Функциональный преобразователь напряжения в частоту

 

ФУНКЩЮНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, компаратор, ключ, источник опорного напряжения и первый резистор, причем выход интегратора соединен с инвертирующим входом компаратора , выход которого соединен с управляющим входом ключа, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены три резистора, причем инвертирующий вход интегратора через первый резистор соединен с входом устройства и через второй резистор - с источником опорного напряжения, неинвертирующий вход интегратора соединен через третий резистор с общей шиной устройства, через четвертый резистор - с неинвертирующим входом компаратора и через ключ - с источником опорного напряжения.

(21) 3520585/24-21 (22) 09.12.82 (46) 15.11.85. Бюл. У 42 (72) В.К.Игнатьев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 376892, кл. Н 03 К 13/20, 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 370722, кл. Н 03 К 13/20, 1969 . (54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, компаратор, ключ, источник опорного напряжения и первый резистор, причем выход интегратора соединен с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключа, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены три резистора, причем инвертирующий вход интегратора через первый резистор соединен с входом устройства и через второй резистор - с источником опорного напряжения, неинвертирующий вход интегратора соединен через третий резистор с общей шиной устройства, через четвертый резистор — с неинвертирующим входом компаратора и через ключ — с источником опорного напряжения. 9

1192140

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эффективного значения переменного напряжения. 5

Целью изобретения является повышение точности, а также упрощение конструкции преобразователя эа счет того, что крутизна преобразования предлагаемого устройстЬа не зависит от коэффициента усиления операционных усилителей..

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы работы. 15

Устройство осдержит интегратор на операционном усилителе, между ин-. вертирующим входом и выходом которого включен конденсатор 2, компара» тор 3 на операционном усилителе, ин- 2О вертирующий вход которого соединен с выходом интегратора 1. ключ 4, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора 3, и источник опорного напряжения 5. Инвертирующий вход 5 интегратора 1 соединен через первый резистор 6 с входом преобразователя и через второй резистор 7 с источником опорного напряжения 5. Неинвертирующий вход интегратора 1 соединен Çp через третий резистор 8 с общей шиной устройства и через четвертый резистор 9 с неинвертирующим входом компаратора 3. Неинвертирующий вход компаратора 3 соединен через ключ 4 с1 источником опорного напряжения 5.

Устройство работает следующим образом.

Ключ 4 замкнут, если полярность напряжения на выходе компаратора 3 1и совпадает с полярностью источника опорного напряжения 5, и разомкнут, если полярности напряжений противоположны. Сопротивления резисторов

6-9 должны удовлетворять соотношению 45

° а — 1.!

Rs где В -R — сопротивления резисторов 6-9.соответственно, а входное gp напряжение находится в пределах

11-!! - — — (Uo) (2) у где С вЂ” емкость конденсатора 2; — длительность положительного импульса на выходе компаратора 3. где U о

R и=

R„ — — -= !+г — —, (1)

6

Re — входное напряхение; — опорное напряжение; — коэффициент преобразования.

Преобразователь работоспособен как при положительном, так и при отрицательном опорном напряжениях, графики напряжений на фиг.2 иллюстрируют работы преобразователя при положительном опорном напряжении.

При замкнутом ключе 4 напряжения на входах интегратора 1 составляют с учетом соотношения 1 в

R 2

U =П =!.! — — -- = ------ U

R+R и+!

8 9 где У и !! — потенциалы инвертирующего и неинвертирующего входов интегратора 1 соответственно (фиг.1).

Ток заряда конденсатора 2 при этом равен с учетом соотношения (1) 1 2 - " о о

+ (о П)

R В и где i; — ток заряда конденсатора 2.

Пусть в начальный момент времени конденсатор 2 разряжен, тогда напряжение на выходе интегратора 1 равно

I

v (o)v =v = — — v v =в с а в +! о о! ор где U — напряжение на неинвертирую3 щем входе компаратора 3;

U - напряжение на выходе интегс ратора 1.

Компаратор 3 при этом находится в состоянии положительного насьпцения, и ключ 4 удерживается в замкнутом состоянии.

Если выполняется условие (2), то независимо от знака входного напряжения U,,ток i ) 0 и напряжение U на выходе интегратора 1 линейно нарастает и за время t, достигает величины U . В этот момент напряжение на инвертирующем входе компаратора 3 превышает напряжение на неин-. вертирующем входе, компаратор 3 переключается в состояние отрицательного насьпцения и ключ 4 размыкается

U — Uð (0) n — 1 ngRg и+1 и U7U

140

1О з 1192 и ри разомкнутом ключе 4 на входах интегратора 1 и компаратора 3 соответственно устанавливаются напряжения

Uà U8 Uä

Р а напряжение на выходе интегратора I в момент размыкания ключа 4 стано- . вится равным компаратор 3 остается в состоянии отрицательного насыщения, а ключ 4— в разомкнутом состоянии. Ток разряда конденсатора 2 при этом с учетом соотношения (I) равен

U -U U - Uo I г R 6 . z R и . 20

Если выполняется условие (2), то независимо от знака входного напряжения U, ток i <0, и напряжение U на выходе интегратора 2 линейно уменьш ается, эа время t оно достигает ь 5 нуля, потенциал инвертирующего входа компаратора 3 сравнивается с потенциалом неинвертирующего входа, компаратор 3 переключается в состояни е положительного насыщения ключ 4

Э замыкается, повторяется процесс заряда конденсатора 2 с 6

Uc(t<) n- nR

2= — тд n + 1 1+й U/U о

При выполнении условий (1) и (2) в преобразователе возникают автоколебания с периодом и частотой

1 1

F — Т вЂ” — --F (!-n U/U ), n+I R + Ву . где Т - период автоколебаний

F — частота автоколебаний

F — константа.

Таким образом. крутизна преобразования квадрата входного напряжения в частоту определяется только величиной опорного напряжения и номиналами резисторов и конденсатора и не зависит от коэффициента усиления операционных усилителей, причем, если выполняется условие (2), преобразователь работоспособен как при положительных, так и при отрицательных входных напряжениях, т.е. является двухполярным.

1192140

Уис. 2

Корректор М. Мак снмишннец

Редактор Т.Парфенова

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель В.Пешков

Техред О.Ващишина

Заказ 7173/57 Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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