Измерительный преобразователь напряжения в частоту

 

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель изобретения упрощение устройства и повышение надежности его работы. Устройство содержит интегратор 2, подключенный к входной шине 3 и содержащий усилитель 4 с входным резистором R и конденсатором 5 в цепи обратной связи. В устройство введен триггер Шмитта 6, счетный триггер 7, конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11, сглаживающий -фильтр 12 и источник стабиль - ного напряжения 1. Введение простой схемной реализации цепи разряда интегратора обеспечивает требуемую точность преобразования. Использование сглаживающего фильтра позволяет устранить сбои работы устройства , возникаю1цие вследствие различных помех. 2 ил. f/Afx Фиг. 1

QQNS ЯМЩТСНИХ

CO3W5 Û

РЕСОУВЛИН

ВСЕС".ЙЗ!У Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A SÒÞÔÞ4ÎÂàã МИДЕТОВФТВ У

13,, .;.",,13 й. Б;1нз; V,4

-И

Ю. В»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ OCCP

ПО ДЕЛАМ ИЭОЬРЕТЕНИЙ И ОТБЫТИЙ (21) 3770669/24-21 (22) 31.07.84 (46) 15.03.86. Бюл. В 10 (71) Смоленский филиал Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской

Революции энергетического института (72). М.Б.Лейтман и В. . Савченков (53) 681 325(088,8) (56) Авторское свидетельство. СССР

11 166178, кл. Н 03 К 13/20s 1964.

Авторское свидетельство СССР

N 651478, кл. Н 03 К 13/20, 1977. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель иэобретении—, SU„„1218467 A (594 Н 03 И 1, .50 упрощение устройства и повышение надежности его работы. Устройство содержит интегратор 2 подключенный к входной шине 3 и содержащий усилитель 4 с входным резистором R и конденсатором 5 в цепи обратной связи.

В устройство введен триггер Шмитта 6, счетный триггер 7 конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11, сглаживающий фильтр 12 и источник стабиль ного напряжения 1. Введение простой схемной реализации цепи разряда интегратора обеспечивает требуемую точность преобразования. Использование сглаживающего фильтра позволяет устранить сбои работы устройства, возникающие вследствие различных помех. 2 ил.

1218467 2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя напряжения в частоту.

Целью изобретения является упро-щение устройства и повышение надежности его работы путем введения йростой схемной реализации цепи разряда интегратора, обеспечивающей требуемую точность преобразования.

При этом вследствие применения сглаживающего фильтра устраняются сбои работы устройства из-за воздействия различных помех.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2— дйаграммы» поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 стабильного напряжения, интегратор 2, подключенный к .входной шине 3 устройства и выполненный, например, на усилителе 4 с входным резистором R и конденсатором 5 в цепи обрат ной связи, триггер Шмитта 6, счетный триггер 7, конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11 и сглаживающий фильтр 12. Выход интегратора соединен с входом триггера Шмитта 6, к выходу которого подключен счетный вход триггера 7; Конденсаторы 8 и. 9 соединены последовательно один с дРугим и включены между выходом источника 1 опорного напряжения и суммирующей точкой интегратора. Параллельно конденсаторам 8 и 9 включены ключи 10 и 11 » управляющие входы которых подключены к разноименным выходам счетного триггера 7. К выходу триггера Шмитта 6 подключен вход сглаживающего фильтра 12, выход которого соединен с установочными входами триггера 7 ° Выходное напряжение устройства, представляющее собой симметричные прямоугольные импульсы типа Меандр» образуется на выходах триггеров 7, один из которых

:подключен к выходной шине 13 устрой ства.

На фиг. 2 использованы следующие

o6oзначения: Uь„ - входное напряжение; Ugb< — выходное напряжение;

ых

U —, выхыодное напряжение интегратора 2.; Бр — выходное напряжение фильтра 12; I < — входной ток; I3 — ток заряда койденсаторов 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение Uy интегрируется интегратором 2, и его выходное напряжение вследствие этого нарастает. Когда оно достигает первого (более высокого) уровня срабатывания триггера Шмитта 6, последний переключается в единичное состояние и возникающий при этом на его инверсном выходе. Я отрицательный перепад переключает счетный триггер 7 в противоположное, например нулевое, поло- . жение. Это приводит к размыканию ключа 10 и замыканию ключа 11, разряжающего конденсатор 9, и конденсатор 8 заряжается от источника стабильного напряжения U t, через ключ 11.

Поскольку напряжения Ug u U „ являются разнополярными, ток заряда I конденсатора проходит через входную цепь интегратора в направлении, противоположном направлению входного тока 111„, создаваемого напряжейием

US, вызывая разряд конденсатора 5 х» интегратора, что приводит к уменьшению его выходного напряжения. Когда оно достигает второго (более низкого) уровня срабатывания Бср триггера Шмитта 6 (U

После того, как убывающий ток заря.— да конденсатора 8 достигает значения входного тока I „, выходное напряжение интегратора вновь начинает нарастать, и когда оно достигает значения U, триггер Шмитта 6

СР » снова переключается в единичное состояние. Это приводит к переключению триггера 7 во второе устойчивое (единичное) состояние, что вызывает замыкание ключа 10 и размыкание ключа 11. Через замкнувшийся ключ 10 происходит разряд конденсатора 8 и заряд конденсатора 9 от источни ка 0,»„. Toк заряда I, проходя через входную цепь интегратора, вызывает уменьшение его выходного напряжения; когда оно достигает значения U р триггер Шмитта 6 вновь переключается в нулевое состояние, не вызывая переключения счетного триггера 7.

По мере заряда конденсатора 9 ток заряда I уменьшается, и когда он становится равным входному току

1218467

I<„, выходное напряжение интегратора начинает снова нарастать. Когда оно достигает значения U ðp, триго Р

rep Шмитта 6 вновь переключается в единичное состояние, вызывая переключение счетного триггера 7. В дальнейшем цикл работы устройства повторяется.

Применение в качестве порогового устройства триггера Шмитта, имеющего гистереэисную характеристику, вместо обычного компаратора позволяет устранить ложные срабатывания счетного триггера 7, происходящие вследствие возникновения высокочастотных затухающих колебаний небольшой амплитуды на выходе интегратора 2 в момент переключения ключей 10 и 11 Поскольку амплитуда колебаний значительно меньше зоны нечувствительности

Π— Б триггера Шмитта, дополнительных переключений триггеров 6 и 7 они не вызывают.

При нормальной работе устройства процесс заряда конденсаторов 8 и 9, происходящий через малое сопротивление замкнутого ключа 10 или 11, завершается быстро, так что большую часть времени триггер Шмитта 6, как видно из фиг. 2, находится в нулевом положении. Вследствие этого на выходе сглаживающего фильтра 12, подключенного к инверсному выходу триггера Шмитта, устанавливается высокое напряжение Uq, соответствующее логической "1" (фиг. 2). Это напряжение подается на установочные входы

R- u S-триггера 7,не оказывая влияния на работу последнего. Если однако, например, в результате воздействия помех очередное переключение триггера 7 не происходит, состояние ключей после перехода триггера

Шмитта 6 в единичное состояние не изменяется, заряд соответствующего конденсатора также не происходит и выходное напряжение интегратора продолжает нарастать и после достижения значения U „ . В резульСР1 тате на выходе интегратора устанавливается максимально возможное положительное напряжение и генерация в схеме прекращается.

Устранение такого нерабочего режима осуществляется с помощью сглаживающего фильтра 12. Поскольку в случае возникновения нерабочего режима на выходе интегратора дей ствует максимально возможное положительное напряжение, на инверсном выходе триггера Шмитта в этом режиме действует постоянное напряжение низкого уровня, соответствующее логическому "0". На выходе фильтра 12 также устанавливается напряжение U, соответствующее логическому 0". Поскольку это напряжение

10 подается на установочные входы Rи S-триггера 7, на обоих выходах триггера устанавливаются единичные потенциалы, вызывающие одновременное замыкание обоих ключей !О и 11. Чеf5 рез замкнутые ключи во входную цепь интегратора от источника 1 опорного напряжения поступает большой ток, значительно превосходящий входной, что приводит к быстрому уменьшению

20 выходного напряжения интегратора.

Когда последнее становится меньше значения П,р, триггер Шмитта переключается в нулевое положение, на его инверсном выходе, а значит, и

25 на входе фильтра 12 устанавливается высокий потенциал, соответствующий логической "1", и после окончания переходных процессов в фильтре 12 на выходе фильтра, а следовательно, и на входах R- u S-триггера 7 также устанавливается напряжение U, соответствующее логической "1". В результате триггер 7 переходит в одно из двух устойчивых положений, например

35 в единичное, соответствующий ключ

Э (в данном случае ключ 11) размыкается и соответствующий конденсатор (в данном случае конденсатор 9) заряжается. После окончания заряда выходное напряжение интегратора под действием входного тока нарастает и достигает уровня U ð,, вызывая переключение триггера Шмитта в единичное положение. При этом происходит переключение триггера 7 по счетному входу и нормальная работа схемы возобновляется.

Для определения частоты выходного напряжения U

1 количество электричества Я, получаемое конденсатором 5 интегратора в течение полупериода Т/2 выходного напряжения П,„, равно количеству электричества Q, теряемому конден.сатором 5 в результате заряда конденсаторов 8 или 9, имеющих емкость С от нулевого напряжения, до которого конденсатор разрядился в предыду1218467 щий полупериод через замкнутый ключ, до напряжения U „.

Заряды Q u Q равны соответственно 8к (4 т 2 Qi=cuoh где Т вЂ” период выходного напряжения.

Приравнивая Я и Я, находим

1 частоту f=1/Т напряжения V „, "аа

=Т 2 СьПо„

Следовательно, частота Е прямо пропорциональна напряжению U>„, обратно пропорциональна значениям R

С и U „ и не зависит от.нестабиль- ных параметров ключей °

В рассмотренной схеме. напряжение имеет отрицательную полярность, а напряжение U » — положительную.

К концу каждого полупериода напряжение на выходе интегратора достигает, как видно из фиг. 2, наибольшего значения, равного U и происходит переключение триггера Шмитта в единичное положение. В случае ° если полярность Ug положительна, полярность U „ должна быть отрицательной, при этом напряжение на выходе интегратора к концу каждого полупериода достигает наименьшего значения, равного U, и происходит переключение триггера Шмитта в нулевое положение. Следовательно, в этом случае большую часть полупериода триггер

Шмитта находится в единичном положении, на его прямом выходе Q действует высокий потенциал и вход фильт ра 12 вместе со счетным входом триггера 7 должны подключаться не к инверсному (Q), а к прямому (Q) выходу триггера Шмитта 6.

Схема отличается высокой точностью и простотой, все ее узлы выполняются на основе серийно выпускае5 мых микросхем. Например, в качестве триггера 6 можно применить микросхему К155ТЛ1; в качестве триггера 7 — микросхему К155ТВ1. Фильтр 12 представляет собой простейший одно10 эвенный пассивный С-фильтр. Блок импульсной обратной связи состоит из двух ключей и двух конденсаторов, в качестве ключей могут быть использованы, например, два из четырех клю1 чей микросхемы К590КН1, имеющих встроенные схемы управления. формула изобретения

Измерительный преобразователь напряжения в частоту, содержащий источник стабильного напряжения и интегратор, вход которого подключен к входной шине устройства, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения надежности, в него. введены триггер

Шмитта, счетный триггер, два конденсатора, два ключа и сглаживающий фильтр, включенный между выходом триггера Йчитта и установочными входами счетного триггера, конденсаторы соединены последовательно и включены между источником стабильного напряжения и суммирующей точкой

35 интегратора, выход которого соединен с входом триггера Шмитта, каждый из ключей подключен параллельно соответствующему конденсатору, а управляющие входы ключей соединены

40 с соответствующими выходами счетного триггера, один иэ выходов которого подключен к выходной шине устройства.

1218467

Фиг 2

Составитель В.Пешков

Редактор Н.Швыдкая Техред O.Неце Корректор Л.Патай

Заказ 1138/60 Тираж 818 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, 4