Всесоюзная ;п::тг:гп10-1ехн';-п^пр!'^'- 'ib;!:'!v.j . l i'i аi

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, Сок!з Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

МПК Н 03k 13/12

Заявлено 23.1 V.1966 (№ 1072463/18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 15.1.1971. Бюллетень ¹ 5

Дата опубликования описани1! 18.III.1971

Комитет по делам изобретении и открытий при Совете Министров

СССР

4 ДК 681 325(088 8) ! -!.-!=ОЮЗНА>=!

В. И. Дмитриев, И. Н. Иванов и Г. А. Тимофеев

Научно-исследовательский институт теглоэнергетического приборостроения

Авторы изобретения

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

В ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Изобретение относится к электронным устройствам, применяемым в автоматике, а именно, к преобразователям частоты следования импульсов в постоянный ток. Оно может быть применено в измерительных системах и системах автоматического регулирования, содер>кащих датчики с частотным выходным сигналом, в случаях, когда требуется высокая точность преобразования, высокое быстродействие, большая величина мощности, подаваемой в нагрузку, отсутствие зависимости выходного тока от сопротивления нагрузки, Оно может быть применено также в случаях, когда необходима функциональная нелинейная или релейная характеристика преобразования, например, для коррекции нелинейности частотных датчиков, для сигнализации превышения или пони>кения сверх допустимых пределов физических величин, измеряемых частотными датчиками.

Известен преобразователь частоты в постоянный ток, содержащий дозирующий конденсатор, соединенный с ключом цепью ограничения заряда и цепями заряда и разряда конденсатора, в одну из которых включен интегрирующий конденсатор и соединенное с ним параллельно сопротивление нагрузки.

Недостатками указанного устройства являются невысокая точность преобразован!!я, связанная с нелинейностью характеристики прсобразоваиия и зависимостью выходногo тока от сопротивления нагрузки, низкое быстродействие, так как для получения малых пульсаций выходного тока постоянная времени нагрузочной цепочки должна быть велика.

Кроме того, недостатком устройства является невозмож looT!> передачи в нагрузку большой мощности, тяк как при увеличешш мощности. передаваемой в нагрузку (что при то10 ковом сигнале соответствует увеличению сопротивления нагрузки), возрастает падение няи1?яжения ня Il;11 pl, зкс, которое должно быть много меньше перепада напряжения иа дозирукнцем конденсаторс.

15 К недостаткам \ к!!Заниого устройствЯ Отио сится таl ?ке невозможность полу чеиия Выходного сигнала в виде напряжения постоя!ного тока, не зависящего от сопротивления нягрузE< I I.

20 Целью изобретения является повышсчше точности п быстродействия устройства, устранение завис в!ости выходного тока от сонротизления нагрузки, увеличение максимальной мощности, передаваемой в нагрузку, и 11025 лученис выходного сигнала в виде напряжения постоянного тока, klc зависящего от сопротивления нагрузки, Указанная цель достигается тем, что к интегрирующему конденсатору подключен Ilopoговый элемент, я к выходу порогового элемен293296

15

20 та подключен один нз входов фазочу.вствительного элемента, второй вход которого соединен с входом всего устройства, а выход через резистор соединен с интегрирующим конденсатором.

Для получения нс!пп!ейно!! функциональной характеристики прсобразовянпя в качестве порогового элеме!и я использован с!м (!Лп" тудный компаратор, второй вход которого соединен с выходом фазочувствптсльного элемента через цепь обратной связи.

1Ia фиг. 1 и 2 показаны принципиальные схемы предлагаемого устройства.

Принципиальная схема, представленная на фиг. 1, содер)кит дозирующнй конденсатор

1, соединенный с ключом, выполненным ня транзисторе 2, цепью ограничения заряда, выполненной на стабилитроне 3, цепью зарядя конденсатора 1, состоящей из диода 4 и резистора 5, цепью разряда конденсатора 1, включающей в себя диод б и транзистор 2. В цепь разряда конденсатора 1 включен интегрирующий конденсатор 7, параллельно которому включены входные за>кимы 8 — 8 порогового элемента 9. Выходные за>кимы 10 — 10 порогового элемента 9 соединены с входными закимами 11 — 11 фазочувствигельного элеменга 12, второй вход которого (зяжимы И вЂ” И ) соединен с входом всего устройства (зажнмы

14 — 14 ). Выходные зажимы 15 — 15 фазочувствительного элемента 12 соединены с конденсатором 7 через резистор 16. Фазочувствительный элемент (фиг. 2) выполнен на триггере 17, соединенном с фильтром нижних частот 18 через ключевой каскад, выполненный па транзисторе 19. В качестве порогового элемента 9 использован амплитудный компаратор, второй вход которого (зажпм 20 — 20 ) соединен с выходными зажимами 15 — 15 фазочувствительного элемента через цепь обратной связи, выполненную на резисторах 21 и 22, образующих линейный делитель напряжения.

Схема (фиг. 1) работает следующим ооразом. Импульсы входной частоты f » вызывают периодическое отпирание и заппранне транзистора 2 и одновременно поступают ня вход (18 — 18 ) фазочувствительного элемента 12.

При запертом состоянии транзистора 2 кондснсатор 1 заряжается до напряжения стабилнтрона 3. При открытом состоянии транзистора 2 конденсатор 1 разряжается через диод б на интегрирующий конденсатор 7, передавая ему заряд положительной полярности и вызывая па нем положительный перепад напряжения. С выхода фазочувствптельпого элемента 12 через резистор 16 на интегрирующий конденсатор 7 поступает ток отрицательной полярности, компенсирующий заряд, поступающий через диод б, и заряжающий конденсатор 7 до напряжения срабатывания U;,„> порогового элемента 9. Прн срабатывании порогового элемента 9 па его выходных за>кимах

10 — 10 появляется импульс, подяющийся на вход 11 — 11 фазочувствительного элемента

12. Выходное напряжение U„,,x на выходных за>кимах 15 — 15 фазочувствительного элемента 12 пропорционально разности фаз последовательностей иъ!пул!.сов на входах 11 и И

Тяк кяк разность фаз пропорциональна ингегралу от разности частот, то выходное напряжение U„,,„, ôÿçî÷óâñãâèòñëüíoãî элемента 12

:!ропорцпонально интегралу разности частот, поступающих на его входы.

Емкость дозпрующего конденсатора 1 выбирается много меньше емкости интегрпру!ощего конденсатора 7, а напряжение срабятывгншя порогового элемента 9 выбирается близким к нулю. При выполнении этих условий псстояпная сосгавля!ощая тока, поступающсго на конденсатор 7 через диод 6, равна произведению емкости С конденсатора 1, нанря)кения У„ стабилитрона 8 и входной частоты

В установившемся режиме работы схемы прн достаточно большом входном сопротивлении порогового элемен ra 9 ток через диод 6 должен полностью компенсироваться током, поступающим через резистор 16 с выхода фазочувствительного элемента 12, т. е. эти токи дсл>кны быть равны, и ток в резисторе 16 должен определяться соотношением 1. В случае, если по какой-либо причине ток в резисторе 16 уменьшается, пороговый элемент 9 перестает срабатывать, частота на входе

11 — 11 фазочувстзительпого элемента 12 становится равной нулю, и напряжение ня его выходе 15 — 15, пропорциональное интегралу разности входных частот, возрастает, что приводит к возрястапшо тока в резисторе 16 до величины, опредсляемой соотношением (1) .

Если ток в резисторе 16 по какой-либо причине станет больше величины, определяемой соотношением (1), напряжение на входе порогового элемента 9 становится больше напряжения срабатызания, и пороговый элемент

9 работает с максимальной частотой, что приводит к уменьшению напряжения на зажимах

15 — 15 и тока в резисторе 16 до величины, определяемой соотношеш!ем (1). Таким образом, в установ!гвшсмся режиме работы ток в резисторе 16 определяетс» соотношениеM (1).

В случае, если необходим выходной сигнал в виде постоянного тока, сопротивление нагp) Çêè может Вклю !а ься вместо резистора 1!) нли последовательно с пим. При этом величшга выходного тока определяется соотношением (1) и не зависит от величины резистора

16. Б случае, если необходим выходной сигнал в виде напряжения постоянного тока, выходом устройства являются зажимы 15 — 15, напряжение на которых равно произведению тока, опредсляемого соотношением (1), на величину рсзнсIîðà 16 и не зависит от сопротивлеш!я нагрузки, подключаемого к зажимам 15 — 15 .

Устройство, представленное на фиг. 2, работает следующим образом. Пороговый эле293256 (2) (3) (4) к мент 9 срабатывает в момент равенства папря>кения на кочденсаторе 7 и напря>кения на входных за>кимах 20 — 20, пропорционального выходному напря>кению на зажима.;

15 — 15 . При достаточно большой емкости интегрирующего конденсатора 7 перепад напряжения иа дозирующем конденсаторе 1 определяет."я выражением Uc = (1ст Г 1 вых где U„„„- — выходное папря>кение фазочувствительного элемента; 1г — коэффициент передачи делителя иапря>кения на резисторах

21и 92

Величина напряжения U»»„ñêëàäûâàåòñÿ из суммы иаиря>кения на конденсаторе 7, равного lг U»» и падения наиряжеиия на резисторах 16:

U»»in = 1 1»ык+ Л Ucf»i где Р— всличииа сопротивления 16.

Из выражений (2) и (3) имеем: у + cif

s — — ис », Как следует из выра>кения (4), характеристика преобразования нелиHåéíà, причем нелинейность имеет знак, противоположный знаку нелинейности большинства частотных датчиков (струнных, автогеиераторных и т. и.), что позволяет использовать предлагаемое устройстзо для коррекции нелинейности указанных датчиков. Есл1 в качестве элемента ооратной связи использовать нелинейный чсгырсхиол1осиик (например, с диодпыми ограничителями), то мо>кио пол 1ать характеристики прсобразова1шя других 811;lов.

Предмет изобретения

1. Преобразователь частоты слсдова шя импульсов в постоянный ток, содержащий дозирующий коидснсатор, соединеншш с ключсм цспь1о огрзн;I÷åíèÿ заряда и цсIIBìè 3аряда и разряда ко11деисатора, в одну из когоpl Ix вкл1очен шггегрирующий конденсатор, от.1пча1о цнй сл тем, что, с целью повышения точности il быстродействия устройства, о1 содержит иороговыи и фазочувствитсльный элементы, причем вход порогового элемента со2д слшlеп с ии гсгриру1ощим копдспс11тором, 1 выход — с одниAI из входов фазочувствитсльного элемсига, второй вход которого подключси ко входу всего устройстьа, и выход через резистор соединен с иитсгрирующим конденсатором.

2. Преобразователь ио li. 1, or lèi!àloèèê>! тем, что, с целью иолучс1шя нелинейной фуш.циоиальиой характеристики преобразования, второй вход порогового элсмсита соединен с выходом фазочувствительного элемента через цепь обратной связи.

293296

Эиг 2

Составитель Д. И. Голубович

Текрсд T. П. Курилко Корректоры Е. Ласточкина и Л. Корогод

Редактор С. Хейфиц

Типография, пр. Сапунова, 2

Издат. Хв 210 Заказ 433/18 Тпрзгк 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раушская паб., д. 4 5