Преобразователь напряжения в частоту

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий первьй и второй интеграторы, вьшолненные на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, компаратор и три резистора, причем первые выводы первого и второго резисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя первого интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, от л ичающийся тем, что, с целью Повьшения точности и быстродействия, в него введены два инвертирующих усилителя, вьтолненные на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи, коьтаратор , два источника опорного напряжения , шесть диодов и три резистора , причем выходы первого и второго компараторов соответственно соединены с входом первого и второго инвертирующих усилителей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, выход первого инвертирующего усилителя через шестой резистор соединен с анодами третьего и четвертого диодов, катоды третьего и четвертого диодов соответственно соединены с входами вторых каскадов усиления операционного усилителя второго интегратора и второго компаратора, выход второго инвертирующего усилителя через пятый резистор соединен с анодами первого и второго диодов, катоды первого и второго диодов соответственно соединены с входами вторых каскадов усиления операционного усилителя, первого интегратора и первого компаратора, второй вывод первого резистора является вхоS дом устройства и через четвертый ре (Л зистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя второго интегратора:, второй вьшод второго резистора соединен с первым выходом первого источника опорного напряжения , второй выход которого через третий резистор соединен с инвертирующим 00 входом операционного усилителя второ| д го интегратора, выход которого соедись нен с первым входом второго компаратора , первый и второй выходы второго 00 источника опорного напряжения соответственно соединены с вторыми входами первого и второго компараторов, аноды пятого и шестого диодов соответственно соединены с инвертирующим входом операционного усилителя первого и второго интеграторов, катоды пятого и щестого диодов соответ-. ственно соединены с неинвертирукяфсм входом операционного усилителя первого и второго интеграторов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 03 М 1/50

OllMGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3667568/24-21 (22) 01,12.83 (46) 30.09.85. Бюп. Р 36 (72) В.А. Романов (71) Производственное объединение

"Уралэнергоцветмет" (53) 621. 3 17 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 758509, кл. Н 03 К 13/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Ф 942259, кл. Н 03 К 13/20, t978. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

В ЧАСТОТУ, содержащий первый и второй интеграторы, выполненные на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, компаратор и три резистора, причем первые выводы первого и второго резисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя первого интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности и быстродействия, в него введены два инвертируюших усилителя, выполненные на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи, компаратор, два источника опорного напряжения, шесть диодов и три резистора причем выходы первого и второго компараторов соответственно соединены с входом первого и второго инвертирующих усилителей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, выход первого инвертирующего усилителя через

„„SU„„1182678 А шестой резистор соединен с анодами третьего и четвертого диодов, катоды третьего и четвертого диодов соответственно соединены с входами вторых каскадов усиления операционного усилителя второго интегратора и второго компаратора, выход второго инвертирующего усилителя через пятый резистор соединен с анодами первого и второго диодов, катоды первого и второго диодов соответственно соединены с входами вторых каскадов усиления операционного усилителя, первого интегратора и первого компаратора, второй вывод первого резистора является входом устройства и через четвертый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя второго . интегратора, второй вывод второго резистора соединен с первым выходом первого источника опорного напряжения, второй выход которого через третий резистор соединен с инвертирукнщим входом операционного усилителя второго интегратора, выход которого соеди нен с первым входом второго компаратора, первый и второй выходы второго источника опорного напряжения соответственно соединены с вторыми входами первого и второго компараторов, аноды пятого и шестого диодов соот.ветственно соединены с инвертирукицим входом операционного усилителя первого и второго интеграторов, катоды пятого и шестого диодов соответ-. ственно соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя первого и второго интеграторов.

1182678

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть . использовано при построении измерительных преобразователей, приборов, устройств автоматики и вычислитель- 5 ной техники, Цель изобретения - повышение точности и быстродействия за счет уменьшения динамической погрешности, На фиг.1представлеиа функциональ- 10 ная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу (сх — выходное напряжение, Б- напряжение на выходе первого интегратора, B — " напряжение на выходе второго интегратора, напряжение на инвертирующем усилителе).

Преобразователь содержит первый интегратор 1, состоящий из операционного усилителя 2, конденсатора 3, диода 4 и резисторов 5 и 6, выход каторого подключен к первому входу первого компаратора 7 на операционном уси- лителе 8, второй интегратор:9, состоящий из операционного усилителя 1О, конденсатора 11, диода 12 и резисторов 13 и 14, второй компаратор 15 на операционном усилителе 16, два ин- 30 вертирующих усилителя 17 и 18, два резистора 19 и 20,четыре диода 21 — 24, первый источник 25 опорного напряжения и второй источник 26 опорного напряжения. Выход первого компаратора 7 подключен к входу первого инвертирующего усилителя 17, выход которого через резистор 19 соединен с анодами третьего 21 и четвертого

22 диодов, ка оды которых подключе- щ0 ны к входам вторых каскадов усиления операционных усилителей 10 и 16, второго интегратора 9 и второго компаратора 15 соответственно. Выход второго интегратора 9 подключен к 45 входу второго инвертирующего усилителя 18, а выход второго инвертирующего усилителя 18 через резистор

20 соединен с анодами первого 23 и второго 24 диодов, катоды которых So подключены к входам вторых каскадов усиления операционных усилителей 2 и 8 первого интегратора и первого компаратора 7 соответственно; первые входы интеграторов 1 и 9 подключены к шине входного сигнала, вторые входы - к первому источнику 25 опорного напряжения, а вторые входы ком-, -де С вЂ” постоянная времени интег1 ратора 1;

t — время интегрирования ин1 тегратора 1;

Ы3 — напр яж ение на вых од е ин 8ых тегратора

Напряжение на выходе интегратора 1 линейно убывает от напряжения

U, до которого был заряжен конденсатор 3, до опорного напряжения Б 1 „ компаратора 7, следователь6 U g вых = U 1юсiх+ интегрирования интегратора 1 с„равно: (U1 п ах + Н оп)

Ь ц $ t äx

Uх+ Uo

К. х Цо

U x+ +Но где К = (П „„+ Н„,„) = сопв1

Как только напряжение на выходе интегратора 1 сравняется по модулю параторов 7 и 15 — к второму источнику 26 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе интегратора 1 положительное напряжение; конденсатор 3 заряжен, компаратор 7 находится в режиме отрицательного насыщения,, инвертирующий усилитель 17 — в режиме положительного насыщенияя. Положительное напряжение с инвертирующего усилителя 17 через резистор 19 и диоды 21 и 22 поступает на входы вторых каскадов усиления операционных усилителей 10 и 16 второго интегратора 9 и второго компаратора 15, при этом действие входных сигналов на интегратор 9 и компаратор

15 блокируется, операционные усилители 10 и 16 находятся в режиме положительного насыщения. Конденсатор

11 интегратора 9 заряжается с выхода операционного усилителя 10 через диод 12, Инвертирующий усилитель 18 находится в режиме отрицательного насыщения, и диоды 23 и 24 закрыты.

Интегратор 1 интегрирует напряжение входного сигнала, равное сумме преобразуемого Бх и образцового П, напряжении Ц 8х = Ux+

1182678 с опорным напряжением на втором входе компаратора 7, последний переходит в режим положительного насьпцения, а инвертирунпций усилитель 17 - в режим отрицательного насьпцения; диоды

21 и 22 закрываются. При этом компаратор 15 под действием входных сигналов переходит в режим отрицательного насьпцения, инвертирующий усилитель 18 — в режим положительного насьпцения, напряжение с его выхода через резистор 20 и диоды 23 и 24 поступает на вторые каскады усиления операционных усилителей 2 и 8 первого интегратора 1 и первого компаратора 7i; 5 действие входных сигналов интегратора 1 и компаратора 7 блокируется, операционные усилители 2 и 8 находятся в режиме положительного насьпцения. Конденсатор 3 интегратора 1 20 заряжается с выхода усилителя 2 через диод 4. Когда закрываются диоды

21 и 22 и компаратор 15 переходит в режим отрицательного насыщения, интегратор 9 начинает интегрировать 25 входной сигнал U „ = U „ + U, напряжение на выходе интегратора 9 линей но убывает, Аналогично первому интегратору для второго интегратора 9

I 30 г Пгеык г (Uzmaa + Паол )"г

Ц„+ U к+ о

Кг

Ux+ По

®гвмх+ U2 on ) г 4 «nst

Как только напряжение на выходе интегратора 9 сравняется по модулю с опорным напряжением на втором входе компаратора 15, последний nepexo ò в режим положительного насыщения,40 инвертирующий усилитель 18 — в режим отрицательного насыщения, диоды 23 и 24 закрываются и начинается процесс интегрирования входного сигнала интегратором 1. Таким образом, в уст- 45 ройстве отсутствуют коммутирующие элементы в цепи преобразуемого сигнала и интегрирование входного напряжения осуществляется непрерывно, что позволяет при изменении входного на- 50 пряжения скачком выходной частоте устанавливаться за половину периода.

Исключение коммутирующих элементов из цепи преобразуемого сигнала и осуществление непрерывного интегрирова 55 ния входного напряжения, вследствие чего выходная частота устанавливается за половину периода при изменении входного напряжения, позволяет повысить точность и быстродействие устройства по сравнению с прототипом. В дальнейшем работа преобразователя циклически повторяется.

Так как время интегрирования первого интегратора определяет длительность выходного импульса преобразователя, а время интегрирования второго . интегратора определяет длительность..

К1 паузы, то период Т Ф <„+ < и + к

Кг

U + Ц где К = К, + К, = const следователь1 но частота выходных импульсов f = -=

Пх+ Цо

U

При U„ = 0 f

npH U ) 0

Цо + Ux.

По-Ur ри V„cv Г=— к т.е, при Ux = 0 частота fî постоянна, при положительном Ук f ) Ео, при отрицатепьном U < f С f- . Таким образом, в устройстве отсутствуют коммутирующие элементы в цепи преобразуемого сигнала.

Исключение динамической погрешности позволяет осуществлять непрерывное интегрирование входного сигнала; интервалы интегрирования примыкают друг к другу, пропуски информации о входном сигнале отсутствует.

В результате точность и быстродействие предлагаемого преобразователя выше. Как видно из диаграмм работы преобразователя, информационная частота после изменения входного напряжения скачком устанавливается sanoловину периода. В любой момент времени информация обрабатывается первым или вторым интеграторами, переходный процесс установления информационной частоты отсутствует. Преобразователь может быть выполнен на однотипных операционных усилителях, имеющих вывод входа второго каскада усиления или выводы, предназначенные для балансировки усилителя (например, К140У6, К553УД1, К553УД2).

Для усилителей, не имеющих этого вывода, диоды 21 — 24 должны быть подключены к неинвертирующим входам

1182б78 соответствующих операционных усилителей;

Применение предлагаемого преобразователя напряжения в частоту в про-. граммных устройствах управления тиристорными преобразователями, предназначенных для электролиза цветных металлов, позволяет расширить функциональные воэможности программных устройств, унифицировать их с целью получения технологических токограмм, пригодных для производства раэличньгх цветных металлов.

11826?8

Составитель Г. Антипов

Техред Ж.Кастелевич Корректор В. 1 Рннк

Редактор С, Лисина филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6i20/56 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ъ»