Преобразователь ток-частота с импульсной обратной связью

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управления и обработки аналоговой информации. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Преобразователь содержит источник 1 входного тока, первый интегрирующий элемент 2, выполненный на первом конденсаторе, формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на ключах 4 - 7 и источнике 8 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор 9, компаратор 15, D - триггер 18, элементы 20, 21 И, генератор 17 тактовых импульсов. В преобразователь введены второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе, выпрямительные элементы 13, 14, выполненные на диодах, компаратор 16, D - триггер 19. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 Н 03 М 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ ./ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4213961/24-24 (22) 23.03.87 (46) 23,09.89. Бюл. K - 35 (72) В.С.Малов (53) 681, 325 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 900444, кл. Н 03 М 7/60, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 1451863, кл Н 03 М 1/60, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОК-ЧАСТОТА С

ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управления и обработки аналоговой информации. Цель изобретения — повынение

„„ЯО„„1510087 А 1

2 точности преобразования. Преобразо" ватель copeðæèò источник 1 входного тока, первый интергирующий элемент

2, выполненный на первом конденсаторе, формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на ключах

4-7 и источнике 8 эталонного тока, интергирующий усилитель-сумматор 9, компаратор 15,,Ц-триггер 18, элементы 20,21 И, генератор l7 тактовых импульсов. В преобразователь введены второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе, выпрямительные элементы 13,14, выполненные на диодах, компаратор 16, Д-триггер 19. 2 ил.

3 1510087

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в. автоматических системах управления и обработки аналоговой информации.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

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

Устройство содержит источник 1 входного тока, первый интегрирующий элемент 2, выполненный на первом конденсаторе, второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе, формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на ключах 4-7 и источник 8 эталонного то- 20 ка, интегрирующий усилитель-сумматор 9, состяящий иэ резистора 10, операционного усилителя 11 и конденсатора 12, выпрямительные элементы

13 и 14, выполненные на диодах, компараторы 15 и 16, генератор 17 тактовых импульсов D-триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21.

Совокупность конденсатора 3 диодов 13 и 14, компаратора 16, триггер 30

19 представляет собой детектор знака входного тока.

Совокупность детектора знака, мостового коммутатора, выполненного на ключах 4-7, источника 8 и триггера

18 представляет собой формирователь нормированных импульсов обратной связи.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: а — импульсы тактовой час- 40 тоты; б,ж,м-эпюры выходного напряжения интегратора 2; в,з,и — эпюры выходного напряжения интегрирующего усилиля-сумматора 9; г,и,о,— импульсы на прямом выходе триггера 18; д,к,п,-логичес-„ кие сигналы на прямом выходе триггера19, 1 отражающие текущий знак входного тока; е,р,-выходные частотные импульсы преобразователя на выходе элемента

21 л — выходные частотные импульсы

50 преобразователя на выходе элемента

20..

На фиг.2 эпюры б — е раскрывают процесс преобразования положительного входного тока равного 1 = +1/7Iq 55 эпюры ж — л — отрицательного входного тока равного 1 „ =-1/7 1, эпюры м — р - положительного входного тока равного 1з„ =+6/7 I

Преобразование входного тока в выходную частоту основано на принципе сравнения и уравновешивания зарядов конденсатора 2 от входного тока источника 1 и импульсов обратной связи формирователя, нормированных по амплитуде и длительности. Преобразователь образует следящую систему с замкнутой петлей отрицательной обратной связи, работающей на принципе дельтасигма модулятора. В системе происхо-.. дят автоколебания с частотой, .кратной тактовой частоте генератора 17.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на выводах конденсаторов 2 и 3 равно нулю. При подаче положительного входного тока напряжение на конденсаторе 3 начинает увеличиваться в таком направлении, что откроется диоД

13 и ограничит дальнейший его заряд.

На выходе компаратора 16 установится логическая "1" а по приходу очередного фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состояние логической " 1" установится D-триггер 19 детектора знака, При этом ключ 4 будет откры,.а ключ 5 — закрыт. По мере увеличения напряжения на выводах конденсатора 2 на выходе компаратора 15 установится логический "0", а по приходу фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состояние логического "0" установится D-триггер 18.

При этом откроется ключ 7 и закроется ключ 6. Источник 8 эталонного тока через открытые ключи 4 и 7 будет разряжать конденсатор 2 и уменьшать напряжение на его выводах. По мере Разряда конденсатора 2 в область отрицательного напряжения и приходу фронта очередного импульса тактовой частоты компаратор 15 и

D-триггер 18 установятся в состояние логической "1". При этом ключ

7 закроется, а ключ 6 откроется, источник 8 замкнут через открытые ключи 4 и 6. Этот режим соответствует состоянию паузы формирователя импульсов обратной связи, так как при этом ключи 5 и 7 закрыты и формирователь тока в конденсатор 2 не выдает. В данный момент времени конденсатор 2 заряжается только под воздействием входного тока источника

В итоге на его выводах возникают ко5 151 лебания напряжения пилообразной формы (эпюра б, фиг.2) .

При подаче отрицательного входного тока напряжение на выводах конденсатора 3 изменяется в таком направлении, что открывается диод 14.

При этом на выходе компаратора 16 установится логический "0", а по приходу очередного фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состоянии логического "0" установится

D-триггер 19.

В этом состоянии ключ 5 будет открыт, а ключ 4 — закрыт. По мере уменьшения напряжения на выводах конденсатора 2 под воздействием .отрицательного входного тока на выходе компаратора 15 установится логическая " 1", а по приходу фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состояние логической установится D-триггер 18. При этом откроется ключ 6 и закроется ключ 7. Источник 8 через открытые ключи 5 и 6 будет заряжать конденсатор 2 и увеличивать напряжение на его выводах. По мере заряда конденсатора 2 в область положительного напряжения под действием алгебраической суммы токов источника 1 и формирователя импульсов обратной связи и приходу фронта импульса тактовой частоты компаратар 15 и D-rp rгер 18 установятся в состояние логического "0". При этом ключ 6 закроется и откроется ключ 7, источник 8 замкнут через открытые ключи 5 и 7.

Этот режим вновь будет соответствовать состоянию паузы формирователя импульсов обратной связи, так как при этом ключи 6 и 4 закрыты и формирователь тока в конденсатор 2 не выдае т.

В устройстве формирователь импульсов обратной связи имеет четыре устойчивых состояния, соответствующих четырем возможным состояниям D òðèãгера. В двух противофазных состояниях D-триггеров формирователь . выдает нормированные импульсы положительной и отрицательной полярности, а в двух совпадающих состояниях Dтриггеров формирователь находится в состоянии паузы и выдает нулевой ток.

Частота выходных импульсов преобразователя с выходов элементов 20 и

21 определяется выражением:

0087 вы, = вх г .т где I „- величина входного тока;

5 I„ — величина эталонного тока источника Я; тактовая частота генератора 17.

В предлагаемом устройстве между выводами конденсатора 2 и входами компаратора 15 включен интегрирующий усилитель-сумматор 9, имеюций передаточную характеристику

15 У (Р) = 1 + 1/ Р са где С, К вЂ” номиналы конденсатора 12 и резистора 10.

Работа компаратора 15 по сумме нап2р ряжения конденсатора 2 и напряжения, пропорционального интегралу от напряжения конденсатора 2, позволяет непрерывно чувствовать среднее значение напряжения интегратора и автоматически сводить ее к нулю во всем диапазоне входных токов (эпюры в,з и н, фиг.2). Такое построение обеспечивает высокую точность уравновешивания зарядов интегратора от входного тока и нормированных импульсов формирователя. При этом среднее значение входного тока за много периодов тактовой частоты с высокой точностью равно среднему значению нормированных импульсов эталонного тока формирователя. Напряжение пилообразной формы на выводах конденсатора 2 всегда симметрично около нуля, данное свойство сводит к минимуму влияние сопротивле40 ний утечки интегратора и параллельно подключенных к нему элементов.

В устройстве наличие детектора знака входного тока позволяет непрерывно чувствовать полярность входного то45 ка и определять необходимую полярность импульсов эталонного тока формирователя. При этом положительный входной ток уравновешивается импульсами эталонного тока отрицательной полярности, а отрицательный входной ток— импульсами эталонного тока положительной полярности. При нулевом входном токе ключи мостового коммутатора практически не переключаются, а формирователь импульсов обратной связи

55 находится в состоянии паузы или нулевого выходного тока. Для малых входных токов формирователь большую часть времени находится в состоянии

1510087 паузы и редко выдает импульсы эталонного тока противоположной полярности.

Такое построение практически исключает появление ненулевой выходной час5 тоты преобразователя при нулевом входном токе.

В преобразователе достигнуто также уменьшение размаха пилообразного напряжения на выводах интегратора.

Формула изобретения

Преобразователь ток — частота с импульсной обратной связью, содержащий источники входного тока, первый интегрирующий элемент, выполненный на первом конденсаторе, формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на мостовом коммутаторе и источнике эталонного тока, включенном в пер- щ вую диагональ мостового коммутатора, вторая диагональ которого подключена к выводам первого конденсатора, первый вывод которого соединен с первым выходом источника входного тока и пер- 25 вым входом интегрирующего усилителясумматора, второй вход которого объединен с первым входом первого компаратора и вторым выводом первого конденсатора, второй вход первого компа- (> ратора соединен с выходом интегрирующего усйлителя-сумматора, первый Втриггер прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента

И и первым управляющим входом мосто-. вого коммутатора, инверсный выход соединен с первым входом второго элемен" та И, D-вход первого D-триггера соединен с выходом первого компаратора, С-вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов и объединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых являются соответственно первой и второй выходными шинами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены второй интегрирующий элемент, выполненный на втором конденсаторе, два выпрямительных элемента, выполненных на первом и втором диодах, второй компаратор и и второй D-триггер, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым управляющим входом мостового коммутатора, инверсный выход соединен с третьим входом первого элемента И и третьим управляющим входом мостового коммутатора, D-вход второго D-триггера соединен с выходом второго компаратора, С-вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый вход второго компаратора объединен с первым входом первого компаратора и соединен с катодом и анодом соответственно первого и второго диодов и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выходом источника входного тока, анодом и катодом соответственно первого и второго диодов и вторым входом второго компаратора, причем инверсный выход первого D-триггера соединен с четвертым управляющим входом мостового коммутатора.

1510087 а

U и г п и

Р, 4д

Ж Ис

Ь1

Е//7р

Л 1

1

Фиг. 2

Составитель А.Титов

Редактор Г. Гербер Техред Л.Олийнык Корректор М. ШаРоши

Заказ 5829/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101