Преобразователь знакопеременного напряжения в частоту

 

(11) 5I 2574

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социа!(истнческих

Республик

„1(-,.-

1в>>ф . (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 11.11.74 (21) 2075878/26-21 с присоединен:,c>(зая .: № (23) Приоритет

Опубликовано 30.04.76. Бюллетень № 16

Дата опубликования оп((сания 16.06.76 (51) М. Кл. Н 03К 13/20

1

1 (53) УДК 681.325(088.8) !

Государственный комитат

Совета Министров ССОР но делам изобретений и открытий, (72) Авторы изобретения

JI. А. Иванов, A. У. Ялышеь, Л. H. Гри-Орьсв и 3. A. Фуртов

Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь 3 НА КОП ЕРЕМЕ Н НОГО

НАПРЯ)КЕНИЯ В ЧАСТОТУ

Изобретение относится к преобразователям знакопеременного напряжения в частоту с выходом пилообразных импульсов и с выходом (или двумя выходами) прямоугольных импульсов, в которых длительность прямоугольных импульсов не зависит от величины входного напряжения и пренебрежимо мала по сравнению с длительностью пилообразных импульсов, а полярность как пилообразных, так и треугO;IbHblх импульсов определяется полярностью входного напряжения. Эти преобразоВатели предназначены преимущественно для аналого-цифровых (гибридных) интеграторов, содержащих реверсивный счетчик импульсов с дешифратором и выходной сумматор, к которому подключены как выход дешифратора, так и выход пилообразных импульсов преобразователя, особенно для тех интеграторов, в которых реверсивный счетчик с дешифратором выполнен в виде многоустойчивого элемента с применением интегратора

Миллера.

Известен преобразователь знакопеременного напряжения в частоту, содержащий интегратор, выход которого подключен к первым входам двух компараторов, Выполненных ня операционных усилителях, вторые входы которых соединены соответственпо с источниками положительного и отрш(ательного опорного»япря>кения, я выходы через резисторы соед»иены с управляющими входами соотвстстгующих ключей.

Предло>кенпос устройство от известного отли.ается тем, что, с »елью упрощения устрой5 ствя, между выходамп компараторов включен последователы(ый рсзнстпвный делитель, сред»яя точка 1 оторого через нел(п;ейную электр»ческую цепь с двусторонней относительно нуля напряжения зоной нечувствительнос10 ти, например двуханодный стабилнтрон, подК. 110 IСНЯ К ВХОД> 1(НТЕГРВТOPЯ> а ВТОРЫЕ ВХОды компараторов через указанные кл!очи соед»»сч ы с нулевой шиной.

11а (ертс>ке изображена элект1311:(сскяя схе15 i>(2 предлагаемого преобразователя знакоперсмс»HOго напряжен»я в частоту.

ПреооразОВятсль содержит Входнуlo E(;Ic»!. му 1, резистор 2, интегратор 3, компараторы

4 и 5, источник положительного опорного ня20 п(ряжен((я 6, исто lilli ° отрицательного опорного напряжения 7, ключи 8 и 9, резисторы 10 и 11, электрическую цепь 12, выходы 13 и 14, резисторы 15 и 16. В качестве компараторов 4 и 5 приме»с.»i операционные усилители с

25 д.вухпол»р»ым» Выход»Вы(и сип(алями. Резисторы 10:! 11 имеют одгп(аковые номинальные ли(рот!(яде»((я. Источники опорных няпряже1:..(;! 6 1(7 1(310(i)T i«янь(с пo (Ioc0, 110Tlioi(B" ., 11!: и((с В!>!хОднь((»япряжсння. Элсктри1(сска>(3;1 1;c»ь 12»мест вольт-ямпср»у:о хярактеристнi3 ку с двусторонней относителЬно нуля напряжения зоной нечувствительности, например, содержит двуханодный стабилитрон 17. Кл1очи 8 и 9 на чертеже в качестве примера возможного выполнения изображены в виде полевых транзисторов с каналами и и р-типов соответственно.

Выход интегратора 3 соединен с неинвертирующпми входами компараторов 4 и 5. Инвертирующий вход компаратора 4 соединен через резистор 15 с источником полo?Kèòñëüноro опорного напряжения 6 и через ключ 8— с общей шиной. Инвертирующий вход компаратора 5 соединен через резистор 1б с источником отрицательного опорного напря>кения 7 и через ключ 9 — с общей шинои. Выход компаратора 4 соединен с входом управления ключа 8, а выход компаратора 5 — с входом управления ключа 9. Между выходами компараторов 4 и 5 включены последовательно резисторы 10 и 11, а точка соединения этих резисторов между собой соединена с входом интегратора 3 через электрическую цспь 12. Выход 13 соединен с выходом интег;>атора, а выход 14 — с точкой соединения между собой резисторов 10 и 11.

При отрицательном входном напряжении преобразователь действует следующим образом.

Если выходное напряжение интегратора 3 положительно, то выходное напряжение компаратора 5 также положительно. Предположим, что выходное напряжение компаратора 4 отрицательно, тогда ключ 8 закрыт и на инвертирующем входе компаратора 4 имеет место положительное опорное напряжение, а напряжение на выходе 14 приблизительно равно нулю, но, во всяком случае, по абсолютной величине не превышает порогового напряжения цепи 12 (для изображенного на чертеже случая — напряжения зснеровского пробоя стабилитрона 18); так что ток через цепь

12 практически равен нулю, и выходное напряжение интегратора 3 увеличивается во времени пропорционально интегралу по времени от входного напряжения преобразователя, взятому с обратным знаком. При дости>кении выходным напряжением интегратора 3 значения, равного опорному напряжению, выходное напряжение компаратора 4 становится положительным, при этом ключ 8 замыкается и блокирует напряжение на инвертирующем входе компаратора 4, напряжение па выходе

14 становится положительным и равным среднему арифметическому значению напряжений насыщения по выходу компараторов 4 и 5 в положительную сторону и, во всяком случае, превышает пороговое напряжение цепи 12, поэтому на вход интегратора 3 через цепь -12 втекает положительный ток, по абсолютной всличине значительно превышающий ток через резистор 2, пропорциональный входному напряжению преобразователя, поэтому выходное напряжение интегратора 3 быстро уменьшается до нуля, после чего компаратор 4 вновь

1и

2>0

65 изменяет свое выходное состояние, напряже. ние на выходе 14 снова становится близким к нулю, выходное напря>кение интегратора 3 снова начинает увеличиваться, и преобразова. тель продолжает действовать указанным об. разом циклически далее.

Таким образом, при постоянном отрицательном входном напряжении преобразователя на его выходе 13 имеют место положительные треугольные импульсы, задний фронт которых при надлежащем выборе электрических характеристик элементов преобразователя легко может быть получен настолько короче переднего фронта, определяемого абсолютной величиной входного напряжения преобразователя, что эти импульсы можно использовать как пилообразные, а на выходе 14 имеют место узкие положительные прямоугольные импульсы, амплитуда которых практически равна пороговому напряжению цепи 12, а длительность постоянна (равна длительности заднего фронта треугольных импульсов на выходе 13) и не зависит от величины входного напряжения преобразователя.

Рассуждая аналогично, нетрудно убедиться, что при положительном входном напряжении преобразователя выходное напряжение компаратора 4 становится и остается отрицательным, а выходное напряжение компаратора 5 периодически на относительно короткое время переходит от положительного значения к отрицательному, при этом при постоянном входном напря>кении преобразователя на выходе 13 имеют место отрицательные прямоугольные импульсы, частота следования которых пропорциональна абсолютной величине входного напряжения преобразователя, а длительность импульсов на выходе 14 от нее не зависит.

В общем случае (при произвольно изменяющемся входном напряжении) форма импульсов на выходе 13 может отличаться от пилообразной, однако в любой момент времени, кроме моментов времени, попадающих в относительно короткие интервалы времени, соответствующие сбросу интегратора при наличии импульса на выходе 14, напряжение на выходе 13 пропорционально взятому с обратным знаком интегралу по времени от входного напряжения, накопленному интегратором с момента окончания последнего импульса на выходе 14, а для первого после запуска интегратора цикла интегрирования входного напряжения — с момента этого запуска (предполагается, что запуску интегратора предшествует сброс интегратора при помощи цепи сброса, которая может быть выполнена известным образом и на чертеже не пок зана) и имеет максимальное по абсолютной величинезначение, при достижении которого начинается следующий цикл интегрирования, равное аосолютной величине опорного напряжения, так что величина опорного напряжения является мерой кванта интеграла, соответствующего появлению каждого нового импульса на выходе K I

Г

oî

Составитель А. Кузнецов

Тскред А. Камышникова

Коррскгор О. Тюрина

Редактор Н. Коляда

Зак 1219/13 Изд М 1286 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова. 2

14. При этом каждый положитель11ый импульс на выходе 14 свидетельствует об отрицательном приращении интеграла величиной в один квант, а каждый отрицательный импульс на выходе 14 свидетельствует о положительном приращении интеграла величиной в одич квант, и полное значение интеграла входного напряжения преобразователя в любой момент после запуска интегратора может быть определено как величина, пропорциональная взятой с обратным знаком алгебраической сумме текущего значения напряжения на выходе 13 и произведения абсолютной величины опорного напряжения на разность между количеством положительных и количеством отрицательных импульсов, появившихся после запуска интегратора и до рассматриваемого момента времени на выходе 14.

Таким образом, предложенный преобразователь может быть применен как собственно преобразователь знакопеременного напряжения в частоту с использованием любого из его выходов, так и как интегрирующий преобразователь, выдающий информацию о величине интеграла по времени от входного напряжения посредством аналогового сигнала на вь! ходе 13 и цифрового — на выходе 14.

5 Формула изобретения

Преобразователь знакопеременного напряжения в частоту, содержащий интегратор, выход которого подключен к первым входам

10 двух компараторов, выполненных на операционных усилителях. вторые входы ко|орых соединены соответственно с источниками положительного и отрицательного опорного напряжения, à BbIxojIbl — через резисторы соедине15 ны с управляющими входами cooTBPTcTBóþщих ключей, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, между выходами компараторов включен последовательный резистивный делитель, средняя точка которо20 го через нелинейную электрическую цепь с двухсторонней относительно нулю напряжения зоной нечувствительности, например двуханодный стабплитрон, подключена ко входу интегратора, а вторые входы компараторов через

25 указанные ключи соединены с нулевой шиной.