Преобразователь частоты в напряжение

 

Изобретение относится к телемеханике и информационно-измерительной технике, может быть использовано в устройствах телеметрии и позволяет повысить быстродействие преобразователя и расширить область применения. Для этого в преобразователь, содержащий формирователи 1, 3, 4, дозирующий элемент 2, генератор 5 опорной частоты, счетчик 6, регистр 9, введены реверсивный счетчик 7, триггер 8, блок 10 памяти, динамическое звено 11 усреднения, выполненное на токозадающем элементе 12, первом конденсаторе, операционном усилителе, цифроаналоговом преобразователе 14, ключе 15, элементе 16 аналоговой памяти и повторителе 17. Введение этих блоков позволяет разбить диапазон преобразования частот на поддиапазоны, за счет чего выходное напряжение, соответствующее входной частоте, имеет меньший размах уровней и является точной шкалой преобразования, в отличие от цифровой выходной шины 20, являющейся грубой шкалой преобразования /указывает поддиапазон преобразования/. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECr1YEiflHH

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4261585/24-24 (22) 15. 06. 87 (46) 15. 03. 90. Бюл. Y 10 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро физико-механического института им. Г.В.Карпенко

АН УССР и Физико-механический инсти-тут им. Г.В.Карпенко АН УССР (72) P.Н.Иодла, В.А.Погрибной, l0.Д.Ицук и И.)1.Гончаренко (53) 621.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

671.029, кл. Н 03 К 9/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

1208600, кл. Н 03 К 9/06, 1984, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯ.

7<ЕНИЕ (57) Изобрет,ение относится к телемеханике и информационно-измерительной технике, может быть использовано в устройствах телеметрии и позволяет повысить быстродействие преобраэова(19) (11) (51) 5 H 03 М 1/60, Н 03 К 9/06

2 теля и расширить область применения.

Для этого в преобразователь, содержащий формирователи 1, 3, 4, дозирующий элемент 2, генератор 5 опорной частоты, счетчик 6, регистр 9, введены реверсивный счетчик 7, триггер 8, блок 10 памяти, динамическое звено

11 усреднения, выполненное на токозадающем элементе 12, первом конденсаторе, операционном усилителе, цифроаналоговом преобразователе 14, ключе 15, элементе l6 аналоговой памяти и повторителе 17. Введение этих блоков позволяет разбить диапазон преобразования частот на поддиапаэоны, за счет чего выходное напряжение, соответствующее входной частоте, имеет меньший размах уровней и является точной шкалой преобразования, в отличие от цифровой выходной шины 20, являющейся грубой шкалой преобразования {указывает поддиапазон преобразования). 3 ил.

1550621

Изобретение относится к телемеханике и информационно-измерительной технике и может найти применение в устройствах телеметрии.

Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение области применения за счет адаптивного выбора пределов поддиапазонов и постоянных времени быстродействующего динамического звена усреднения с учетом знака приращения частоты, На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы его работы; на фиг.3 зависимость постоянной времени цепи связи усредняющего устройства от относительной частоты при ее увеличении (а) и уменьшении (б).

Устройство (фиг.1) содержит фор- 20 мирователь 1, дозирующий элемент 2, формирователи 3 и 4, генератор 5 опорной частоты, счетчик 6, реверсивный счетчик 7, триггер 8, регистр 9, блок 10 памяти, динамическое звено

11 усреднения, токозадающий резистор

12, интегратор 13, ЦАП 14, ключ 15, аналоговый элемент 16 памяти, повторитель 17, входную шину 18, аналоговую выходную шину 19, цифровую выходную шину 20, Устройство работает следующим образом.

Сформированный входной сигнал с выхода формирователя 1 (фиг.2, И1) в начале каждого периода запускает дозирующий элемент 2, который формирует дозирующие импульсы постоянной вольт-секундной площади (фиг.2, И2), поступающие на вход синхронизации

40 генератора 5. При этом на выходе генератора 5 устанавливается нулевой потенциал (фиг.2, И5). По переднему фронту дозирующих импульсов формирователем 3 в момент tq Формируется им- 45 пульс записи (фиг.2, И3), по заднему фронту которого в момент t формирователем 4 формируется импульс сброса (фиг.2, И4). Импульс записи подается на С-входы регистра 9 и реверсивного счетчика 7, и по его переднему фронту в момент t производится параллельная запись выходного кода счетчика 6 в регистр 9 и реверсивный счетчик 7 в конце каждого периода входного сигнала. Импульс сброса поступает на 5

R-входы счетчика 6 и триггера 8 и устанавливает на их выходах нулевой уровень.

По окончании дозирующего импульса в момент tz генератор 5 фррмирует пачку импульсов, поступающую на счетный вход счетчика 6 и вход вычитания реверсивного счетчика 7. Формирование пачки импульсов генератором 5 и подсчет их осуществляется на интервале t — t . Количество импуль3 сов в пачке пропорционально длительности С„- Сд,. Поскольку длительность дозирующих импульсов Е посдоз тоянна, то количество импульсов в пачке пропорционально периоду входного сигнала. Количество импульсов в пачке подсчитывается счетчиком 6, и код на его выходах в конце каждого периода пропорционален длительности

К-го периода.

Пачка импульсов генератора 5 поступает также на вход вычитания реверсивного счетчика 7 и вычитается из числа, записанного в реверсивный счетчик 7 s конце (К-1)-ro периода в момент t,. Таким образом, происходит сравнение длительностей (К-1)-го и

К-го периодов путем вычитания чисел, пропорциональных их длительности.

На фиг.2 принято, что (К-1)-й период больше или равен по длительности Кму периоду входного сигнала. В этом случае на выходе заема реверсивного счетчика 7 сохраняется уровень логической единицы и состояние триггера

8 не меняется. Принято также, что (К+1) -й период больше К-го периода (фиг.2, И1). В (К+1)-ом периоде на

Выходе реверсивного счетчика 7 появится импульс (фиг.2, И7), который устанавливает триггер 8 в состояние логической единицы (фиг,2, И8). По переднему фронту импульса записи происходит запись выходного кода счетчика 6 и выходного состояния триггера 8 в регистр 9. После этого на

R-входы счетчика 6 и триггера 8 поступает импульс сброса с формирователя 4 и устанавливает на их выходах уровни логического нуля. На выходе регистра 9 в конце каждого периода получаем код, число в разрядах 1-п которого пропорционально длительности окончившегося периода, а (и+1)-й разряд указывает на знак изменения длительности периода (логический нуль длительность периода постоянна или уменьшилась, логическая единицадлительность периода увеличилась).

550621 переключения необходимо за основу брать вариант с изменением частоты от f. „„ до Г, (фиг.3а).

При скачкообразном уменьшении час- тоты от максимального значения мекС до текущего значения f. выходное на1 пряжение устройства

1

Выходной код регистра 9 постуйает на адресные входы блока 10 памяти, который запрограммирован в соответствии с разбивкой на поддиапазоны (фиг.3). При изменении частоты вход. ного сигнала изменяется код на адресных входах блока 10 (фиг.2, И9). Изменение адресного кода блока 10 приводит к изменению его выходного кода (фиг.2, И 10), который поступает на цифровые входы цифроаналогового преобразователя 14. В зависимости от частотного поддиапазона устанавливается оптимальное для данного поддиапазона сопротивление ЦАП 14, который в качестве управляемого резистора вхо дит в быстродействующее динамическое звено ll усреднения. На интегратор

13 через токозадаюций резистор 12 поступает дозирующий импульс с блока

2, и через ЦАП 14 поступает напряжение с выхода повторителя.

На время t1 — t (ôèã.2, И3) импульсом записи открывается ключ 15, и выходное напряжение интегратора 13 подается на элемент 16. На интервале t, — t, ключ 15 закрыт, и конденсатор 16 сохраняет свой заряд, При скачкообразном увеличении частоты, что соответствует преобразованию импульсных сигналов, наихудшим вариантом является изменение частоты от минимального значения f„« до текущего значения f .. .Выходное напряже1 ние преобразователя частоты в напряжение в этом случае о

f

50

+ (f — f )(1 — — — — ) ), 1-. 1

МИН l f 1- л

1 где n — количество периодов окончания переходного процесса;

Е, с„„ - напряжение и длительность дозированных импульсов;

R « — сопротивление ЦАП;

R — сопротивление элемента ll; 1 — Г

L I=C 1%i à — постоянная цепи обратной свя14 зи.

При увеличении частоты от значений f)f„„„ïåðåõoäíoé процесс заканчивается быстрее в соответствии с выражением (1), чем в описанном варианте. Поэтому при расчете частот

bbtx (hl R * 3 L

+ (f — f ) (1 — - — -) 1. (2) 1 и сю кс в f.

Как следует из выражений (1) и (2), максимальное быстродействие обеспечивается при выполнении условия

Чем больше отклонение от условия (3), тем больше затягивается переходной процесс.

25 С использованием выражений (1) и (2) определены частотные поддиапоэоны для завершения переходного процесса за два периода при динамической погрешности 24 при увеличении частоЗ0 ты (фиг.3а) и при уменьшении частоты (фиг.3б). Диапазон изменения частоты на входе преобразователя принят .от й„„„до f„ « =2,2 f « а постоянные времени в каждом частном частотном поддиапззоне равны обратной величине от начального значения частоты в этом поддиапазоне. В соответствии с данными фиг.3 программируется блок

10 памяти.. Выигрыш в быстродействии

40 возрастает с увеличением диапазона изменения входной частоты. При этом увеличивается количество частотных поддиапазонов.

В установившемся режиме выходное

45 напряжение преобразования частоты в напряжение на основании выражений (1) и (2) можно представить в виде

Е 1%

1) ых. уст = В до> (4)

11 где f — текущее значение частоты.

С увеличением текущего значения частоты f дискретно уменьшается постоянная времени цепи обратной связи за счет соответствующего уменьшения сопротивления ЦАП 14. Это приводит к дискретному уменьшению коэффициента передачи устройства в каждом час1 550621 тотном поддиапазоне. Для индикации коэффициента преобразования устройства в каждом частотном поддиапазоне используется код на входе ЦАП 14 (цифровая выходная шина 20, 20.1

20.тп). Таким образом, осуществляется автоматическое уменьшение диапазона изменения выходного напряжения преобразователя, что расширяет его область применения . Кроме того, сос" тояние разряда 20 (оп+1) дифровой выходной шины 20 сигнализирует направление изменения входной частоты.

Сужение диапазона изменения выход- !5 ных сигналов позволяет использовать серийные устройства последующей обработки с небольшим диапазоном изменения входных сигналов (быстродейст-вующие регистраторы и аналого-цифровые преобразователи, дельта-модуляторы). Индикация знака изменения входной частоты позволяет синхронизиро" . вать устройства определения экстремального значения выходного сигнала 25 преобразователя частоты в напряжение и адаптивные дельта-модуляторы.

Формула и з о б р е т е н и я

Лреобразователь частоты в напряже- g0 ние, содержащий последовательно соединенные первый формирователь, дозирующий элемент, второй и третий фор° мирователи, счетчик и регистр, вход занесения которого подключен к выходу второго формирователя, и генератор

35 опорной частоты, а вход первого формирователя является входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и рас- 40 ширения области применения, введены реверсивный счетчик, триггер, блок памяти и динамическое звено усредне- ния, выполненное на токозадающем элементе, выполненном на ре3НсТоре, пер 45 вом конденсаторе, операционном усилителе, ключе, повторителе, цифро- аналоговом преобразователе и элементе аналоговой памяти, выполненном на втором конденсаторе, первый вывод которого является шиной нулевого потенциала, второй вывод объединен с входом повторителя и подключен к выходу ключа, информационный вход которого подключен к выходу операционного усилителя и первому выводу первого конденсатора, а управляющий вход объединен с входом занесения реверсивного счетчика и подключен к выходу второго формирователя, управляющий вход генератора опорной частоты объединен через токозадающий резистор с входом операционного усилителя, выходом цифроаналогового преобразователя и вторым выводом первого конденсатора и подключен к выходу дозирующего элемента, счетные входы счетчика и реверсивного счетчика объединены и подключены к выходу генератора опорной частоты, выходы счетчика соединены с соответствующими информационными входами регистра и реверсивного счетчика, выход заема которого соединен с входом установки в "1" триггера, вход установки в "0" которого подключен к выходу третьего формирователя, а выход - к младшему информационному входу регистра, выходы которого подключены к соответствующим адресным входам блока памяти, выходы которого подключены к соответствующим цифровым входам цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого подключен к выходу повторителя, выход повторителя является аналоговой выходной шиной преобразователя, а выходы блока памяти и выход младшего разряда регистра являются цифровой шиной преобразователя.

)550621