Преобразователь частоты в напряжение

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ по авт. св. № 671029, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь, счетчик импульсов и генератор тактовых импульсов, подключенный к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к выходу одновибратора, выходы источника опорного напряжения и счетчика импульсов подключены к соответствующим входам цифроана.логового преобразователя, выход которого соединен с входом интегратора . (Л со о ел о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСХИХ

РЕСПУБЛИХ (5D 4 Н 03 К 9 06

1 :

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ сО

CO

Сд

СР сО

Фиг. t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИЙ (61) 671029 (21) 3628842/24-21 (22) 02.08.83 (46) 07.11.85. Бюл. № 41 (72) И. Ю. Сергеев, Ю. Н. Самарцев, Ю. Н. Власенко, В. К. Рощин, В. И. Русин, В. С. Артеменко, В. В. Волохин и Ю. Г. Семенов (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 671029, кл. Н 03 К 9/06, 1979.

„„SU„„1190509 A (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

В НАПРЯЖЕНИЕ по авт. св. № 671029, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь, счетчик импульсов и генератор тактовых импульсов, подключенный к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к выходу одновибратора, выходы источника опорного напряжения и счетчика импульсов подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом интегратора.

1190509

11н1ХпКу — — — + кс

55

Изобретение относится к информационноизмерительной техника, может использоваться в системах автоматических измерений, контроля и управления и является усовершенствованием изобретения по авт. св.

М 671029.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет введения источника опорного напряжения, цифроаналогового преобразователя, счетчика импульсов, генератора тактовых импульсов и соответствующих связей, что обеспечивает получение различных функциональных зависимостей выходного напряжения от входной частоты.

Это позволяет, например, линеаризовать частотные датчики, обладающие, как правило, существенной нелинейностью.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь частоты в напряжение содержит формирователь 1 импульсов, подключенный к входу преобразователя, выход которого через интегратор 2 и ключ 3 соединен с входом повторителя 4 напряжения, к которому подключен также конденсатор 5, одновибратор 6 включен между входом преобразователя и управляющим входом ключа

3, управляемый усилитель 7 подключен к повторителю 4 напряжения, к входу и к выходу преобразователя, источник 8 опорного напряжения подключен к цифроаналоговому преобразователю 9, к которому подключен также счетчик 10 импульсов, к счетному входу которого подключен генератор 11 тактовых импульсов, выход цифроаналогового преобразователя 9 подключен к входу интегратора 2, а установочный вход счетчика 10 импульсов подключен к выходу одновибратора 6. Цифроаналоговый преобразователь 9 может быть построен, например, путем последовательного включения коммутатора 12 и матрицы 13 резисторов. Интегратор 2 может быть построен на операционном усилителе с включенным в цепь обратной связи конденсатором.

Преобразователь частоты в напряжение работает циклично. Циклы задаются импульсами входной частоты Ь», каждый из которых запускает формирователь 1 импульсов, формирующий импульс стабильного заряда

q, (временная диаграмма 1фн на фиг. 2), поступающий на вход интегратора 2, и запускает одновибратор 6, выходной короткий импульс которого (диаграмма Uok на фиг. 2 на короткий промежуток времени подключает выход интегратора 2 через ключ 3 к конденсатору 5, т. е. осуществляется выборка и запоминание выходного напряжения интегратора 2. Напряжение с конденсатора

- 5 через повторитель 4 напряжения и усилитель 7 подается на выход преобразователя, а также на вход интегратора 2. Вы25

45 ходной импульс одновибратора 6 осуществляет установку в нулевое состояние счетчика 10, на счетный вход которого поступают импульсы с генератора 11 тактовых импульсов. Частота тактовых импульсов выше частоты f и выбирается такой, чтобы при минимальной flax (т. е. при максимальном периоде входных импульсов) счетчик 10 успевал просчитать до переполнения. Соответственно при 1"- большей, чем минимальная, счетчик 10 успевает просчитывать до значения, зависящего от /-. Каждому значению кода счетчика 10 соответствует выходной ток цифроаналогового преобразователя 9.

Примером реализации цифроаналогового преобразователя 9 может быть совокупность коммутатора 12 и матрицы резисторов 13. В этом случае каждому коду счетчика 10 соответствует подключение коммутатором 12 соответствующего резистора матрицы 13 между выходом источника 8 опорного напряжения и входом интегратора 2. В результате на вход интегратора 2 поступает ток, значение которого зависит от напряжения опорного источника 8 и сопротивления выбранного резистора матрицы 13.

При изменении кода счетчика 10 от начального (соответствующего состоянию начальной установки) до переполнения на вход интегратора окажутся поданными последовательно импульсы тока 1в, 1п...1г. (на фиг. 2 соответствующие временные диаграммы приведены для случая числа резисторов матрицы 13n=8). Длительность каждого из этих импульсов равна периоду следования тактовых импульсов генератора 11, а их число зависит от периода следования импульсов входной частоты f.

Предположим, что в начальный момент (например, в момент изменения входной частоты Ях ) выходное напряжение U »» =U . В течение одного цикла преобразования (т.е. одного периода входной частоты f@ ) интегратор проинтегрирует один импульс тока 1ф„ от формирователя, i импульс тока от цифроаналогового преобразователя 9 и выходное напряжение. Тогда после окончания первого цикла преобразования (т. е. по истечении одного периода Т частоты fi(x ) выходное напряжение равно

ul U„+ 50 0KI1 _#_3 с

КлКд Ki, 2С i=> Ri, )(Sign 1Т вЂ” (q — 1) 4) + Sign (Т вЂ” q(o) ) /о+

+Sing (Т вЂ” (1 — 1) fo) — Sign(T — imp)j(T— (с — 1) о) = — — — — +UQ+

К К

+ — ", С вЂ” .: —,— "(A 4+.11 Г Т вЂ” (— 1) to)), 1190509 заряд, поступающий с выхода формирователя 1 импульсов; коэффициенты передачи повторителя 4 и усилителя 7 соответственно; емкость времязадающего конденсатора интегратора 2;

1 — ТКпКу/ЯС сопротивление времязадающего резистора интегратора 2; период следования импульсов входной частоты; напряжение источника опорного напряжения 8, подключаемое к

i-му резистору матрицы 13; сопротивление -го резистора матрицы 13; период следования импульсов тактовой частоты fo генератора 11; порядковый номер резистора матрицы 13;

l,т количество резисторов матрицы 13 знаковая функция: где ю—

К Ку—

T= 1/fax—

Е;—

R;—

to=1/fo— т—

SignX—

Sic> y +1 при Х)0, — 1 при Х(0, A=Sign (Т вЂ” (i — 1) 4) +Sign (T — iio)

B=Sign (T — (/ — 1) 4) — Sign (Т вЂ” ito) Аналогично, последовательно рассматривая последующие циклы (периоды /-), можно записать выражения для выходного напряжения. Так, для п-го цикла получим

Uco -11гпУ„= — + — — g (Atî+

< R R Еi л-э "1 ZT „=1 Ri, +В (T — (— 1)to) j =qoRf +

+ 1вх «» .: — - -(А(о+В (T — (— 1)t î )) Таким образом, процесс установления выходного напряжения после изменения входной частоты описывается геометрической

Последнее выражение состоит из двух частей — геометрической прогрессии, сходящейся при условии /Q/(1 (здесь Q — знаменатель геометрической прогрессии) и убывающего при выполнении условия /Q/(1 члена UHHQ". В результате если неравенство /Q/(1 выполняется, то в установившемся режиме (т. е. при п — co) напряжение на выходе преобразователя равно прогрессией, т. е. в устройстве осуществляется итерационная аддитивная коррекция погрешности преобразования — корректируются погрешности, обусловленные неидеальностью коэффициентов передачи повторителя 4, усилителя 7 и конденсатора интегратора 2 (К,К> и С вЂ” отсутствуют в уравнении преобразования для установившегося режима и лишь влияют на характер переходного процесса установления). Это позволяет не предьявлять к указанным блокам высоких требо- ваний при достижении высокой точности преобразования.

Условием сходимости переходного процесса установления выходного напряжения (или процесса коррекции погрешности преобразования) является неравенство /Q/(1. При этом максимальная скорость сходимости соответствует равенству Q=O. Затем, что Q зависит от f. В результате существует такая частота fí (при f x=fн Q=O), при которой переходной процесс заканчивается за один период /", т. е. быстродействие на этой частоте черезвычайно высокое. Из условия

/Q/(1 можно определить диапазон частоты, в котором это условие соблюдается.

Уравнение преобразования состоит из двух слагаемых — линейного члена QoRf-, зависящего от часоты fs.. и нелинейного члена, зависящего не только от частоты f. но и от сопротивлений резисторов матрицы 13 и соответствующих напряжений, подключаемых к матрице 13 коммутатором 12.

На фиг. 2 на графике Us x=f (I) первому члену соответствует прямая 1, а кривая 2 соответствует сумме обоих членов. Эта кривая реализует нелинейную зависимость для приведенного в качестве примера случая.

Характер получаемой нелинейности зависит от полярности и амплитуды импульсов тока lв,...йв (полярность определяется полярностью Е;, а амплитуда — сопротивлением ;. Поскольку результат интегрирования каждого импульса тока от цифро40 аналогового преобразователя 9 описывается отрезком прямой, то следовательно аппроксимация требуемой нелинейности кусачнолинейная, а угол наклона каждого участка аппроксимации выбирается сопротивлением резистора К матрицы 13 и полярностью подключаемого к нему напряжения.

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет реализовать различные функциональные зависимости напряжения от частоты, которые задаются с требуемой точностью при сравнительно малых аппаратурных затратах (число резисторов составляет 6 — 10), причем перестройка с одной заданной функции на другую может быть легко осуществлена, например, путем замены резисторов матрицы, к точности и стабильности которых не предъявляются высокие требования.

1190509

Редактор A. Сабо

За каз 7002/58

Составитель В. Пешков

Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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