Преобразователь периода в постоянное напряжение

 

Изобретение относится к автоматике и электроизмерительной технике, в частности к преобразователям параметров электрических величин. Технический результат заключается в обеспечении возможности преобразования временного интервала в постоянное напряжение, в частности периода переменного напряжения. Для этого устройство содержит источник входного напряжения, компаратор, делитель частоты, первый и второй ключи, источник опорного напряжения, резистор, конденсатор, причем общая точка резистора и конденсатора подключена к инвертирующему входу операционного усилителя (ОУ), а его неинвертирующий вход заземлен, другой вывод конденсатора подключен к выходу ОУ, который подключен к входу устройства выборки-хранения (УВХ), причем выход последнего является выходом преобразователя, выход делителя частоты соединен с входом управления первого ключа, с первым входом логической ячейки 2 ИЛИ-НЕ, а также мультивибратор - с входом управления УВХ, который подключен также ко второму входу логической ячейки 2 ИЛИ-НЕ, причем выход последней соединен с входом управления второго ключа, который подключен параллельно конденсатору. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и электроизмерительной технике, в частности к преобразователям параметров электрических величин.

Наиболее близким классом устройств к предлагаемому являются демодуляторы модулированных по частоте сигналов (см. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях. - Киев: Техника, 1983, с.109, 110; Гальперин М. В. Введение в схемотехнику. - М.: Энергоиздат, 1982, с.81). Такие устройства можно рассматривать как преобразователи "частота - постоянное напряжение". Частота и период связаны обратно пропорциональной зависимостью, а операция вычисления обратной величины в аналоговой технике является сложно реализуемой. На основании этого преобразователи "период - постоянное напряжение" можно отнести к другому классу устройств, причем известных решений такого типа не найдено. Поэтому по результатам патентного поиска сделан вывод об отсутствии аналогов предлагаемого решения.

Технический результат - обеспечение возможности преобразования временного интервала в постоянное напряжение, в частности периода переменного напряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в преобразователе периода в постоянное напряжение особенность заключается в том, что источник входного напряжения подключен к последовательно соединенным компаратору и делителю, вход первого ключа соединен с источником опорного напряжения, а выход первого ключа подключен к резистору, который соединен с конденсатором, причем общая точка резистора и конденсатора подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя (ОУ), а его неинвертирующий вход заземлен, другой вывод конденсатора подключен к выходу ОУ, который подключен к входу устройства выборки-хранения (УВХ), причем выход последнего является выходом преобразователя, выход делителя частоты соединен с входом управления первого ключа, с первым входом логической ячейки 2 ИЛИ-НЕ, а также через мультивибратор - с входом управления УВХ, который подключен также к второму входу логической ячейки 2 ИЛИ-НЕ, причем выход последней соединен с входом управления второго ключа, который подключен параллельно конденсатору.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога предлагаемого решения, поэтому заявляемое изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг.1 приведена схема устройства, на фиг.2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Преобразователь (фиг.1) содержит источник входного сигнала 1, компаратор 2, делитель частоты 3, источник опорного напряжения 4, первый ключ 5, резистор, операционный усилитель (ОУ) 7, конденсатор 8, второй ключ 9, устройство выборки-хранения (УВХ) 10, мультивибратор 11, логическую ячейку 2 ИЛИ-НЕ 12.

Устройство работает следующим образом. Входное переменное напряжение с частотой f (фиг.2а) с источника 1 поступает на вход компаратора 2, который преобразует это напряжение в прямоугольные импульсы (фиг.2б). Делитель частоты 3 уменьшает частоту этих импульсов в два раза (фиг.2в), таким образом, что длительность импульса Т (фиг.2в) равна периоду входного напряжения (T= 1/f). Напряжение с выхода делителя 3 подается на вход управления первого ключа 5, он открывается, и опорное напряжение -U_oп с выхода источника опорного напряжения 4 поступает на вход интегратора 13, который включает в себя резистор 6, ОУ 7, конденсатор 8. Интегратор 13 начинает интегрировать напряжение U_oп: (1) где τ - постоянная времени интегратора, равная произведению сопротивления резистора 6 и конденсатора 8.

Напряжение (1) показано на фиг.2г. Оно изменяется по линейному закону, поэтому в момент t₁ окончания интегрирования (первый ключ 5 в этот момент размыкается) оно прямо пропорционально периоду входного напряжения (поскольку t₁=T): U_t1=kT, (2) где k=const - коэффициент пропорциональности.

Мультивибратор 11 работает в ждущем режиме: он вырабатывает короткий импульс (фиг. 2д) при перепаде импульса (задний фронт) с выхода делителя 3 (фиг. 2в). Этот импульс подается на вход управления УВХ 10, которое запоминает напряжение (2) в течение длительности импульса. Сигналы с выхода делителя 3 (фиг.2в) и мультивибратора 11 (фиг.2д) подаются на логическую ячейку 2 ИЛИ-НЕ 12, поэтому до момента времени t₂ напряжение на ее выходе равно нулю (фиг. 2е), а в момент времени t₂ - становится равным "1". Это приводит к тому, что второй ключ 9 открывается и конденсатор 8 интегратора 13 разряжается до момента времени t₃ (фиг.2е), когда начинается следующий цикл работы устройства. Выходное напряжение устройства показано на фиг.2ж, причем если период сигнала изменится, то пропорционально этому изменится и напряжение на выходе устройства.

Устройство выборки-хранения 10 может быть выполнено по известным схемам с использованием ключа, конденсатора и повторителя напряжения на основе ОУ.

Таким образом, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной ниже формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Также, устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, заключающегося в обеспечении возможности преобразования временного интервала, в частности периода переменного напряжения, в постоянное напряжение.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Преобразователь частоты в постоянное напряжение, отличающийся тем, что источник входного напряжения подключен к последовательно соединенным компаратору и делителю частоты, вход первого ключа соединен с источником опорного напряжения, а выход первого ключа подключен к резистору, который соединен с конденсатором, причем общая точка резистора и конденсатора подключена к инвертирующему входу операционного усилителя (ОУ), а его неинвертирующий вход заземлен, другой вывод конденсатора подключен к выходу ОУ, который подключен к входу устройства выборки-хранения (УВХ), причем выход последнего является выходом преобразователя, выход делителя частоты соединен с входом управления первого ключа, с первым входом логической ячейки 2 ИЛИ-НЕ, а также через мультивибратор с входом управления УВХ, который подключен также ко второму входу логической ячейки 2 ИЛИ-НЕ, причем выход последней соединен с входом управления второго ключа, который подключен параллельно конденсатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2