Преобразователь напряжения в частоту

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор , входной резистор, соединенный с входной шиной устройства, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора , кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которснго соединен с выходсял компаратора, а втсьрой вход - с выходом кварцевого генератора , источник опорного напряжения. двухпозиционный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, к 1 1мутируемый вход д хпозиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухпозиционного ключа соединен через резистор обратной связи с вторым входом интегратора, а выход пвухпозшшонвого ключа соединен с общей шиной усгройсгеа.о тли чающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введена цепочка из m пйспед| вательНо соединенных двухпозицишных ключей, в которой коммутируемый вход первмо ключа Через входнЫ резистор подключен к входной шине устройства, & коммутируемый вход каждого последук (Л щего ключа соединен с обоими выходами предыдущего ключа, оба выхода последнего П -го ключа соединены с первым входом интегратора, управпякшве входы всех m клю1чей соединены с общей шинЫ1, причем количество m ключей в цепочке равно отнииению R / Rpg (жругленв1иго До целого числа, где 00 9х -06 сопротивления входного резистора и резистора обратной связи. 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗсЮ Н03 К13 20

5»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, -:

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БИБ.:»..

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3526432/18 21 (22) 23.12,82 (46) 23.03,84, Бкд. Л" 11 (72) В.Д.Вавилов, В.И.Позднев и В, И. Ма твеев (71) Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53 ) 62 1.3 74,3 (088.8 ) (56) 1. Гарет П. Аналоговые устройс1 ва дпя микропроцессоров и мини-ЗВМ, М „Мир", с. 1 61, 2. цифровой преобразователь напряжения в частоту. - Экспресс-информация.

Контрольно-измерительная техника, ВИНИТИ1 % 7 ° 1976ý с. 25.

{54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, входной резистор, соединенный с входной шиной устройства, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с выходом компаратора, а второй вход - с выходом кварцевого генератора, источник опорного напряжения, „„SU„„ А двухпозиционный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, коммутируемый вход двухпозиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухпозиционного ключа соединен через резистор обратной связи с вторым входом интегратора, а второй выход двухпозиционного ключа соединен с обшей шиной устройства,отличающийся тем, что, с цепью повышения точности, в него введена цепочка из m последw ватепьно соединенных двухпозиционных ключей, в которой коммутируемый вход первого ключа через входной резистор подключен к входной шине устройства, коммутируемый вход каждого последующего ключа соединен с обоими выходами предыдущего ключа, оба выхода последнего Ф -го ключа соединены с первым входом интегратора, управляющие входы всех т ключей соединены с общей шиной, причем количество Ф ключей s цепочке равно отношению R sy /

R а .. округленного до целого числа, где

В ит и R. - сопротивления входного резистора и резистора обратной связи.

1 1 081788

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в устройствах измерительной техники и автоматики, где необходима высокая ( точность преобразования, 5

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходом генератора, и ключ на транзисторе, управляе- г мый компаратором и служащий для с 10 сброса заряда конденсатора в интеграторе jig где Р о„

Я4

Ц2 кНедостатком устройства является низкая точность преобразования, 15

Наибопее бпизким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, входной резистор, соединенный 20 с входной шиной устройства, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с выходом компаратора, а вто рой вход - с выходом кварцевого генератора, источник опорного напряжения, двухпозиционный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, коммутируемый 30 вход двухпозиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухпоэиционного ключа соединен через резистор обра.тной связи с вторым входом генератора, а второй выход двухпозиционного ключа соединен с обшей шиной устройства (2) °

Недостаток известного преобразователя - высокий уровень температурной погрешности из-оа влияния темпера- 40 туры на входные IIeDH интегратора, что приводит к изменению крутизны характеристики преобразователя.

Уравнение преобразования этого устройства определяется следуюшим обра 45 зом: + к т > (1)

< "о выходная частота входное напряжениет 50 опорное напряжение сопротивление входного резис тора1 сопротивление резистора обратной связи, 55 сопротивпение открытого ключа; стабильное ВремЯ заряда

° 2 .интегратора, задаваемое формирователем импульсов.

Зависимости сопротивлений в формуле

1 ) от температуры выражаются соотощением

g„o (с и

К = К (1 + о(6 ) (2) к Rêî (Ре R< ю Й R „o — значения соотВет

7о ствующих сопротивпений при некоторой начальной температуре; .

, к- температурные коэффициенты изменения сопротивления соответственно резисторов и ключа, ht — приращение температуры.

Если разложить зависимость (1) в ряд Тейлора по вариациям сопротивлений и ограничиться первыми членами разложения, то после подстановки соотношений (2) псдучим относительную температурную погрешность Ц преобразователя в виде R ко

Ч -, Р (к 1 -, (3)

7o ко

Оценка погрешности по формуле (3 ) дня следующих реальных параметров:

R = 5 кОМ, Як„= 40 Ом (дпя ключей типа 590КН2), ® k = 3,3 ° 10 11ОС, 0(11 = 4, 10 1/ С, при температурном диапазоне А1 = 70 С дает величину 0,16%, что неприемлемо дпя прецизионных преобразований.

?1ель изобретения — повышение точности за счет уменьшения температурной погрешности преобразователя.

Поставпенная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, входной резистор, соединенный с входной шиной устройства, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с выходом компаратора, а второй входс выходом кварцевого генератора, источник опорного напряжения, двухпозиционный ключ, управпяюший вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, коммутируемый вход двухпоэиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухлозиционного ключа соединен через резистор обратной связи со вторым входом интегратора, а второй

BbIKDQ двухпозиционного ключа соединен с обшей шиной питания, введена цепочка из Nr последовательно соединенных

3 i 081. двухпозиционных ключей, в которой ком мутируемый вход первого ключа через входной резистор подключен к входной шине устройства, коммутируемый вход каждого последуюшего ключа соединен с обоими выходами предыдушего ключа, оба выхода после ..его rn -го ключа

35 соединены с первым входом интегратора, управляющие входы всех е ключей соединены с обшей шиной устройства, 10 причем количество п1 ключей в цепочке равно отношению R>< /1 о„., округленного до целого числа, где К „и К сопротивления входного резистора и резистора обратной связи. 15

Введенная в преобразователь цепочка иэ W последовательно соединенных двухпозиционных ключей, идентичных ключу в цепи опорного напряжения, изменяет уравнение преобразования (1), которое 20 в этом случае имеет следующий. вид:

Р. + R„U„ (4)

+ 4 "a "о

В этом случае для температурной погрешности преобразователя имеем л ко 20 и +k1<

Щ z М

Жо <

Так как отншение g< /Б,,т может 30 быть дробным числом, а е равно округ ленному до целого числа отношению

К1 /R, то для оценки максимально возможной погрешности в (5) положим

Й = (e+ 0,5) Я . В этом случае получим оценку максимальной погрешности д» в виде О%ко(кк- й) t (6)

"- - ;;.1(;,:.)

Числовая оценка g щ„по (6) при

К = 12,5 кОм, 2 5 кОм, 1 к

40 Ом, c(ð = 4 10 1/аС, . 0 „= 3,3 10 > 1/С> at = 700С, щ =3 дает погрешность ф„д„-0,032Ъ. 45

Таким образом,предлагаемый преобразователь имеет меньшую температурную погрешность,чем известное устройство.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя напряжения в частоту.

Преобразователь напряжения в частоту

50 содержит интегратор 1, входной резистор

2, входную шину 3 устройства (напряжения lJq) компаратор 4, кварцевый генератор 5, формирователь 6 импульсов, йсточнйк 7 опорного напряжения,двухйози- 55 ционный ключ 8, резистор 9 обратной связи, цепочку 10 иэ е двухпоэиционных ключей 10.1 ... 10m.

Выход интегратора 1 соединен со входом компаратора 4, входной резистор 2 соединен первым концом с входной шиной 3 устройства, а вторым концомс коммутируемым входом первого ключа

10,1 в цепочке 10; коммутируемый вход каждого последующего ключа в цепочке 10 соединен с обоими выходами предыдущего ключа, а оба выхода последнегоВ-го ключа 10.гл соединены с первым входом интегратора 1.Управляэмцие входы всех ключей 10,1...10.rn соединены с обшей шиной устройства. Первый вход формирователя 6 импульсов подключен к выходу компаратора 4, второй вход подключен к выходу кварцевого генерато ра 5, а выход - к управляющему входу двухпозиционного ключа 8, у которого коммутируемый вход соединен с выходом источника 7 опорного напряжения, первый выход соединен через резистор 9 образ ной связи со вторым входом интегратора

1, а второй выход - с обшей шиной yet ройс тва.

Преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение 0 т через входной резистор 2 и открытые ключи 10.1

10. Ф постоянно поступает на первый, вход интегратора 1. На второй вход интегратора 1 периодически (период зависит от входного нащжжения) поступает опорное напряжение 00 от источника 7 опорного напряжения через открытый ключ 8 и резистор 9 обратной связи.

Ключ 8 открыт в течение времени 3, сформированного формирователем 6 импульсов из частоты кварцевого генератора 5.

В это время происходят заряд конденсатора интегратора 1 под дэйствием разности токов, вызванных напряжениями 0т и 0о до некотоРого УРовнЯ 03 .

Затем после отключения источника опорного напряжения ключ 8 замыкает выход источника 7 опорного напряжения на общую шину питания, и конденсатор интегратора 1 разряжается по действием

Uqm напряжения 0 до нуля. Компарагор

4, включенный, например в режиме детектора нуля, при переходе входного напряжения через нуль меняет свое состояние и запускает формирователь 6 импульсов, который, в свою очередь, открывает ключ 8 для прохождения напряжения О0 на вход интегратора 1, и вйовь начинается цикл заряда, Частота повторений циклов заряд-разряд, или, что го

Ф 1 ОЯ178 же частота повторений импульсов Hs вы

Мще компарагора 4, определяется формулой (4) При этом температурная погрешность оценивается пот формуле (5). 5

Наилучшие результаты по уменьшению температурной погрешности получаются

% огда, когда отношение R) /Rg p8BH0 иелощг числу, т.е.

1, (7) В этом случае подстановка соогно шения (7) в (4) дает идеальное уравнение преобразования

Г > (8)

" з"о., из которого следует, что при выполнении условия (7) преобразователь является термонезависимым при воздействии температуры на входные пепи интегратора во всем рабочем диапазоне.

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет уменьшить температур;-. ную погрешность и обеспечить за счет этого более высокую точность преобразования.

Подписное

Заказ 1565/52 Тираж 862

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

Составитель В.Пешков

Редактор H.Åãoðñâà Техред М.Гергель Корректор 4Повх