Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей СЛ СО | 4

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 23/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИЙ (21) 3797121/24-21 (22) 03, 10. 84 (46) 15.08.86. Бюл. В 30 (72) И. Н. Глазов и Л.П.Леонтьева (53} 621.376.53 (088.8) (56) Авторское свипетельство СССР

Ф 480186, кл. Н 03 К 9/06, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Р 658729, кл . Н 03 К 9/06, 1979

„.SU,, 1250977 А 1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИИПУЛЬСОВ В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля. Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей

125097 преобразователя. Для этого в устройство, содержащее операционный усилитель 1, конденсатор 3 в цепи обратной свяэи, входной резистор 2, блок

l0 управления, блок 4 установки начальных условий, источник 7 опорного напряжения, резисторы 8 и 9, ключи 5 и 6, введены управляемый импульсный генератор 15, реверсивный счетчик 16, четырехвходовые элементы И

17 и 18, дешифраторы 31 и 32, двухвходовые элементы И 2 1 — 30, компаратор 14, регистр 19 хранения, циф7 роаналоговый преобразс ватель 20. В этом случае обеспечивается одновременное преобразование частоты в напряжение постоянного тока и в код, что расширяет область его применения, В устройстве исключается погрешность от дрейфа нуля второго интегрирующего усилителя, исключается погрешность от утечки запоминающих конденсаторов. Преобразователь удобно использовать для построения систем автоматического управления и контроля. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления контроля.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей преобразователя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит операционный усилитель 1 с входным резистором 2 и конденсатором 3 в цепи обратной связи, блок 4 установки начальных

1 условий с первым и вторым ключами

5 и 6, источником 7 опорного напряжения и первым и вторым резисторами

8 и 9, блок 10 управления с первым

11 и вторым 12 выходами и входом 13 являющимся входом преобразователя, компаратор 14, управляющий импульсный генератор 15, реверсивный счетчик

16, первый и второй четырехвходовые элементы И 17 и 18, регистр 19 хранения, цифроаналоговый преобразователь 20, двухвходовые элементы И 21—

30 первый и второй дешифраторы 3! и 32.

Блок 4 установки начальных условий содержит последовательно соединенные источник 7 опорного напряжения, первьп 8 и второй 9 резисторы, а также первый 5 и второй 6 ключи, выход первого ключа 5 через входной резистор 2 соединен с входом операционного усилителя 1, с конденсато5

3 ром 3 в цепи обратной связи и выходом второго ключа 6, вход которого через второй резистор 9 соединен с выходом операционного усилителя 1 и входом компаратора 14, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 17 н второго 18 четырехвходовых элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16, выходы которого подключены к соответствующим входам первого 31 и второго 32 дешифраторов, а через двухвходовые элементы И 21-30к входам регистра !9 хранения, выходы которого являются цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя 20, выход которого является аналоговым выходом устройства, соединенным с входом первого ключа 5 и управляющим входом управляемого импульсного генератора 15, выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И l7 и 18, третьи входы которых соединены с управляющим входом первого ключа

5 и первым выходом 11 блока 10 управления, вход которого является входом 13 устройства, а второй выход

12 блока 10 управления соединен с управляющим входом второго ключа 6 и вторыми входами двухвходовых элементов И 21-30, при этом выходы первого 31 и второгс. 32 дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого 17 и второго 18 четырехнходовых элементов И.

3 12509

Устройство работает следующии образом.

Под действием входного сигнала блок 10 управления разделяет периоды входной частоты на четные и нечет- S ные 0-Tl Т2-ТЗ; Т4-Т5,... . В нечетные периоды на первом выходе 11 блока 10 управления действует нулевой логический сигнал (Ч =0), а на втором выходе 12 — единичный (V

1) . Прн этом четырехвходовые элементы И 17 и 18 заблокированы и управляемый генератор 15 импульсов отключен от реверсивного счетчика

16, который находится в режиме хранения. Выходной код реверсивного счетчика 16 через двухвходовые элементы И 2 1-30, на первых входах которых действует единичный логический сигнал Ч2 =i записывается в регистр 19 хранения и преобраэуется цифроаналоговым преобразователем 20 в напряжение V. Это напряжение не проходит на вход операционного усилителя 1, носквлъку ключ 5 разомкнут (напряжение управления этого ключа Ч, =О). В этом режиме операционный усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью через замкнутый ключ 6 и на выходе операци- З0 онного усилителя 1 устанавливается напряжение начальных условий

V (o) — Ч

3S

Где К R> сопротивления ре зисто ров 8и 9, Vo - напряжение опорного источника 7.

В четные периоды входной частоты 40

f ключ 5 замкнут, а ключ 6 - разомкнут. Напряжение V< на выходе интегратора, образованного входным резистором 2, конденсатором 3 и операционным усилителем 1, иэиеняется 45 по линейному закону (интервалы времени Т1-Т2, ТЗ-Т4, Т5-Т6,... на фиг. 2), поскольку на вход интегратора 1 при этом подается постоянное по величине выходное напряжение Ч 50 цифроаналогового преобразователя 20.

Неизменность напряжения Ч в процессе интегрирования обеспечивается за счет того, что в процессе интегрирования двухвходовые элементы И 21 — Ss

30 на входах регистра 19 хранения блокируются нулевым напряжением с второго выхода блока 11 управления, 77 4

Эа период интегрирования Т выходное напряжение интегратора l достигает э начения

V (Т) =V„(o)+ V — p

Т н и Т (2) Ч= 2 — Ч T„f kf,, (3) где T„ RC — постоянная интегрирования интегратора l, К вЂ” сопротивление резистора 2;

С вЂ” емкость конденсатора 3.

В интервале времени с,, когда выходное напряжение интегратора отрицательно (Ч„ О), коипаратор 14 устанавливается в состояние, при котором элемент И 17 пропускает импульсы генератора 15 на вход сложения (вход

"+") реверсивного счетчика,б. При

V„ ) 0 коипаратор 14 переходит в противоположное состояние, благодаря чему элемент И 18 пропускает импульсы генератора 15 на вход вычитания (вход "-"} реверсивного счетчика.

Поэтому эа период интегрирования Т код N в счетчике получает приращение Ь N, определяемое различием длительностей интервалов 7, и с . Если в процессе сложения импульсов код в счетчике превысит максимально допустимое значение, то дешифратор 31 блокирует четырехвходовый элемент И 17 на входе сложения, предотвращая дальнейшее поступление импульсов по этому входу. Аналогично в режиие вычитания дешифратор 32 блокирует четырехвходовый элемент И 18, когда код в счетчике становится меньше минимально допустимого значения. Изменение кода в счетчике в периоды записи начальных условий передается через регистр 19 хранения в цифроаналоговый преобразователь 20, вызывая пропорциональное изменение выходного напряжения V. За счет отрицательной обратной связи напряжение V принимает такое значение, что в установившемся режиме приращение кода g N=0.

Это обеспечивается при равенстве интервалов сложения (Ф ) и вычитания

1 (Г ) импульсов счетчиком. При, Т напряжение V (Т) V u

2 н о как следует иэ (2), выходное напряжение преобразователя прямо пропорционально частоте следований импульсов

50977 Ф

Таким образом, предлагаемый пре- 45 образователь па сравнению с извесьными обладает боттьшей точностью преобразования и более широкими функциональными воэможностями перед импульсными преобраэователямн час- 50 тоты в напряжение постоянного тока.

Преобразователь частоты следова- 55 ния импульсов в напряжение постоянного тока, содержащий операционный усилитель с конденсатором в цепи

5 !2

К где k=2 — Ч q Т вЂ” коэффициент про— р о

Э порциональности.

Поскольку напряжение Ч связано линейной зависимостью с кодом в регистре !9, то одновременно с представленнем частоты f в форме напряжения постоянного тока преобразователь вырабатывает цифровое значение f в виде кода !1, снимаемого с регистра 19.

Преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом заключается в том, что он обладает более широкими функциональными возможностями, обеспечивая одновременно преобразование частоты в напряжение постоянного тока и в код, т.е . расширяется область его применения. Такой преобразователь удобно, в частности, использовать для построения систем автоматического управления и контроля. При этом выходной сигнал в виде напряжения используется для целей автоматического регулирования (например „ частоты вращения турбины или двигателя внутреннего сгорания), а цифровой код — для контроля и измерения регулируемого параметра.

Кроме того, предлагаеььй преобразователь обеспечивает более высокую точность преобразования по сравнению с известными, поскольку в нем исключается погрешность от дрейфа нуля второго интегрирующего усилителя, которая (благодаря тому, что коэффициент передачи первого интегратора обратно пропорционален частоте следования импульсов) воз.растает прямо пропорционально частоте. При этом исключается погрешность от утечек запоминающих конденсаторов.

Формула из обре тен ия

16

t5

26

49 обратной связи, входной резистор, блок управления, блок установки начальных условиИ, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, первого н второго резисторов, первого и второго ключей, причем выход первого ключа через входной резистор соединен с входом операционного усилителя и выходом второго ключа, вход которого через второй резистор соединен с выходом операционного усилителя, при этом управляющие входы первого и второго ключей соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, а вход первого ключа соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения функциональных воэможностей, в него введены управляемый импульсный генератор, реверсивный счетчик, первый и второй четырехвходовые элементы И, первый и второй дешифратор, двухвходовые элементы И, компаратор, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, причем выход операционного усилителя непосредственно соединен с входом компаратора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго четырехвходовых элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам первого и второго дешифраторов, а через двухвходовые элементы И вЂ” к входам регистра хранения, выходы которого являются цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого является аналоговым выходом устройства и соединен с управляющим входом управляемого импульсного генератора, выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И, третьи входы которых соединены с первым выходом блока управления, а второй выход блока управления соединен с вторыми .входами двухвходовых элементов И, при этом выходы первого и второго дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого н второго четырехвходовьтх элементов И.

125097 7

Усл с ноЮиЯииися ре)ким

Я рекодмый юрауксс Я чЯ /

Составитель Е.Соловьев

Редактор И.Келеиещ Техред Л.Сердюкова Корректор И.Куска

Заказ 4405/41 Тирж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иоаква, %-35, Раувская иаб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Укгород, ул. Проектн оектная 4