Функциональный преобразователь напряжения в частоту

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной и измерительной техники и систем управления . Сущность изобретения: функциональный преобразователь напряжения в частоту содержит интегратор на основе операционного усилителя (1), компаратор (3), формиров.атель импульсов (5), формирующий конденсатор (7) и два переключателя (6,8). 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ф (я)5 G 06 G 7/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4838330/24 (22) 11.06.90 (46) 23.12.92. Бюл. N. 47 (71) Институт проблем управления (72) Р.Р, Бабаян и Е.Г. Кузнецов (56) Ж. "Измерения. Контроль, Автоматизация". 1990, М 2;

Ямный B.Å. Аналого-цифровые преобразователи напряжения в широком динамическом диапазоне. — Минск: Изд-во БГУ им.

Ленина, 1980, с,88. рис,3,20, Ы,, 1783549 А1

2 (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВА=

ТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной и измерительной техники и систем управления, Сущность изобретения: функциональный преобразователь напряжения в частоту содержит интегратор на осйове операционного усилителя (1), компаратор (3), формирователь импульсов (5), формирующий конденсатор (7) и два переключателя (6,8). 1 ил, 1783549

5, суммирующую точку интегратора на основе

10 тельностью импульса формирователя импульсов. После этого вновь начинается линейное нарастание сигнала интегратора

15 и цикл повторяется.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь напряжения в частоту, содержащий последовательно включенные интегратор на основе

20 операционного усилителя, компаратор и формирователь импульсов, выход которого п одключен к управляющему вход у ne ðâîlo переключателя и является выходом преобразователя, один из выходных выводов пе25 реключателя соединен со входом преобразовател я, вход интегратора сое- дйнен с шиной отрицательного опорного

45 обратной связи

Указанные выше. признаки, отличаю- .

50 щие преобразователь от прототипа обеспеИзобретение относится к области ана-. логовой вычислительной техники и может быть использовано в устройствах вычислительной и измерительной техники и систем управления.

Известны функциональные преобразователи, содержащие интегрирующий усилитель, компаратор, формирующий и ключевой элементы. К недостаткам этих устройств следует отнести низкое быстродействие, невысокую линейность, большой дрейф и узкий динамический диапазон,, Попытки скомпенсировать эти недостатки ведут к значительному усложнению схемотехники устройства. Основные составляющие ошибок преобразования обусловлены не нулевым значением времени, необходимого для перезарядки интегрирующего конденсатора и,- следовательно, зависят от скорости нарастания выходного сигнала ин.. тегрйрующего усилителя, времени переключения компаратора; амплитуды выходного сигнала, напряжения смещения и входных токов операционного"усилителя, В значительной мере данные недостатки устранены в функциональном преобразователе, являющимся ближайшим техническим решением к предлатаемому.

Этот преобразователь содержит интегрирующий операционный усилитель, два компаратора, пороговый и ключевой элементы.

Основное отличие преобразователя от большинства преобразователей напряжения в частоту состоит в том, что крутизна выходного сигнала интегрирующего усили- 3 теля постоянна. B преобразователе происходит интегрирование не входного, а опорного сигнала; а изменение частоты выходных колебаний происходит за счет сравнения выходного напряжения интегри- 4 рующего усилителя с вхОдным напряжением через цепь суммирования токов, Применение схемы возврата интегрирующего конденсатора с использованием двух компараторов и адаптивной регулировки сводит к минимуму время возврата, независимо от максимальной амплитуды входного сигнала. Однако точность преобразования функционального преобразователя на частотах до 1кГц относительно не высока и равна 0 05% Этот преобразователь имеет также большой дрейф — 0,015%/K.

Целью изобретения является повышение точности и расширение класса воспроизводимых функций за счет получения гиперболического закона преобразования.

Сущность изобретения состоит в том, что в функциональном преобразователе интегратор на основе операционного усилителя включен в петлю зарядовой обратной связи. В петле зарядовой связи применен форсирующий конденсатор, через который, при пересечении нарастающим выходным сигналом интегратора нулевого уровня в операционного усилителя переносится за ряд от источника входного сигнала, понижая значение выходного напряжения интегратора на величину, пропорциональную перенесенному заряду в течение интервала времейи, определяемого длинапряжения, введены форсирующий конденсатор и второй переключатель, одйн из входных выводов которого соединен с суммирующей точкой операционного усилителя интегратора, а другой выходной вывод подключен к другому выходному выводу первого переключателя и к шине нулевого потенциала, входной вывод первого и входной вывод второго переключателей соединены с соответствующими обкладками форсирующего кондейсатора, управляющий вход второго переключателя подкалючен к управляющему входу первого переключателя, а Свободный. вывод компаратора — к шине нулевого потенцйала.

Существенными отличительными признаками s укаэанной выше совокупности является наличие в преобразователе форсирующего конденсатора и второго пе.реключателя, образующих петлю зарядовой чивают появление у преобразователя нового свойства, состоящего в обеспечении гиперболического закона преобразования, существенного уменьшения дрейфа за счет

55 .исключения влияния на точность таких факторов, как стабильность и точность интегрирующего конденсатора и компаратора, а также величины времени возврата.

Функциональный преобразовател содержит интегратор 1 на основе операцион5

1783549 ного усилителя, информационный вход которого подключен к шине отрицательного опорного напряжения 2, а выход — к инвертирующему входу компаратора 3, Свободный вход компаратора 3 подключен к шине

4 нулевого потенциала. Выход компаратора

3 подключен к входу формирователя импульсов 5, выход которого, являющийся выходом преобразователя, подключен к управляющим входам переключателя 6 и переключателя 8. Один из выходных выводов переключателя 6 соединен со входом преобразователя, а другой выходной вывод пе5

10 реключателя 6 соединен с одним из выходных выводов переключателя 8 и с ши- 15 ной 4 нулевого потенциала, Другой выход- " ной вывод переключателя 8 соединен с суммирующей точкой операционного усилителя интегратора 1. Входные выводы переключателей 6 . и 8 соединены с 20 соответствующими обкладками форсирующего конденсатора 7.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче на устройство напряжения 25 питания срабатывает компаратор 3, ко входу интегратора 1 на основе операционного усилителя подключается форсирующий конденсатор 7, на интеграторе восстанавливаются начальные условия и далее он интегрирует ток, поступающий от источника, опорного напряжения через шину 2. На выходе интегратора на основе операционного усилителя появляется выходной сигнал, линейно изменяющийся в положительном направлении. При пересечении этим сигналом нулевого уровня срабатывает компаратор 3, 30

35 переходя с высокого уровня на низкий, и запускает формирователь импульсов 5. Выходной сигнал формирователя импульсов 5 40 переводит переключатели 6 и 8 в положенйе, при котором обе обкладки форсирующего конденсатора 7 отключаются от шины

4 нулевого потенциала и подключаются со45 ответственно к источнику входного сигнала и к суммирующей точке операционного усилителя интегратора 1. При этом осуществляется перенос заряда Овх через форсирующий конденсатор 7 в суммирующую точку операционного усилителя интег50 ратора 1. Перенос заряда снижает величину выходного напряжения интегратора t пропорционально величине входного заряда в ющего с выхода формирователя импульса 5

По мере того, как в суммирующую точку втекает ток через фокусирующий конденсатор 7, она получает положительное смещение и, когда перенос заряда заканчивается, течение времени, интервал которого определяется длительностью импульса, поступа- 55 интегратор 1 стремится восстановить нулевой уровень токов в суммирующей точке операционного усилителя и интегрирование сигнала вновь повторяется в положительном направлении до пересечения нулевого уровня. Поскольку глубина положительного смещения суммирующей точки операционного усилителя интегратора 1 прямо пропорциональна величине входного заряда, то генерация колебаний происходит с частотой обратно пропорциональной величине входного заряда. Действительно, в преобразователе ОопТ = Uax, где T — период автоколебаний. Отсюда выходная частота автоколебаний fab>x = 1/Т = Uon/Uax В результате преобразователь, как показали расчеты, на порядок позволил повысить точность преобразования (до 0,005 ) и значительно снизить дрейф (до 0,005 /К). Этот результат по. сравнению с соответствующими параметрами прототипа — 0,05 $ и

0,015%/КА достигнут за счет того, что, поскольку входной и одпорный сигналы в преобразователе подаются на один и тот же интегрирующий конденсатор, его стабильность и точность не влияют на точность преобразования так же, как и время переключения и точность компаратора, Так

Как для удержания токов в суммирующей точке операционного усилителя интегратора 1 на нулевом уровне контур колебаний работает с частотой, определяемой лишь величиной входного напряжения, этим и обеспечиваются оговоренные выше преимущества преобразователя по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь напряжения в частоту, содержащий последовательно включенные интегратор на основе операционного усилителя, компаратор и формирователь импульсов, выход которого подключен к управляющему входу первого переключателя и является выходом преобразователя, один из выходных выводов переключателя соединен с входом преобразователя, вход интегратора соединен с ши-. ной отрицательного опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса воспроизводимых функций за счет получения гиперболического закона преобразования, в него введены форсирующий конденсатор и второй переключатель, один из выходных выводов которого соединен с суммирующей точкой операционного усилителя интегратора, а другой выходной вывод подключен к другому выходному выводу первого переключателя и к шине нулевого

1783549

Составитель E.Êóçíåöîâ

Техред M,Моргентал Корректор О.Густи

Редактор Т.Иванова

Заказ 4518 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 потенциала, входной вывод первого и входной вывод второго переключателей соединены с соответствующими обкладками форсирующего конденсатора, управляю5. щий вход второго переключателя подключен к управляющему .входу первого переключателя, а свободный вывод компаратора— к шине нулевого потенциала,