобразователя следующей sависимостью ие„,,с = У„С К2 й, где С вЂ” емкость дозирующего конденсатора 2;

R — сопротивление масштабного резистора 17.

В рассмотренном преобразователе цепь задания тока в источнике эталонного напряжения включается периодически с частотой f входного сигнала на время, необходимое для полного заряда дозирующего конденсатора.

Соотношение между длительностями интервалов заряда и разряда дозирующего конденсатора (Т z и Тр на фиг. 2) зависит от амплитудных значений токов заряда l < и разряда

Ipg, которые в данной схеме практически определяются предельно допустимыми токами ключей 11 и 4 и нагрузочной способностью усилителя 6.

Поэтому суммарная мощность Р, потребляемая преобразователем, зависит от частоты f входного сигнала и определяется по следующей формуле

T3 f

P =Р+Р иэпп Т

Р мощность потребляемая источником,эталонного напряжения при постоянном протекании через него номинальI ного тока; мощность, потребляемая.остальными элементами преобр аз ов ателя, максимальная частота входнем заряд переносится током разряда в конденсатор 18 фильтра 5, который на выходе усилителя 6 формирует

Таким образом, применение преобразователя дополнительного. элемента задержки и схемы ИЛИ и соответствующих

)17333б

Составитель В.Новоселов

Редактор Л.Веселовская Техред А.Бабинец Корректор Г.Решетник

Заказ 5046/44 Тираж 748 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, конструктивных связей обеспечивает формирование такой временной последовательности сигналов управления ключами заряда и разряда дозирующего конденсатора и коммутации тока в источнике эталонного напряжения, при которой достигается уменьшение энергопотребления преобразователя при сохранении его метрологических характеристик.