Преобразователь частоты в напряжение

 

Изобретение относится к автоматике, телемеханике и измерительной технике. Устройство содержит формирователь 1 входных импульсов, дозирующее устройство 2, входную 3 и выходную 14 шины, аналоговые ключи 4 и 10, синхронизированные генераторы 5, элементы 6 и 7 1ШИ, распределитель В, 1)-триггеры 9, формирователь 11 импульса записи, формирователь 12 заднего фронта, фильтр 13 нижних частот, шину 16 сигнала перегрузки и конденсатор 17. Устройство позволяет установить HeoexoAnbi ro постоянную времени фильтра 13 нижних частот за время, равное периоду входной частоты, что повышает быстродействие устройства Изменяя напряжение источника 15 опор-- ного напряжения, можно формировать зависимость постоянной времени фильтра нижних частот от входной частоты , что расширяет функциональные возможности устройства. Устройство обеспечивает индикацию перегрузки. & я т. ил. f Иеш 3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (бц g Н 03 К 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ходную 14 шины, аналоговые ключи 4 и

10, синхронизированные генераторы 5, элементы 6 и 7 ИЛИ, распределитель 8.

3-триггеры 9, формирователь 11 импульса записи. формирователь 12 зад— него фронта, фильтр 13 нижних частоз., шину 16 сигнала перегрузки и конденсатор 17. Устройство позволяет установить необходимую постоянную времени фильтра. 13 нижних часто- за время, равное периоду входной частоты, что повышает быстродействие устройства.

Изменяя напряжение источника 15 опорного напряжения, можно формировать зависимость постоянной времени фильтра нижних частот от входной частоты, что расширяет функциональные возможности ус=ройства. Устройство обеспечивает индикацию перегрузки.

3 ил °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3763476/24-21 (22) 12.07.84 (46) 30.01.86. Вюп. Р 4 (71) Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко (72) Р.Н.Модла и В.А.Погрибной (53) 621.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 900433, кл. Н 03 К 9/06, 1978.

Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и миниЗВМ. 11.

Мир, 1981, с. 161, рис. 6.22 б. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к автоматике, телемеханике и измерительной технике. Устройство содержит формирователь 1 входных импульсов, дозирующее устройство 2, входную 3 и вы„SU „1208600 А

1208600

Изобретение относится к средствам автоматики, телемеханики и измерительной техники.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функцио- 5 нальных возможностей устройства пу. тем адаптивного выбора постоянных времени фильтра нижних частот и управления его частотой среза с помощью одного источника напряжения.

На фиг.I изображе" a функциональная схема устройства, на фиг.2 временные диаграммы его работы; на фиг.3 — зависимость приведенной погрешности от пульсаций в зависимости от частоты -входного сигнала.

Преобразователь частоты в напряжение (фиг.1) содержит формирователь

1 входных импульсов, дозирующее устройство 2, входную шину 3 устройства 20 аналоговьп ключ 4, группу из и синхронизированных генераторов 5, первый

6 и второй 7 г1 -входовые элементы ИЛИ, распределитель 8, группу из и Т)-триггеров 9, группу из и аналоговых ключей 10, формирователь l1 импульса записи, формирователь 12 заднего фронта, -входовой фильтр

13 нижних частот, выходную шину 14 устройства, источник 15 опорного напряжения, шину t6 сигнала перегрузки и конденсатор 17.

Входная шина 3 устройства через формирователь 1 входных импульсов соединена с входом дозирующего уст- 35 ройства 2, выход которого одновременно соединен с входом формирователя 11 импульса записи, управляющим входом аналогового ключа 4 и си>-нальными входами группы из И анало- 40 говых ключей 10, Источник 15 опорного напряжения через аналоговый ключ 4 соединен с управляющими входами группы из синхронизированных генераторов 5, выходы которых сое- 45 динены с соответствующими входами второго h -входового элемента 7 ИЛИ, выход которого соединен с информационным С-входом распределителя 8. к-вход установки в "0" последнего 50 соединен с выходом формирователя 12 заднего фронта, вход которого соединен с выходом формирователя 11 импульса записи и г- -входами группы из И D --триггеров 9, )) --входы кото- 55 рых соединены с соответствующими выходами распределителя 8. Выходы .У -триггеров 9 соединены с соответ ствующими входами первого H -входового элемента 6 ИЛИ и управляющими входами группы из tl аналоговых ключей 10, сигнальнВе выходы которых соединены с соответствующими резисторами Il -входового фильтра 13 нижних частот, другие полюса которых через его конденсатор 17 соединены с общей шиной устройства. Точка соединения резисторов фильтра 13 нижни;: частот и конденсатора 17 подключена к выходной шине 14 устройства. Выход первого h -входового элемента 6 ИЛИ подключен к шине 16, сигнала перегрузки.

Устройство работает следующим образом.

На фиг.3 на основе выражения построены зависимости приведенной погрешности пульсаций от частоты входного сигнала f при разных постоявных времени ; фильтра нижних частот для i =1,2,3,...,,пос тоянной длительности дозированных импульсов

1 и диапазоне изменения частоты входного сигнала от 1 „до f (и+1) °

Из фиг.3 следует,что при f Е(f„, („,„)) приведенная погрешность от пульсаций 8„F (h n иак b <»„„), ь,,= й..

При определении точности работы преобразователя частоты в напряжение учитывается максимальное значение приведенной погрешности от пульсаций при наименьшей входной частоте, Из описанного следует, что выбор минимальной частоты в каждом поддиапазоне от f; до f(,+ 7 нужно произ:водить так, чтобы приведенная погрешность от пульсаций не превьппала при постоянной времени (фиг.3).Выбор количества частотных поддиапазонов » зависит от величины вы- . игрьппа в быстродействии

>п1 и= — в

lvl < где ю1 — количество периодов, необходимое для окончания переходного процесса без переключения постоянной времени л при скачкообразном изме-, нении частоты от до (;+„3 — количество периодов, необходимое для окончания переходного процесса при посто1208600 яннои времени .; при таком же изменении входной частоты.

В зависимости от конкретных требований к амплитудно-частотной харак- 5 теристике преобразователя быстродействие в каждом частотном поддиапазоне может быть разным или одинаковым.

<0 (к+1) К (2) (к+1) где 1„ — момент окончания ((, -ro периода", .Сформированный входной сигнал с выхода формирователя 1 входных сигналов (фиг.2, U ) в начале К -го (К+1)-ro, (К+2)-ro,... периодов tH запускает дозирующее устройство 2, которое формирует импульсы постоянной вольт-секундной площади (фиг.2,()2 ). На время действия дозирующего импульса в каждом периоде с„ -tH Е„ к (y.+1) (к+(20

Й., "-Т»(»... открывается аналоговый, (к+г (к+2) ключ 4, который подключает источник

15 опорного напряжения к входам группы из(1 синхронизированных генераторов 5. При этом на выходах указанных генераторов устанавливается нулевой уровень напряжения (фиг.2»Uq i

О5 („1) » (),„ . С моментов оконК чания дозирующих импульсов t p

t((+2 ... каждый из синхрони- З0 о зированных генераторов С1, ..., С(„„), группы из и синхронизированных генераторов 5 формирует пачки импульсов, задержанные в К -м периоде

Тк соответственно на время 1,", -ip к „1> о» (1 — „задержанные в Ь,+1)-м периоде ((к 1) на время t„- tp, t( (К+ () (К+1 (K»1) (g1 1) и т.д., которое определяется напряжением источника 15 опорного напря- 40 жения в каждом периоде. В данном случае используется по одному импульсу из пачки импульсов, формируемых генераторами С1,...»G(I1 I)>

G из группы и синхронизированных гене- 45 раторов 5. Такой режим достигается соответствующим выбором длительности пауз между первым и вторым импульсами, генерируемыми каждым генератором 6,(» ... С(1 <) (»1 группы из синхронизированных генераторов 5 при минимальной входной частоте Е, =

=1/Т„

t — момент начала первого импульса в пачке, формируемого генератором

6, в К-м периоде.

На фиг.2, U> условно показан второй импульс, формируемый первым генератором C„ » где 6 t; =

t к (К+1}

2 1 1

При больших значениях частоты длительности периодов меньше и условие (2) выполняется. к к к к к

Интервалы 1 -н - ° . -(и-1)-Тн, п н формируемые группой из И синхронизированных генераторов 5, соответствуют периодам входной частоты

Х(„ 1) .,, 2, во время которых осуществляется переключение постоянных времени фильтра 13 нижних частот (фиг.2, Ц2, период T, соответствующий минимальной входной частоте

Х1 ).

Выходные импульсы группы из и синхронизированных генераторов 5 через второй элемент ИЛИ 7 подаются на информационный вход распределителя 8 (фиг.2, U ). Количество этих импульсов, подсчитанное в конце периода, указывает на номер частотного поддиапазона с соответствующей постоянной времени фильтра 13 нижних частот (фиг.2, V> 1»,, U(((I-I11 Оз,„) °

Выходные импульсы распределителя 8 подаются на соответствующие .D -входы группы из И D-триггеров 9. На время действия (.„1 выходных импульсов формирователя 11 (фиг.2; 011 ) на C -входы группы из И D-триггеров 9 осуществляется запись информации с выходов распределителя 8. В

К

К-м периоде начиная с момента tH осуществляется запись информации с (И -1)-ro выхода распределителя 8 (фиг.2, Ц „ „)), в (К+1)-м периоде начиная с момента „ )- с )1 -го выхода (фиг.2, V и ), в (К+2)-м периоде начиная с момента t „2 — с (К1. 2) (и — 1)-го выхода (фиг.2, U< <„, 1)) и т.д.

При отсутствии потенциала на С— входах группы из И -триггеров 9 осуществляется запоминание записанной с выходов распределителя 8 информации (фиг.2» д 1 . ° ., 0 {»1-.()

lj

О „ ). Выходные импульсы группы из и D òðèããåðoâ 9 управляют группой из и аналоговых ключей 10, которые в зависимости от номера частотного поддиапазона подключают со1208600 ответствующий резистор фильтра 13 нижних частот. В К -м периоде отК крыт (И-1)-й ключ, который устанавл ливает постоянную времени (фильтра 13 нижних частот (фиг.2, LI> ( в (%+1)-м периоде Т(к+11, открыт п -й ключ, который устанавливает L (фиг ° 2, Оу и ), в (К+2)-м периоде

1() . Открыт (и 1) и ключ KQTopbtA устанавливает tz (фиг.2, Ц (,„,, ).

Формирователь 12 формирует короткие импульсы, задержанные относительно задних фронтов импульсов формироВателя 1 1 на Время t, (фиг. 2, 0„) „1 которые используются для установки в "0п распределителя 8, подготавли— вая его к работе в следующем периоде.

Таким образом работает устройство при Е f(,„+„>, где Х(,„+ ) верхний предел частоты входного сигнала.

При (0+1) т.е. период входной частоты Т(< >1 больше длительности т. „дозирующего импуль— са (фиг.2, 0 ), на выходах группы из И синхронизированных генераторов

5 на протяжении периода Т((+ импульсы отсутствуют, что приводит в следующем (К+3)-м периоде к закрыва- 30 нию группы ключей 10 (фиг.2,L(g,1 )9-(и-11, Uq и ), На выходе 16 первого и -входового логического элемента 6 ИЛИ в (((,+3)-м периоде устанавливается нулевой уровень 35 (фиг.2, Ll ).

В случае, когда 1 >—

l т.е.

И период входной частоты T ) меньше к".3 длительности дозирующего импу,";«са .(фиг.2, U ), начиная с момента вре- 40 мени j() выходной импульс формироо вателя 1 устанавливает на выходе формирователя 2 нулевой уровень (фиг.2, Ц, Ц ). В этом случае в (К+4)-м периоде все ключи группы .45 ключей 10 закрыты, так как отсутствуют импульсы на выходах группы из (1 синхронизированных генераторов 5.

На выходе первого элемента ИГ1И 6 в (К+4)-м периоде устанавливается нулевой уровень (фиг.2, U< ). Таким образом, при входных частотах

„„ (+ (1ц+1„ ) — время, необходимое для перезаписи информации с распределителя 8 и его установки 55 в куль) обеспечивается индикация перегрузки в предыдущем периоде Т((,+ ) на протяжении последующего Т(«э) в виде нулевого уровня на выходе элемента 6 ИЛИ и, соответственно, на шине 16. сигнала перегрузки. Кроме этого, на выходной шине 14 устройства сохраняется результат, соответствующий предыдущему периоду 1(к+ ), т.к. ключи группы из и ключей 10 закрыты (регистрирующее устройство, подключаемое к выходной шине 14, имеет достаточно большое входное сопротивление). Этот результат сохраняется до тех пор, пока не кончится перегрузка.

Прецлагаемое устройство дает везможность установить необходимую постоянную времени фильтра 13 нижних частот за время, равное периоду входной частоты, что повышает быстродействие устройства в целом. Изменением напряжения опорного источника

15 можно изменять верхние частоты. в каждом частотном поддиапазоне, а также их количество, что дает возможность формировать нужным образом зависимость постоянной времени фильтра нижних частот от входной частоты и расширяет функциональные возможности устройства. Устройство обеспечивает индикацию перегрузки при значительном превышении верхнего предела частоты входного сигнала, что также расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения .1. Преобразователь частоты в напряжение, содержащий последовательно соединенные формирователь входного сигнала и дозирующий элемент, а вход формирователя входного сигнала подключен к входной шине устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены аналоговый ключ, группа из И синхронизированных генераторов, первыи и второй f1 -входовые элементы ИЛИ, распределитель, группа из И 3 -триггеров, группа из и аналоговых ключей, формирователь импульса записи, формирователь

l заднего фронта, источник опорного напряжения и h --входовой фильтр нижних частот, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход дозирующего элемента соеди1208600

0 2 5-1

Ф-(п ) В-и нен с входом формирователя импульса записи, сигнальными входами группы из н аналоговых ключей и управляющим входом аналогового ключа, 5 через который источник опорного напряжения соединен с входами группы из н синхронизированных генераторов, выходы которой соединены с соответствующими входами второго Н -входо- 10 вого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом распределителя, вход установки в

"0" которого соединен с выходом формирователя заднего фронта, вход 15 которого соединен с выходом формирователя импульса записи и Н С -вхо-, дами группы из Н -триггеров, н

))-входов которой соединены с соответствующими выходами распределите- 2О ля, Н выходов З -триггеров соеди 11

U8- g в-(ь- и

"»o й-tn-

Ум

Ug нены с соответствующими входами первого Н -входового элемента ИЛИ и управляющими входами группы из аналоговых ключей, h сигнальных выходов которых соединены с соответствующими входами H -входового фильтра нижних частот, а выход первого

Н -входового элемента ИЛИ подключен к шине сигнала перегрузки устройства.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что

И-входовой фильтр нижних частот содержит Н резисторов и конденсатор, а первые выводы резисторов являются входами Н -входового фильтра нижних частот, выход которого соединен с вторыми выводами резисторов и через конденсатор с общей шиной устройства.

1

t

t

1

1

t

t.1208600 ll КОК

Составитель В.Пешков

Редактор А.Огар Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 300/60 Тираж 818 Иодписное

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