Преобразователь напряжения в частоту

 

«

1 (72) Авторы изобретения

В. В. Гаухштейн и В. P. Гольдберг . (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСЧ ОТУ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении прецизионных измерительных преобразователей.

Известен преобразователь напряжения в, частоту, содержащий интегратор, компаратор с порогами срабатывания и отпускания, масштабный усилитель, вход которого соединен с входом преобразователя а выход через ключ соединен со вторым входом интегратора (1) .

Недостатком этого устройства является погрешность преобразования, вызываемая изменением характеристик масштабного усилителя, а также значительным rg влиянием дрейфа нулевого уровня интегра. тора в области малых уровней входных напряжений.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегра- 20 тор, модулятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с входом интегратора, компаратор, вхоп которого подключен к выходу интег ратора, а выход - к управляющему входу модулятора 12) .

Недостатком его является наличие погрешности обусловленной дрейфом нуля аатегратора.

Бель изобретения - повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, модулятор, вход которого соединен с входной тиной преобразователя, а выход ««с первым входом первого интегратора, компаратор, вход которого

l подключен к вьвсоду интегратора„à высод к управлякщему входу модулятора, введены формирователь биполярного напряжения, вход которого подключен к выходу компаратора, и второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, а выход к второму входу первого интегратора.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема преобразовате9422 ля; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясни клцие работу преобразователя; 0— входное напряжение. +- модулированное г входное напряжение; 8 - постоянная составляющая напряжения на выходе второго S интегратора; j- напряжение на выходе первого интегратора; д — напряжение на ьыходе формирователя биполярного .напряжения; 6 — характерные моменты времени работы преобразователя. о

Преобразователь содержит первый интегратор, состоящий из операционного усилителя 1, конденсатора 2 и резисторов

3 и 4, модулятор 5, выход которого через резистор 3 соединен с входом усили- 1ь теля 1, компаратор 6 с порогами срабатывания Q и отпускания Ue, выход которого, через формирователь 7 биполярного напряжения подключен ко входу второго интегратора, состоящего из операционного щ усилителя 8, конденсатора 9 и резистора

10, а выход второго интегратора подключен через резистор 4 к входу усилителя 1.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение Ug постоянного ° тока, промодулнрованное модулятором 5, управляемьйм импульсами напряжения прямоугольной формы от компаратора 6, поступает на первый вход первого интегратора. На второй вход первого интегратора поступает выходное напряжение второго интегратора. С момента времени

9 до момента Вд интегрируется сумма

3S промодулированного входного напряжения и выходного напряжения второго интегратора. В момент времени Qg когда напряжение на выходе первого интегратора становится равным порогу отпуска40 ния D() компаратора 6, последний изменяет свое состояние, прерывая действие входного напряжения на первом входе первого интегратора и изменяя полярность импульсов прямоугольного напряжения на

I5 выходе формирователя биполярного напряжения. Формирователь биполярного напряжения всегда вырабатывает импульсы напряжения прямоугольной формы синхронно и синфазно с напряжением на выходе модулятора входного напряжения, т.е. при действии положительного входного напряжения в интервале $8<,@ на выходе формирователя 7 действует также положительное напряжение.

С момента времени 9 до момента 9 на вход первого интегратора поступает только напряжение с выхода второго интегратора. В результате на интервале

50 4 (A, 9 ) выходное напряжение интегратора изменяется от Ug до Ос . делитель ность интервала времени Я (.„"Т явля.г ется периодом изменения выходного напряжения преобразователя.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства при условии равенства сопротивлений резисторов 3 и 4, при коэффициенте усиления усилителя 8, равным К при амплитудном значении импульсов формирователя 7, равном Q, при разнице порогов срабатывания и отпускания компаратора 6 (О, — U ), при дли,тельности положительного импульса на выходе формирователя 7 4 -8 g4, а также при смещении нулевых уровней, приведенных ко входу, первого интегратора Щи второго интегратора g Ц .

Изменение напряжения на выходе первого интегратора в интервале 584; Од 3 определяется выражением

9а.

f iuqÄiuÄ, uÄ)at=(u,-u,)ã, И

Oq где т: - постоянная времени первого интегратора, равная произведению сопротивления резистора 3 или 4 на величину емкости конденсатора 2;

U>< - напряжение на выходе второго интегратора.

Полагая, что входное напряжение Ц и смещение 604 в течение интервала времени 4 =9@-9 не изменяется, выражение (1) может hm приведено к виду

ВХ 4 (" 4) =("С-(О) 4 где () = Г() gg - постоянная составля1.+ ) ФИ

-1e кадая напряжения на выходе второго интегратора.

Путем аналогичных рассуждений можно получить выражение для изменения напряжения на выходе первого интегратора в интервале $8 <® ) 44+аU„)(T-t„)=-(О о ) . i 3 ) 3десь следует обратить внимание на тот факт, что постоянная составлякзцая

HaGpsDKeHRH U Ha выходе второго интегpampa в установившемся режиме в течение времени „и (Т вЂ” 4<) остается неизменной

942289

При этом постоянная составлялцая напряжения Ug на выходе операционного усилителя 8 (на выходе второго интегратора) определяется по формуле

1О

В формуле (4) выражение в скобках представляет собой постоянную составляющую напряжения, действующего на входе второго интегратора, а коэффициент. К отражает конечное значение коэффициента усиления операционного усилителя 8.

Иэ выражений (2), (3) и (4) можно получить где f — выходная частота.

Из выражения (5) следует, что сме-щения нулевых уровней Щ и ЬО интег- гз раторов вызывают только мультипликативну ю погрешность, т.е. практически не ограничивают порога чувствительности преобразователя, причем смешение нулевого уровня первого интегратора оказы- щд вается в К раз меньше, чем второго.

Таким образом, благодаря предлагае: мым отличиям повышается точность цреобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, модулятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с пер

\ вым входом первого интегратора, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к управляющему входу модулятора, о т л и ч а ю m и и с я тем, чу, с целью повышения точности преобразования, в него введены формирователь биполярного напряжения, вход которого поаключен к выходу компй ратора, и второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, а выход - ко второму входу первого интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при еюспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 457178, кл. Н 03 К 13/20, от 04.03.73;

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 291155, кл. Н 03 К 13/20, 1969 (прототип).

942259 ч ф

Ь

Составитель В, Дмитриев

Редактор E. Кинив Техред М,Тепер Корректор М. Коста

Заказ 4863/51 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4