Способ преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение

 

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРИОДА СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА В НАПРЖ{ЕНИЕ , заключающийся в том, что входной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированными положительной и ртрицательной амплитудами, oтл чaющийcя тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, формируют две разнополярные пocлёJ oвaтeльнocти напряжений треугольной формы путем интегрирования знакопеременного прямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительное напряжение треугольной формы сбрасывается в ноль по срезу прямоугольного напряжения, а отрицательное (Л по фронту.

сооэ советсних

РЕСПУБЛИН,.SU„„ I 0941

3GB " 03 К l3 ОО

Гссу А1ст еии 1Й HoMvnET ceca llo делдм иэОБРетений и ОТКРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3510093/18-21 (22) 09. 11. 82 (46) 23.05.84. Бюл. Р 19 (72) Е. И.. Медведев, Н. А. Сипатов, Ф.Ф. Фархутдинов и М.И. Кузнецов (53) 681. 325 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 984040, кл. Н 03 К 13/20, 1982.

2. Джус Н.И. Преобразователь частоты в аналоговый сигнал с малым уровнем пульсации. — "Измерительная техника", 1973, У 6, с. 88. (54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРИОДА СИНУСОИДАПЬНОГО СИГНАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ, заключающийся в том, что входной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированными положительной и.ртрицательной амплитудами О т л 9 ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьппения точности и быстродействия, формируют две разнополярные последовательности напряжений треугольной формы путем интегрирования знакопеременного прямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительное напряжение треугольной формы сбрасывается в ноль по срезу прямоугольного напряжения, а отрицательное— по фронту. 1094142

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах или в системах автоматического управления для быстродействующего преобразования частотномодулированных сигналов в напряжение °

Известен способ преобразования периода входного сигнала в напряже— ние, основанный на интегрировании знакопеременного прямоугольного напряжения, синхронизированного с входным сигналом fij .

Недостатками этого способа являются низкие точность и быстродействие.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ преобразования периода в напряжение, при котором входной (предполагается синусоидальный) сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированными положительной и отрицательной амплитудами. Это напряжение далее интегрируют, поддерживая нулевым средн " значение треугольного напряжения, представляющего собой результат интегрирования, после чего это треугольное напряжение выпрямляют и при необходимости сглаживают (2) .

Недостатками известного способа преобразования являются низкие точность и быстродействие, что обусловлено как внутренними свойствами способа, так и необходимостью фильтрации выходного напряжения.

Цель изобретения — повышение то.- ности и быстродействия преобразова- ния периода синусоидального сигнала в напряжение.

Цель достигается тем, что соглас р способу преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение входной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное напряжение со стабилизированными положительной и отрицательной амплитудами, формируют две разнополярные последовательности напряжений тре— угольной формы путем интегрирования знакопеременного прямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительное напряжение треугольной формы сбрасывают в ноль по срезу прямоугольного напряжения — а отрицательное — по фронту.

На фиг. 1 даны временные диаграммы, на фиг. 2 — устройство, реали5 зующее способ.

Сущность способа состоит в следующем. При синусоидальном входном сигнале (фиг. I) спадающий и нарастающий фронты прямоугольного напряжения формируют в моменты перехода входного сигнала через нулевое значение. В установившемся режиме, при постоянной частоте входного сигнала, выходное напряжение интеграторов U 4, U g нарастает при отрицательном входном и спадает при по" ложительном входном напряжении, изменяясь в пределах от нулевого значения до некоторого максимального, причем выходное напряжение одного интегратора (первого) U

Utt — отрицательным.

Так, на интервале t t 4, 25 111 = "И Макс Ч н и4. Г UUrflH ° а их разность Uzq — Uqq = U щ@ =

const; причем 1

2. гпн

u .dk=-—

0 > да ; гон < с О где Ь вЂ” выходное напряжение интегИ

35 ратора; постоянная интегрирования, Т вЂ” период входного сигнала;

U„> — амплитуда прямоугольного напряжения.

Таким образом, разность выходных напряжений интеграторов в установившемся режиме остается постоянной, пропорциональной периоду входного сигнала.

45 В установившемся режиме выходное напряжение первого интегратора достигает нулевого значения в момент спадания прямоугольного напряжения.

В этот момент производится фиксация нулевого значения выходного напряжения интегратора. Поскольку оно нормально равно нулю, фиксация не вносит каких-либо изменений в состояние схемы, и ее выходное напряжение остается гладким.

Допустим далее, что в момент времени t< (фиг. 1) частота входного сигнала ступенчато уменьшилась. В этом случае до момента времени t

1094!42 выходное напряжение преобразователя не изменится. Начиная с момента времени t3, в соответствии с новым законом изменения прямоугольного напряжения, Uqq должно было бы изменить свой знак, но за счет его ограничения напряжением положитель-. ного знака оно сохраняется нулевым. .1оскольку на интервале t> c t напряжение U увеличивается по модулю, оставаясь отрицательным, то

U возрастает до некоторого промежуточного значения. Окончательное возрастание Б „ до значения, соответствующего новому значению входной частоты, происходит на интервале времени ty k t 4 t когда нулевым сохранится напряжение U<<, а Ug4 возрастает до своего максимального значения. Общая длительность переходного процесса при ступенчатом снижении частоты в системе не превышает периода входного сигнала.

В зависимости от фазы начала переходного процесса она изменяется от полупериода до периода входного сигнала.

При ступенчатом увеличении частоты переходный процесс также заканчивается за время, не превышающее периода входного сигнала — оно равно времени, необходимому для двух последовательных фиксаций нулевого уровня выходного напряжения интеграторов (моменты времени t< и t на фиг. 1). В обоих случаях переходный процесс протекает без неререгулирований.

20

35

Таким образом, предлагаемый способ преобразования частоты в напряжение 4о обеспечивает высокое быстродействие и гладкую форму выходного напряжения, практически исключающую необходимость его дальнейшей фильтрации.

Ежепериодная фиксация нулевого уров- 45 ня выходного напряжения интеграторов позволяет использовать в схеме преобразователя операционные усилители без жестких требований к их дрейфовым характеристикам. 50

Предлагаемый способ преобразования частоты в напряжение обеспечивает высокую статическую точность преобразования. Действительно, элементами, определяющими точностные характеристики способа преобразования, являются ключи, фиксирующие нулевой уровень выходного напряжения интеграторов. Современный уровень развития информационно-измерительной техники позволяет выполнить их быстродействующими с весьма малым сопротивлением. Длительность фиксации нулевого уровня при данном способе может быть выбрана минимальной, не превышающей 0,01 — 0,17. от минимального периода входного сигнала, так как в установившемся режиме ключи лишь подтверждают нулевой уровень вы .одного напряжения интеграторов.

Поэтому и длительность искажающего выброса выходного напряжения, и его амплитуды оказываются небольшими .

Устройство, реализующее способ, содержит формирователя импульсов (ФИ) 1, генератор 2 прямоугольного напряжения (ГПН), интеграторы 3 и 4, ключевые элементы 5 и 6, узел 7 разделения полярностей импульсов (УРП) и ограничители 8 и 9 выходного напряжения интеграторов.

Формиррватель импульсов 1 вырабатывает знакопеременные импульсы, совпадающие во времени с моментами перехода через нулевое значение входного сигнала. Выходные импульсы ФИ 1 подаются на вход ГПН 2, вырабатывающего прямоугольное напряжение, а с него сигнал подается на входы интеграторов 3 и 4. Кроме ГПН 2, выходные импульсы ФИ 1 подаются на ключевые элементы 5 и 6 через диодный

УРП 7. В момент подачи импульса на ключевые элементы 5 и 6 цепь обратной связи соответствующего интегратора закорачивается и фиксируется нулевой уровень его выходного напряжения. Кроме того, напряжение на выходе интеграторов поддерживается нулевым за счет ограничителей 8 и 9 напряжения, исключающих возможность появления отрицательного напряжения на выходе интегратора 3 и положительного на выходе интегратора 4.

Функцию ограничителя напряжения в простейшем случае может выполнять диод, включенный в цепь обратной связи интегратора.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет получить экономический эффект за счет меньшей стоимости системы, реализующей способ, и повышения быстродействия.

1094142

i 094142

Фиг. 2

Составитель В. Пешков

Редактор И, Николайчук Техред А.Бабинец Корректор А. Ференц

Заказ 3455/44 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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