Функциональный преобразователь напряжения в частоту

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий последовательно соединенные источник преобразуемого сигнала и первый интегратор, второй интегратор , первьй и второй ключи сброса первого и второго интеграторов соответственно и пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертор, третий и четвертый ключи, третий интегратор и элемент НЕ, причем инвертор включен между выходом источника преобразуемого сигнала и входом второго интегратора, входы третьего интегратора через третий и Четвертый ключи соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выход третьего интегратора подключен к входу порогового элемента, вход элемента НЕ подключен к выходу порогового элемен (Л та, а выход соединен с управляющими с входами второго и третьего клкгчей, управлякнций вход четвертого ключа соединен с выходом порогового элемента , который является выходом преобразователя .

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

6% (И) y(g) Н 03 К 13/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

: 1О делАм иэОБРетений и ОткРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИЛ"."П:ЛЬСТНУ (21) 3535922/;8-2.1 (22) 07. 01. 83 (46) 23.05.84. Бюл. У 19 (72) В.П. Комлев, В.П. Захаров, С.И. Малафеев, А.В. Иихайлов, П.Б. Самойлов и И.Е. Василенко (7 1) Владимирский политехнический институт (53) 621. 317(088. 8) (56) 1. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. И., "Советское радио", 1980, с. 116-119.

2. Авторское свидетельство СССР

В 569025, кл. Н 03 К 13/20, 1977. (54) (57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий последовательно соединенные источник преобразуемого сигнала и первый интегратор, второй интегратор, первый и второй ключи сброса первого и второго интегратбров соответственно и пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повьипения точности, в него введены инвертор, третий и четвертый ключи, третий интегратор и элемент НЕ, причем инвертор включен между выходом источника преобразуемого сигнала и входом второго интегратора, входы третьего интегратора через третий и четвертый ключи соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выход третьего интегратора подключен к входу порогового элемента, вход элемента НЕ под- Я ключен к выходу порогового элемента, а выход соединен с управляющими входами второго и третьего ключей, управляющий. вход четвертого ключа соединен с выходом порогового элемен- ©

Ф та, который является выходом преобразователя.

1094145

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки и преобразования информации и. 5

Известен преобразователь напряжения в частоту импульсов, содержащий источник преобразуемого сигнала, интегратор, пороговый элемент, управляющий ключом, который шунтирует емкость интегратора f1) .

Недостаток этого устройства — ограниченные функциональные возможности (осуществляется только линейное преобразование аналогового сигнала в частоту следования импульсов, при котором невозможно получение выходной частоты, пропорциональной корню квадратному из величины аналого1 вого сигнала). 20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является функциональный преобразователь напряжения в частоту ,следования импульсов, содержащий пос- 25 ледовательно соединенные источник преобразуемого сигнала, первый и второй интеграторы, пороговый элемент, уровень срабатывания которого является источником опорного напряжения 30

Чо, первое и второе разрядные устройства, управляемые пороговым элементом и шунтирующие соответственно емкости первого и второго интеграторов f2) .

35 .Зависимость выходной частоты известного преобразователя от величины .преобразуемого сигнала Б@ имеет вид

Ы КО

SblX оп +

Из этого соотношения следует, что статическая характеристика известного преобразователя не точно соот- 45 ветствует корню квадратному от величины преобразуемого сигнала, что .обусловлено конечным временем разряда tp интегрирующих емкостей.

Таким образом, недостаток известного устройства — низкая точность

Ф преобразования.

Цель изобретения — повышение точаости преобразования аналогового свгиапа в частоту импульсов пропорционавьную корню квадратному от величины входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что а функциональный преобразователь напряжения в частоту, содержащий последовательно соединенные источник преобразуемого сигнала и первый .интегратор, второй интегратор, первый и второй ключи, соединенные параллельно с конденсаторами в цепях обратных связей первого и второго интеграторов соответственно, и пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, введены инвертор, третий и четвертый ключи, третий интегратор и элемент НЕ, причем инвертор включен между выходом источника преобразуемого сигнала и входом второго интегратора, входы третьего интегратора через третий и четвертый ключи соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выход подключен к входу порогового элемента, вход элемента

НЕ подключен к выходу порогового элемента, а выход соединен с управляющими входами второго и третьего ключей, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом порогового элемента, который является выходом преобразователя.

На фиг. 1 приведена схема устройства„ на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь содержит источник

1 преобразуемого сигнала, инвертор 2, первый 3 и второй 4 интеграторы (3. 1 и 4. 1 — резисторы на входе, 3.2 и 4.2 — конденсаторы в цепях обратной связи .операционных усилителей), ключи 5-8, третий интегратор

9 (9. 1 и 9.2 - резисторы на входе, 9.3 — конденсатор в цепи обратной связи операционного усилителя 9.4), пороговый элемент 10 (10. 1 — резистор на входе операционного усилителя 10.2, 10.3 и 10.4 - делитель напряжения в цепи положительной обратной связи), элемент НЕ 11.

К выходу источника 1 преобразуемого сигнала подключены инвертор 2 и первый интегратор 3, к выходу инвертора 2 подключен второй интегратор 4, первый 5 и второй 6 ключи шунтируют интегрирующие емкости соответственно первого 3.2 и второго

4.2 конденсаторов, выходы первого

3 и второго 4 интеграторов через третий 7 и четвертый 8 ключи соответственно подключены к резисторам

9. 1 и 9.2 на входе третьего интег1 30

Н,(() = - f „, U,(t) d, 3.1 3,9. где R — величина резистора 3 ° 1;

9.»

С вЂ” емкость конденсатора 3.2.

ЗЯ

Выходной сигнал третьего интегратора 9 определяется суммои двух

35 сигналов: с выходов первого 3 и второго 4 интеграторов, т.е.

» 1

u4,H.i

9ЛС95 » 9. С93 где R 1 и К вЂ” величины резисторов

9.1 и 9.2 соответственно;

С вЂ” емкость конденсато9Ü ра 9.3.

В течение интервалов времени 4> t% t3g 1 (фиг. 2) ключи 6 и 7 замкнуты, а ключи 5 и 8 разомкнуты, поэтому

45 и, Ю= - — 0,1Ц аад К,К, 1 и, И1 d,.

39

3 1094 1 ратора 9, выход которого соединен с входом порогового элемента 10, управляющие входы первого 5 и четвертого 8 ключей подключены к выходу порогового элемента 10, управляющие входы второго 6 третьего 7 ключей подключены через элемент НЕ 11 к выходу порогового элемента 10.

Устройство работает следующим об разом. l0

Предположим, что в исходном состоянии в момент времени t на выхоо де порогового элемента 10 присутствует напряжение U1O положительной полярности U»O = +U. В этом случае 15 ключи 5 и 8 разомкнуты, а ключи 6 и 7 замкнуты. Выходное напряжение источника преобразуемого сигнала

Ud положительной полярности посту-. пает на входы первого интегратора 20

3 и инвертора 2. Выходной сигнал U») инвертора 2 отрицательной полярности поступает на вход второго интегратора 4, но его выходное напряжение не изменяется и равно нулю, 25 так как конденсатор 4.2 шунтирован ключом 6. Выходное напряжение U первого интегратора 3 линейно изменяется от нудевого уровня по закону

Ug(t) = — KQK(KgfjU4(t)dt + Ug(t4), 1 где К1 Р С1. коэффициент пропорциональности третьего интегратора;

R99 = R91

Ug(t„) — напряжение на выходе третьего интегратора 9 в момент времени 1(9g tg )

При U1(t) const

Ug (t) у К4К9"1 "р + "9(-4»

45 4

Так как за период выходных импульсов устройства преобразуемый сигнал изменяется незначительно,.то можно принять U»(t) = const = U1 . Тогда

» (2 8

В момент времени td (t>, t5) выход" ное напряжение интегратора 9 достигает уровня переключения +U порогового элемента 10 последний при этом переключается, и его выходное напряжение изменяет знак на противоположный Бю = -U..Èçìåíåíèå полярности напряжения Б»») приводит к тому, что замыкаются ключи 5 и 8, выходное напряжение элемента НЕ 11 принимает значение П»» = +U что, в свою очередь, приводит к размыканию ключей 6 и 7. Замыкание ключа 5 приводит к экспоненциальному снижению напряжения на выходе первого интегратора 3 до нулевого уровня. Так как ключ 6 размыкается в момент

tg(t3, t ), выходное напряжение второго интегратора 4 изменяется от нулевого уровня по закону

Ut(tl ке 1 д с U((tl dt

1» 1.1 где К - коэффициент передачи инвер1 тора 2;

R41- величина резистора 4.1;

С1(- емкость конденсатора 4.2.

На входе третьего интегратора 9 действует только напряжение U4(t), так как ключ 8 замкнут, а ключ 7 разомкнут, поэтому выходное напряжение третьего интегратора Uq(t) изменяется по закону †.ко55 соотинтег1 где К = — г —; ((=е эффициентй пропорциональности ветственно первого и третьего раторов. где t> — время, в течение которого выходное напряжение, третьего интегратора 9 изменяется от величины +Uq до

-По °

S 1094145

В момент времени t . пороговый элемент 10 переключается, его seходное напряжение равно Ug = +U, т.е. устройство возвращается в исходное состояние. Далее процессы повторяются. За время t выходное напряжение третьего интегратора 9 изменяется на величину

= И0„

К,К К,К гпе К = — ноэффеэпнент

>р ЙФеКК К74 41 пропорпнонепености преобразователя.

Отсюда следует, что выходная частота преобразователя прямо пропор15 циональна корню квадратному из ве-.

I личины входного сигнала.

Таким образом, введение в схему преобразователя, инвертора, третьего и четвертого ключей, третьего инщ,тегратора и элемента НЕ повышает точность преобразования аналогового сигнала s частоту импульсов,,пропорциональную корню квадратному от величины входного сигнала, так как

25 устраняет влияние разряда емкости интегратора на точность преобразования. 1о к gg Kg Uq

b U3 1 е (-Uo) = >Uo

1 ф

hU> . K,K4KsU tp откуда

Аналогично определяют время t>!

Выходная частота описывается выражением п,к «,, Sbn

44 ор 44" (IIK K4Kq "КК41

1094 145

1094145

° g

Заказ 3455/44 Тираж 862

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенйй и открытий.113035, Москва,. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Пешков

Редактор И. Николайчук Техред A.Êèêåìåýeé Корректор А. Ференц