Преобразователь напряжение-частота

 

(i 1) 725224

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.05.74 (21) 2027282/18-21 (51) М. Кл.е

Н 03К 13/20 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03,80. бюллетень № 12 (53) УДК 681.325 (088.8) ио делам изобретений н открытий

r (45) Дата опубликования описания 30.03.80 (72) Авторы изобретения

М. H. Глазов и Э. С. Никулин (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИŠ— ЧАСТОТА

Преобразователь напряжение — частота предназначен для использования в преобразовательной технике, в частности в информационно-измерительных системах и системах цифрового управления.

Известен преобразователь напряжение — частота, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, сравнивающее устройство и узел обратной связи. Недостатком этого преобразователя является относительная сложность, а также невозможность преобразования знакопеременных напряжений (11.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь напряжение — частота, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, два релейных элемента, входы которых подключены к выходу интегратора, два диода, разноименные электроды которых соединены со входом операционного усилителя интегратора, а другие электроды подключены к источникам смещения и выходам релейных элементов (2).

Недостатком этого устройства является его сложность, поскольку в нем применяет .ся два релейных элемента, что приводит к, снижению надежности.

Цель изобретения — повышение надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе напряжение — частота, содержащем интегратор, выполненный на операционном усилителе, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а выход через резистор — с инвертирующим ,входом дифференциального усилителя, первый и второй диоды, одни разноименные электроды которых соединены со входом

I0 операционного усилителя интегратора, а другие разноименные электроды через резисторы — с источником напряжения, дифференциальный усилитель охвачен резистивной отрицательной обратной связью, а (5 его выход через первый и второй диодные ключи и резисторы соединен с его неинвертирующим входом, причем последний через резистор соединен с общей шиной, выходы обоих диодных ключей соединены с управ20 ляющими входами первого и второго инверторов, выходы которых через резисторы подключены к соответствующим электродам первого и второго диодов, резисторы смещения диодных ключей соединены с ис25 точниками напряжений соответствующей полярности.

На чертеже представлена электрическая схема преобразователя напряжение — частота.

30 Преобразователь содержит выполненный на операционном усилителе интегратор 1, 25224

5 !

О

3

Кд входу которого подключен источник входного сигнала U и разноименные электроды диодов 2, 3, другие разноименные электроды которых через резисторы 4, 5 соединены с источником напряжения Е, дифференциальный усилитель 6, соединенный с интегратором через резистор 7 и ох,ваченный резистивной отрицательной обратной связью через резистор 8; диодные, ключи 9 и 10, включающие в себя диоды

11, 12, входные резисторы 13, 14, соединенные с выходом дифференциального усилителя, и смещающие резисторы 15, 16, подключенные к источникам опорных напряжений Е и Е .

Выходы диодных ключей соединены с резисторами 17, 18, 19, входящими в цепь положительной обратной связи дифференциального усилителя 6, и с входами инверторов 20, 21, причем база транзистора инвертора 21 через резистор 22 соединена с источником Е+. Выходы инверторов 20, 21 через резисторы 23, 24 и диоды 2, 3 соеди.-нены со входом операционного усилителя интегратора 1.

Принцип действия преобразователя заключается в следующем.

При нулевом значении входного сигнала

U, пренебрегая смещением нуля операционных усилителей, можно считать выходные напряжения интегратора 1 (U») и дифференциального усилителя 6 (U ) равным нулю.

В этом случае диодные ключи 9, 10 находятся в непроводящем состоянии и напряжения на их выходах также равны нулю.

В результате инвертор 20 закрыт, а инвертор 21 открыт, благодаря резистору смещения 22.

При соответствующем выборе величин резисторов 4, 23 и 5, 24 диоды 2 и 3 оказываются в непроводящем состоянии и выходные напряжения инверторов 20 и 21 не влияют на работу интегратора 1.

При появлении входного сигнала положительной полярности (U) О) на выходе интегратора 1 возникает отрицательное напряжение, линейно изменяющееся во вреt мени при U=const, т. е. U,,= — — U, где т — постоянная интегрирования.

Напряжение на выходе дифференциального усилителя U,- также изменяется по линейному закону до тех пор, пока U не достигнет порогового значения U+, при котором происходит открывание диодного ключа 9 (У+ — — Е, где Ri>, Ра — сопро )з !5 тивления резистороЬ 13, 15). При открывании диода 11 усилитель 6 охватывается положительной обратной связью, которая при определенном соотношении резисторов цепей положительной и отрицательной обратных связей обеспечивает переход усилителя 6 в релейный режим. В результате на25

4 пряжение U скачком изменяется от уровня U+ до напряжения положительного насыщения дифференциального усилителя 6, и на выходе диодного ключа 9 возникает положительное напряжение, открывающее инвертор 20, При этом выходное напряжение инвертора 20 принимает нулевое значение, диод 2 открывается за счет резистора смещения 4 и напряжение У„на выходе интегратора 1 начинает быстро возвращаться к нулю под действием разности тоК вЂ” U ков Л1= — — вЂ, где R4 — сопротивление

Яу R резистора 4, а R — входное сопротивление интегратора 1. (Сопротивления резисторов R< н R выбираются так, что при любом входном сигнаŠ— U ле — )) —, благодаря чемусобеспечиваетR ся быстрый сброс интегратора) .

В момент, когда сигнал на выходе интегратора У„подойдет к порогу отпускания релейного элемента на усилителе 6, происходит скачкообразное уменьшение напряжения U что приводит к закрыванию диодного ключа 9 и, следовательно, к закрыванию инвертора 20. В результате диод

2 также закрывается и напряжение U„, на выходе интегратора 1 начинает вновь изменяться под действием входного сигнала U.

Рассмотренный процесс периодически повторяется. Период процесса T = Т, + T, где

Т, — время изменения У„под действием входного сигнала; T> — время сброса интегратора, когда U изменяется под действием сигналов Е и U. Если обеспечить

b..w

Тг«Ть то Т=.Т вЂ” — —, где Л вЂ” ширина петли гистерезиса релейного элемента на дифференциальном усилителе 6.

Следовательно, частота импульсов f на выходе инвертора 20 (выход f+) прямо пропорциональна входному напряжению U.

Для отрицательных входных сигналов (U(0) работа схемы происходит аналогичным образом с той лишь разницей, что напряжение У„на выходе интегратора 1 принимает положительные значения, а напряжение U (0. Поэтому происходит открывание диодного ключа 10, в результате чего инвертор 21 закрывается, потенциал на его коллекторе повышается, диод 3 открывается и обеспечивает сброс интегратора. В этом случае импульсы с частотой f возникают на выходе инвертора 21 (выход f ).

Таким образом преобразователь различает знак входного сигнала, формируя пе.риодические последовательности импульсов на соответствующих выходах, при этом частота следования импульсов определяется абсолютной величиной входного напряжения.

725224

Формула изобретения

° U

Составитель Н. Козлов

Техред А. Камышникова

Редактор В. Левятов

Корректоры: Л. Корогод и О. Гусева

Заказ 529/12 Изд. ¹ 240 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Преобразователь напряжение — частота, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, вход которого подключен к шине входного сигнала, а выход через резистор соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, первый и второй диоды, одни разноименные электроды которых соединены со входом операционного усилителя интегратора, а другие разноименные электроды через резисторы — с источником напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, дифференциальный усилитель охвачен резистивной отрицательной обратной связью, его выход через первый и второй диодные ключи и резисторы соединен с его неинвер6 тирующим входом, причем последйий череЗ резистор соединен с общей шиной, выходы обоих диодных ключей соединены с управляющими входами первого и второго ин5 верторов, выходы которых через резисторы подключены к соответствующим электродам первого и второго диодов, резисторы смещения диодных ключей соединены с источниками напряжений соответствующей

I 0 пол я р ности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Махнанов В. Д., Малохин Н. Т. Устройства частотного и время-импульсного

15 преобразования, М., «Энергия», 1970, с. 52 — 55, рис. 21.

2. Авторское свидетельство СССР № 394938, кл. Н ОЗК 13/20, 1973 (прототип).