Преобразователь напряжения в частоту

 

Изобретение относится к автоматике, телемеханике и измерительной технике. Цель изобретения - повышение линейности характеристики преобразования при уменьшении асимметрии ее крутизны при разнополярных входных сигналах. Устройство содержит два операционных усилителя 1 и 2, два ключа 3 и 4, два конденсатора 5 и 6, четыре резистора (Р) 7 - 10 и формирователь частотно-импульсно-модулированных (ЧИМ) сигналов 11, состоящий из операционного усилителя 12, управляемого ключа 13, трех Р 14 - 16 и Р 17 отриц. обратной связи. При достижении выходным напряжением операционного усилителя 1 уровня напряжения положит. (отриц.) полярности на выходе формирователя ЧИМ сигналов 11, напряжение с выхода операционного усилителя 2 изменит свою полярность на противоположную и на выходе формирователя ЧИМ сигналов 11 установится отриц. (положит.) напряжение. Цель достигается введением формирователя ЧИМ сигналов 11 при равенстве на его выходе напряжений положит. и отриц. полярности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (я)5 Ц 03 С 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ CCCP (21 ) 371 0667/24-09 (22) 11.03,84 (46) 23. 03. 90. Бюл. ¹ 11 (71) физико-механический институт ич. Г.В.Карпенко А11 УССР (72) P.Í.Ìîäëà и В.А.Погрибной (53) 621 . 376. 32 (088, 8) (56) Гутников В.С. Применение операпионных усилителей в измерительной технике. - Л,:Энергия, 1975, с. 106.

Авторское свидетельство. СССР № 1171963, кл. Н 03 С 3/00, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В

ЧАСТОТУ (57) Изобретение относится-к автоматике, телемеханике и измерительной технике . Пель изобретения — повышение линейности характеристики преобразования при уменьшении асимметрии ее крутизны при разнополярных входных сигналах. Устр-во содержит два операÄÄSUÄÄ 1552346 А 1

2 ционных усилителя 1 и 2, два ключа 3 и 4, два конденсатора 5 и 6, четыре резистора (P) 7-10 и формирователь частотно-HMnynbсно-модулированных (ЧИ1 ) сигналов 11, состоящий из операционного усилителя 12, управляемого ключа !3, трех P 14-16 и P 17 отриц. обратной связи. При достижении выходным н а и р яжен ие м оп е ра пион но го усилителя 1 уровня напряжения поло-. жит, (отриц.) полярности на выходе формирователя ЧИК-сигналов 11 напряжение с выхода операционного усилителя 2 изменит свою полярность на противоположную и на выходе Формирователя ЧИ1 "-сигналов 11 установится отрип. (положит.) напряжение. Пель достигается введением *ормирователя

ЧИ .— сигналов 11 при равенстве на его выходе напряжений положит. и отриц. полярности. 1 з.п. *-лы, 2 ип, 1552346

Изобретение относится к автоматике телемеханике и измерительной техФ нике и может использоваться для преобразования напряжения в частоту, а также для преобразования отношения входных сигналов и их квадрата в девиацию частоты.

Рель из об рет ения - по вьш ен ие линейности характеристики преобразования при уменьшении асимметрии ее кру..тизны при раэнополярных входных сиг налах.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного преобразователя напряжения в частоту, на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь напряжения в частоту содержит первый 1 и второй 2

:операционные усилители, первый 3 н вто рой 4 ключи, пе рвый 5 и вто рой 6 ,конденсаторы, с первого по четвертый

-; резисторы.7-1 О. и формирователь 11 частотно-импульсно-модулированных 25 (ЧИМ) сигналов, который содержит операционный усилитель 12> управляемый ключ )3 с первого по третий резисторы 14-16, резистор 17 отрицательной обратной связи (ООС), сигнальный вход 30

18, первый 19 и второй 20 управляющие входы и выход 21 .

Преобразователь работает следующим образом.

При положительной полярности сиг35 нала на выходе операционного усилителя 2 в интервале времени Т =

t© (фиг, 2д) ключи 3 и 4 открыты, а ключ 13 закрыт, на виходе формирователя 11 ЧИН-сигналов устанавливается напряжение положительной полярности

P tr

)) — -- ---)) гО R 19

4Ф где U U — напряжение соответстп го венно на первом и втором управляющих входах

1 9 и 20 преобразователя напряжения в частоту (фиг. 2 в, б);=

R R — величины сопротивлений 4 резисторов 14 и 17 соответственно.

Напряжение U через резистор )О

И 55 подается на неинвертирующий вход опе-. раиионного усилителя 1, на выходе которого формируется линейно нарастающее напряжение (фиг. 2 r) . Преобрагде П вЂ” отрицательное выходное наIt пряжение формирователя 11

ЧИИ-сигналов;

U — напряжение на сигнальном

« входе 18 преобразователя напряжение-частота (фиг. 2а);

R 9,R„— величины сопротивлений резисторов 9 и 10;

С вЂ” величина емкости конденсатора 6.

При достижении выходным напряжением операционного усилителя 1 уровня

U напряжение с.выхода операционного ( усилителя 2 изменяет свою полярность на противоположную. Это приводит к закрыванию ключей 4, .3 и открйванию ключа 13. На выходе формирователя 11

ЧИК-сигналов устанавливается отрица= тельное напряжение

)) ч

U = — = — 0 и р 19

R

<5 (3.) I

Это напряжение через резистор 10 подается на неинвертирующий вход усилителя 1,. на выходе которого формируется линейно падающее напряжение на

Г интервале времени Т = tz — . Преобразуемый сигнал U «e exode ) 8 через резисторы 7 и 8 подается на инвертирующий вход операпионного усилителя l . При достижении выходным напряженн ием оп е ра ционно го усилителя 1 уровня U« íànðÿæåíèå на его выходе изменяет свою полярность на противоположную и описанные процессы повторяются. з-..

Время обратного хода Тг треугольного напряжения можно определить из выражения

1 (4) U + — U« (R7+R В} Сб зуемый сигнал с входа 18 через открытый ключ 4 и резистор 9 подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 1.

Время прямого хода Т = и — Ср треугольного напряжения на выходе операционного усилителя 1 может быть представлено выражением

Uн

Т вЂ” — — — — ) —,— --, (2)

u+, Р, 155?346 (5) (П вЂ” ЕТ, )(Фл щc

U s

1 лл U л

R9С (> >+ Р )С т

1О

С = С@1 Рз = R1î

2" ч 1 " . = R

У -1 ° (6) условий выражеПри выполнении этих нне (5) примет вип (7) 2R„Cg О „- 11лл ) ( ло

+ ) + U

4л буемого параметра Блл достигается измен е н ием í ап ряжен ия н а п е рвом уп рав— ляющем входе 19 преобразователя напряжения в частоту.

При выполнении условий (6) и (8), 25 как следует из (9), предложенный преобразователь напряжения в частоту обеспечивает преобразование отношения двух сигналов в девиацию частоты

gF (1? )

30 8 СР U2o

Этот случай показан на Фиг. 2 в интервале времени tg — t . При этом на сигнальный вход 18 и второй управляющий вход 20 подаются изменяю35 щиеся сигналы положительной полярности (фиг. 2а, б), Кроме того, в случае, когда R<>

R и напряжение на сигнальном вхоло де 18 равно нулю, в предложенном пре40 образователе напряжения в частоту производится преобразование квадрата отношения двух сигналов в девиацию частоты, что подтверждается при подстановке в выражение (7) выражений

45 (1 ) и (3) Рлч ПЛл1 2

Ь 2 2 () .. (13)

8P, R>Cs П2о

На фиг. 2 этот режим показан, на5р чиная с момента t . При этом на сигнальный вход 18 подается нулевой сигнал, на первый управляющий вход 19 и на второй управляющий вход 20 подаются изменяющиеся сигналы положительной

55 полярности (фиг. 2 а, б, в) .

Формула изобретения

1 . Преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый операционгде R, R — сопротивления резисторов (Ф

7 и 8;

С вЂ” емкость конденсатора 6.

Для обеспечения правильной работы предложенного устройства необходимо согласно выражениям (2) и (4) выполнять следующие условия:

Отсюда следует, что для получения линейной характеристики преобразования необходимо обеспечить

U — -U — U (8)

11 лл лл

При этом выражение (5) преобразуется к виду

1 11 Ы

8В С 8Й С5П «

fî,+ 11 ° (9)

В предлагаемом преобразователе напряжения в частоту выполнение условия (8) согласно выражениям (1) и (3) и при U = 0 обеспечивается для к л = К 5, пРичем

U = -11„= U10 ° (1 0) Указанное условие выполняется на практике с очень высокой точностью, что при выполнении условия (6) обеспечивает увеличение линейности характеристики преобразования и уменьшение асимметрии ее крутизны при разнополярных входных сигналах (К) 1

K = К (11)

8Р,С У лл

Этот случай показан на Ьиг, 2 в интервале времени tg — t . При этом на сигнальный вход 18 подается разнополярный сигнал, на первый управляющий вход 1 9 поступает нулевой сигнал, на второй управляющий вход 20 поступает постоянное положительное напряжение (фиг, 2 а, б, в).

Соответствующим выбором параметра

U . можно добиться частичной компенli сации погрешности линейности при наРушении условия (6). Получение треИспользуя выражения (2) и (4), можно определить частоту выходных коле б аний

1552346 ный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующич входом через первый конденсатор, последовательно соединенные пе рвый рез исто р и в то рой резистор, второй вывод которого соединен с инвертируюшж входом первого. операционного усилителя, первый ключ, который включен между точкой соединен 1я первого и второго резисторов и общей шиной, последовательно соединенные второй ключ и третий резистор, в арой вывод которого соединен с невертирующвч входом первого операщ онного усилителя, второй операцион- 15 нь и усилитель, инвертирующий вход ко1 торого соединен с выходом первого операционного усилителя, четвертый резистор, первый и второй выводы которого соединены соответственно с не1 инвертирующим входом первого операционного усилителя и с неинвертирующ м входом второго операционного усилнтеля, и второй конденсатор, первый и, второй выводы которого соединены 2 соответственно с неинвертирующим вход м первого операционного усилителя и с общей шиной, при этом управляющие взводы первого и второго ключей соеди1 н ны между собой, второй вывод перво- 3О гЬ резистора и вход первого ключа соединены между собой, и точка их соединения является сигнальным входом, а выход первого операционного усилителя - вьмодом преобразователя

35 напряжения в частоту, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьппейия линейности характеристики преобразования при уменьшении асимметрии ее крутизны при разнополярных входных О сигналах, в него введен формирователь частотно-импульсно-модулированных сигналов, выход которого соединен с. неинвертирующим входом второго операцнонного усилителя, вход управления 4 полярностью частотно-импульсно-модулированного сигнала соединен с выходом второго операционного усилителя и с точкой соединения управляющих входов первого и второго ключей, а вход напряжения смешения постоянного уровня ч а статно -импульсно -модулированного сигнала и вход сигнала управления амплитудой частотно-импульсно-модулированного сигнала формирователя частотно-импульсно-модулированных сигналов являются соответственно первьм и вторым управляющими входами преобразователя напряжения в частоту.2. Преобразователь по-п,1, о т л н ч а ю шийся тем, что формирователь частотно-импульсно-модулированных сигналов содержит операционный усилитель, выход которого соединен с его инвертирующим входом через резистор отрицатЕльной обратной связи, первый и второй резисторы, первые выводы которых соединены с инвертирующич входом операционного усили. теля, третий резистор, первый вывод которого соединен с неинвертирующ м входом операционного усилителя, а второй вывод — с вторым выводом второго резистора, и управляемый ключ, который включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей ниной, при этом выход операционного усилителя является выходом формирователя частотно-импульсно-модулированных сигналов, второй вывод первого резистора — входом напряжения смещения постоянного уровня частотно-импульсно-модулированного сигнала, точка соединения вторых выводов

BTopoI и третьего резисторрв — входом сигнала управления амплитудой частотно-импульсно-модулированного сигнала, а управляющий вход управляемого ключа — входом управления полярностью частотно-импульсно"модулированного сигнала.

1 552346

487

Фиг 2

Состав итель .Г. Захарченко

Редактор А.Мотыль Техред М.Дидык Корректор T.ÏàëHH

Заказ 339 Тирах 653 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