Преобразователь напряжение-частота

 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для пре образования входного напряжения постоянного тока в частоту импульсного выходного напряжения. Основу устройства составляет интегратор на операционном усилителе 1 с однополярным питанием, преобразование производит12 О ся по методу двухшагового компенсационного интегрирования. Цель изобретения - повьипение точности - достигнута за счет введения в схему дополнительных резисторов 7 - 9 и изменения связей злементов, в результате чего устройство позволяет производить калибровку от внутреннего источника опорного напряжения и добиваться балансировки смещения нуля операционного усилителя без использования внбпгтк злементов и при подключении лишь одного источника питания. Преобразователь быть использован при разработке контрольно-измерительной аппаратуры и систем управления, при чем наиболее существенно его преимущества проявляются при создании малогабаритных устройств с автономным питанием в интегральном использовании . 2 ил. 13 о i W Со СО 00 о ;О 00 фиг.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (М) А1

504 Н 03 М 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтоесковпм свидктельствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4143548/24-24 (22) 06.11.86 (46) 23.05.88 ° Бюл. № 19 (?2) Ю. А. Апексенко (53) 681.325(088,8) (56) Электроника, 1975, № 1О, с. 4149.

Алексеенко А. Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем.

1985, с. 137, рис. З.ЗБ. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕЧАСТОТА (57) Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для пре образования входного напряжения постоянноГо тока в частоту импульсного выходного напряжения. Основу устройства составляет интегратор на .операционном,усилителе 1 с однополярным питанием, преобразование производится по методу двухшагового компенсационного интегрирования. Цель изобретения — повышение точности — достигнута за счет введения в схему дополнительных резисторов 7 — 9 и изменения связей элементов, в результате чего устройство позволяет производить калибровку от внутреннего источника опорного напряжения и добиваться.балансировки смещения нуля операционного усилителя без использования внешних элементов и при подключении лишь одного источника питания. Преобразователь моЖет быть использован при разработке контрольно-измерительной аппаратуры и систем управления, при чем наиболее существенно его преиму9 щества проявляются при создании малогабаритных устройств с автономным питанием в интегральном использова- С нии. 2 an, 13

1398098

Изобретение относится к импульс" ной технике и может найти применение при разработке различных измерительных приборов и при построении автома- 5 тизированных систем управления.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 приведена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2— временная диаграмма работы устройства.

Преобразователь содержит операционный усилитель 1, источник 2 опорного напряжения, D-триггер 3, управляе- 15 мый генератор тока с ключом 4.и резистором 5, резисторы б-9, конденсатор

10, входную шину 11, шину 12 питания, шину 13 тактовой частоты, выходную шину 14 устройства и элемент И 15. 20

Источник 2 опорного напряжения содержит резистор 1б и стабилитрон 17, Особенностью устройства является то, что все напряжения схемы имеют одинаковую полярность относительно 25 общей шины. Для упрощения характеристики элементов схемы рассматриваются близкими к идеальным.

Источник 2 опорного напряжения обеспечивает на выходе. неизменную ЗО величину напряжения U< >при изменении налряжения на шине 12.питания. При этом резистор 1б служит стабилизатором тока для стабилитрона 17. В случае необходимости изменения параметров источника 2 опорного напряжения

его схемная реализация может быть иной.

В первом такте интегрирования от момента времени 1„ до момента време- 40 ни t напряжение на выходе операционj. ного усилителя 1 BbllHB U <>ð поэтому на выходе D-триггера 3 присутствует сигнал логического "0" и импульсы тактовой частоты от соответствующей 45 шины 13 не поступают через элемент ,И 15 на выходную шину 14 преобразователя, при этом ключ 4 удерживается в закрытом состоянии„ В схеме устанавливаются следуницие соотношения электрических величин

1-1о

=В, +В, где U — напряжение на неинвертирую- 55 щем входе операционного усилителя 1;

U — напряжение на выходе источника 2 опорного напряжения;

R - сопротивление резистора 9;

R — сопротивление резистора 8.

Из условия работы операционного усилителя 1 с отрицательной обратной связью через конденсатор 10

U =U* (3) x„+r +т =о

Р с

- ток через резистор 6;

- ток через резистор 7; ток через интегрирующий конденсатор 10. этом где Х с

При

U — U

II, 1

U — U

Р, — В ) где U — напряжение на входной шине 11;

R - сопротивление резистора б;

R - сопротивление резистора 7.

Преобразовывая выражения (3) — (5) получают

- -- -+ U

U с В о

Выбрав соотношение сопротивлений резисторов в соответствии с формулой получают окончательное значение зарядного тока конденсатора 10 в первом такте интегрирования

I = — 1

Таким образом, в первом такте интегрирования происходит разряд ем" кости интегрирующего конденсатора 10 со скоростью, пропорциональной нагде U - напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя

Сумма токов в узле инвертирующего входа равна О или

1398098 пряжению на входной шине 11. Этот процесс длится до момента времени tд когда напряжение на выходе операционного усилителя 1 станет меньше

U„o> и после появления импульса тактовой частоты на шине 13 D-триггер

3 изменит состояние логического "0" на состояние логической "1". Указанное состояние обеспечивает прохождение импульса тактовой частоты через элемент И 15 на выходную шину 14 устройства и переводит ключ 4 в открытое состояние. Это состояние устройства соответствует второму компенсационному этапу интегрирования и продолжается от момента t до момента t

В этом состоянии формула баланса . токов в узле инвертирующего входа 20 операционного усилителя 1 дополняется составляющей тока через резистор 5

I

Ху ) Ie + ЕР g для всех значений входного напряжений U< долучают возможность изменить З5 знак интегрирования напряжения, т,е. обеспечить заряд интегрирующего конденсатора 10.

Для продолжительного промежутка времени условие полной компенсации 40 заряда соответствует формуле

I -t=N I ° T

Преобразователь напряжение — час-. тота, содержащий источник опорного напряжения, операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к выходу управляемого генератора тока, первому выводу конденсатора и первому выводу первого резистора, второй вывод которого является входной шиной, а второй вывод конденсатора объединен с D-входом D-триггера и соединен с выходом операционного

5 усилителя, С-выход D-триггера объединен с первым входом элемента И и яв лется шиной тактовой частоты, второй вход элемента И объединен с управляющим входом управляемого генератора

rye tизмерительный интервал вре- 45 мени; число импульсов тактовой частоты, во время которых йронзводилось обратное интегрирование (компенсационное); 50 период импульсов. тактовой частоты на шине 13. с

NПри1 = где У„ где I> ток через резистор 5;

 — сопротивление резистора 5.

Обеспечив соотношение — частота импульсов на выходной шине 14;

F - частота сигнала на шине

13 тактовой частоты.

8ы = U R R

Ф 5

Приведенная формула показывает, что выходная частота устройства пропорциональна входному напряжению и может регулироваться величинами U и (или) R . Формула также показывает, что частота выходного сигнала не зависит от емкости интегрирующего конденсатора 10 и порогового напряжения D-триггера 3.

Формула показывает, что в зарядный ток конденсатора 10 можно при необходимости внести постоянную составляющую, Таким образом, можно производить балансировку смещения нуля опе-. рационного усилителя 1. При подключении входной шины 11 к выходу источника 2 опорного напряжения, зная величину этого напряжения, можно производить калибровку преобразователя без подключения внешних элементов.

Преобразователь имеет ряд преимуществ при его интегральном исполнении. Для питания аналоговой части и дискретной схемы определения частоты может использоваться один общий источник питания. Кроме того, особенности схемы не требуют точного соблюдения абсолютного значения сопротивления входящих в нее резисторов, а важно лишь правильно выдержать соотношения их величин, что значительно проще при их интегральной реализации.

Формула изобретения

5 1398098 6 тока и соединен с выходом D-триггера, с неинвертирукщим входом операционвыход элемента И является выходной ного усилителя и первьк выводом чет шиной повышения точности, о т л и — вертого резистора, второй вывод коч а ю шийся тем,,что, с целью торого объединен с первой шиной пи5 пОвышения точности, в него введены тания операционного усилителя и подтри Реэистора, а управляемый генера- ключен к общей шине, а второй вывод тор тока выполнен на пятом резисторе третьего резистора соединен с инвери ключе, управляющий вход которого тирующни входом операционного усилиявляется управляющим входом управля- 1О теля, вторая шина питания которого емого генератора тока, а информацион- объединена с входом источника опорноншй вход соединен с общей шиной, го напряжения и является шиной питап1 ичем первые выводы второго и тре- ния, первый вывод пятого резистора тьего резисторов соединены с выходом является выходом управляемого генераисточника опорного напряжения, вто- 1r тора тока, а второй вывод соединен р и вывод второго резистора соединен с выходом ключа.

gals Ю

Составитель В. Махнанов редактор П. Гереши Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 2608/57 Тираж 928 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полигpафичecкoe предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4