Преобразователь напряжения в частоту

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения высокочастотных сигналов. Введение в устройство двух повторителей, фильтра высоких частот и блока калиброванной задержки позволило повысить точность и надежность преобразования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (И) (5!)4 Н 03 М 1 60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ элемент И 15, счетчик 16 и делитель

l7 частоты на два.

Блок 1 сравнения включает в себя компаратор 18 с прямыми инверсными выходами, подключенными к формирователю 19 коротких импульсов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 20, выход которого является выходом блока 1.

Работа устройства основана на циклическом перезаряде конденсатора

3 С . В преобразователе один и тот же конденсатор интегрирует как преобразуемое напряжение U„(t). так и опорные токи + +I источников 4 и 5, что позволяет исключить из функции преобразования постоянную времени ин, тегратора и тем самым повысить точность преобразования. Рассмотрим цепи интегрирования напряжения Uz(t) и опорных токов 1 .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР! (21) 4372838/24-24 (22) 01 .02.88 (46) 15.11.89. Бюл. 11- 42 (71) Пензенский политехнический институт (72) М.Ю.Михеев, В.Д.Михотин, Э.К.Шахов и В .А.Юрманов (53) 681.325 (088.8) (56) Мартяшин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. M.: Наука, 1976, с. 175-176, рис. 3-31.

Авторское свидетельство СССР

Р 966892, кл. Н 03 М 1/60, 1981, Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения высокочастотных сигналов .

1 ель изобретения — повышение точности и надежности преобразователя.

На фиг.l представлена структурная схема преобразователя, на фиг.2 временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь содержит блок 1 сравнения, триггер 2, накопительный элемент, выполненный на конденсаторе 3, первый 4 и второй 5 источники тока, ключ 6, первый 7 и второй 8 повторители, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 9, фильтр 10 высоких частот, содержащий конденсатор 11 и резистор 12, блок

13 калиброванной задержки, содержащий генератор 14 опорной частоты, 2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В

ЧАСТОТУ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения высокочастотных сигналов . Введение в устройство двух повторителей, Фильтра высоких частот и блока калиброванной задержки позволило повысить точность и надежность преобразования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

15224 07

На выходе повторителя 7 в точке о1 присутствует напряжение, равное входному . Поскольку блок 1 сравнения строится на базе операционного усили5 теля с большим коэффициентом усиления, в точке о совокупностью блоков

2, 4, 5, 6 и 13 поддерживается потенциал, в среднем равный потенциалу точки d, т.е. преобразуемое напряжение U (t) линейно интегрируется коих

/% денсатором 3 с постоянной времени ь (R, + R<)C<, где R, и R< - сопротивления резисторов 9 и 12, а Сч емкость конденсатора 3.

Для обеспечения линейности интегрирования токов 1 I введены второй повторитель 8 и фильтр 10 высоких частот, исключающие шунтирующее влияние резисторов 9 и 12. Действительно, через фильтр 10 высоких частот, в простейшем случае представляющий дифференцирующую цепь, проходит лишь высокочастотная составляющая сигнала на конденсаторе 3 С, (Up(t) на фиг.2).

Равенство потенциалов, возникающих

1 вследствие действия токов + I в точках и С, исключает воэможность ответвления токов + I в цепь, образованную резисторами 9 и 12, и тем са30 мым обеспечивает линейность интегрирования токов «+Е, .

Рассмотрим работу преобразователя при отсутствии входного воздействия, Преобразователь работает в два цик35 ла. Пусть блок 1 сравнения только что сработал, триггер 2 установился в единичное состояние и началось формирование калибровàííîrо интервала времени Та посредством заполнения счетчика 16 через открытый элемент И

15 импульсами генератора 14 опорной частоты. В течение интервала времени ключ 6 разомкнут и происходит формирование пилообразноro напряжения

15 путем заряда конденсатора 3. По окончании интервала ключ 6 под действием сигнала с блока калиброванной задержки размыкается и формирование пилообразного напряжения продолжается посредством разряда конденсатора 3

50 током -Еа. В момент равенства пилообразного напряжения триггер 2 вновь устанавливается в единичное состоя.ние и начинается второй цикл работы, отличающийся тем, что в течение ин- 55 тервала времени Тр осуществляется разряд конденсатора С» током -I через замкнутый ключ 6 и заряд током

+I при разомкнутом ключе б в течение времени Т . Причем управление работой ключа осуществляется с выхода делителя 17 частоты на два, обеспечивающего замыкающий управляющий сигнал в течение интервала времени Тч первого цикла и Т2 второго цикла и размыкающий управляющий сигнал — в течение интервала времени Т первого цикла и о

Т второго цикла.

Блок 1 сравнения работает следующим образом.

Сравниваемые сигналы поступают на входы компаратора 18 . По передним фронтам с прямого и инверсного выходов компаратора формирователи 19 коротких импульсов формируют импульсы, длительность которых достаточна для установки триггера 2 в единичное состояние. Сигналы с выходов формирователей 19 поступают на входы элемента ИПИ 20, прн этом на его выходе присутствуют короткие импульсы в моменты срабатывания компаратора 18.

Работа преобразователя при отсутствии преобразуемого напряжения

11„(t) = 0 описывается уравнениями:

Еат

Сч

»

Х, Tq

С, Ф тч Тр»

Сч

Ео то

С, TL То1

T T + T + T + T 4Tо, 1

4Т е т»

С ц»Та

Г г ь

I Ti U»T а ч + 1 ч

С

/Ь

О»

Еа То

0»Та I Ti

Х

1, С

U» T2

+ — 0 и» а

Вьчходная частота преобразователя при отсутствии входного сигнала U x(t)

0 называется нулевой частотой.

Работа преобразователя при подаче на вход преобразователя переменного напряжения Ux(t) (фиг.2) отличается тем, что на конденсаторе 3 наряду с формированием пилообразного напряжения за счет заряда-разряда его токами +Еа осуществляется интегрирование напряжения Ux(t) с постоянной интегрирования ь = (R < + R )С, .

U = „U „(t)dt °

1 о

Работа схемы описывается уравнениями.

1 5224

I Т вЂ” — — -о- — Т о о R+ц о 1 к

I + о р,+

U,ê

I T + - — - — Т о о р„+ о т

0х

I о R,+Р

f f т,+т +2т

4T (R + R ) 15

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Как видно, погрешности от нестабильностей емкости интегрирующего конденсатора и значений пороговых напряжений н предлагаемом устройстве устранены.

Обеспечена также возможность преобразования сигналов с постоянной составляющей. Исключена возможность нарушения работоспособности-устройства при наличии дрейфа входного интегратора, имевшая место в прототипе, что сделало предлагаемый преобразователь более надежным.

07 6 либрованной задержки, первый и второй повторители, вход первого из которых является входной шиной, а выход подключен к первому нходу блока сравнения, второй вход которого объединен с входом второго повторителя, вторым нынодом накопительного элемента и через токоограничивающий элемент подключен к выходу фильтра высоких частот, вход которого соединен с выходом второго повторителя, выход триггера соединен с входом блока калиброванной задержки, первый выход которого является выходной шиной, а второй выход подключен к R-входу триггера и управляющему входу ключа.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок сравнения ньптолнен на компараторе, двух формирователях коротких импульсов и элементе ИЛИ, выход которого является выходом блока, а входы через соотнетствующие первый и второй формирователи коротких импульсов подключены соответственно к прямому и инверсному выходам компаратора, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока.

1 . Преоб разователь напряжения в частоту, содержащий блок сравнения, выход которого соединен с S-входом триггера, накопительный элемент, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй — с выходом перного источника тока непосредственно, а с выходом второго источника тока — через ключ, отличающийся тем, что, с целью повьппения точнос— ти и надежности преобразователя, н него введены фильтр высоких частот, токоограничивающий элемент, блок ка1

3. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок калиброванной задержки выполнен на генераторе опорной частоты, элементе

И, счетчике и делителе частоты на дна, выход которого является вторым выходом блока, вход соединен с выходом счетчика, являющимся первым выходом блока, а вход счетчика подключен к выходу элемента И, первый вход которого является входом блока, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты.

1 522407

Составитель В.Иахнанов

Техред Л. Олийнык

Корректор А.Обручар

Редактор И.Петрова

Заказ 6979/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изооретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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