Преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

to

оо да

ел

IND

Изобретение относится к информационно-измерит льной технике, в частности может быть использовано в аналого-цифровых преобразователях и измерительных системах.

Известен преобразователь напряжения в частоту, выполненный по принципу периодического интегрирования и импульсной обратной связи flj .

Его недостатком являются ограниченные функциональные возможности.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, формирователь биполярного напряжения, вход которого подключён к выходу компаратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, а выход - к первму входу первого интегратора, и моДУ лятор, вход которого соединен с вход ной шиной преобразователя, управляквдий вход - с выходом компаратора, а выход - со вторым входом первого интегратора 2 .

Однако данный .преобразователь не позволяет выполнять операцию извлечения квадратного корня, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности.

Целью,изобретения является расширение функцональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, формирователь би.полярного напряжения, вход которого подключен к. выходу компаратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, а выход - к первому входу первого интегратора, и модулятор, вход которого соединен с входной тиной преобразователя, а управляющий вход - с выходом компаратора, введен третий интегратор, выполненный на операционном усилителе, резисторе и первом конденсаторе в цепи обратной связи, параллельно которому через двухпозиционный переключатель включены второй и третий конденсаторы, причем .вход третьего интегратора подключен к выходу модулятора, выход - к второму входу первого интегратора, а управляющий вход двухпозиционного переключателя подключен к выходу компаратора.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема преобразователя.

Устройство содержит hepвый интегратор 1, выход которого подключен к входу компаратора 2, выход которого через формирователь 3 биполярного напряжения подключен к входу второго Лнтегратора 4, выход которого подклю

чен к входу первого интегратора 1, модулятор 5, .вход которого подключен к входной шине преобразователя, управляющий вход подключен к выходу компаратора 2, а выход через резйс-, тор 6 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 7, выход которого подключен к второму входу первого интегратора 1, в цепь обратной связи которого включен конденсатор 8, причем элементы 6,7 и 8 в совокупности образуют третий интегратор 9. Параллельно конденсатору 8 через двухпозиционный переключатель 10 включены конденсаторы 11 и 12. Управляющий вход двухпозиционного переключателя 10 подключен к выходу компаратора 2.

Устройство работает следукяцим образом.

Входное напряжение Увхпостоянного тока, промодулированное модулятором 5, Управляемым импульсными напряжениями прямоугольной формы от компаратора 2, поступает через резистор 6 на инвертирующий вход операционного усилите/1Я 7.

Двухпозиционный переключатель 10 работает таким .образом, что в течение одного полупериода промодулированного входного напряжения к инвертирующему входу операционного усилителя 7 подключен один конденсатор (например 11), а в течение другого второй (например 12). За счет такого включения цепи обратной связи операционного усилителя 7 к. концу каждого полупериода модулирукяцего напряжения напряжение на конденсаторе 8, а следовательно, и на выходе операционного усилителя 7 поочередно равно напряжениям на конденсаторах 11 и 12. Конденсаторы 11 и 12 заряжаются током противоположного направления, протекающим через резистор 6 до напряжения равной величины противоположной полярности. При неизменном входном напрошлении ток через резистор 6 компенсирует изме1Гение напряжения на конденсаторах 11 и 12, вызываемое перезарядом конденсатора 8. Пусть, например, в рассматриваемый момент времени к инвертирукадему входу операционного усилителя 7 подключен конденсатор 12, при этом напряжение на конденсаторе 8 равно Ujj,,В момент очередной коммутации nepei ключателя 10 конденсатор 12 отключается от инвертируквдего входа операционного усилителя 7, а конденсатор 11 подключается к нему. В течение следукицего полупериода напряжение на конденсаторе 12 не изменяется. Напряжение на конденсаторе 8 в момент коммутсщии равно этому напряжению.

Напряжение на конденсаторе 11 в .этот момент времени имеет напряжение и gjjix (в течение предьщущего полу периода оно не изменяется, так как конденсатор 11 отключен). При подключении конденсатора 11 к инвертирукяцему входу операционного усилителя 7 в течение весьма короткого промежутка времени происходит перез ряд конденсатора 8, величина емкост которого во много раз меньше величи ны емкости конденсаторов 11 и 12 (C ) . Это приводит к изменению заряда конденсатора 11 на величину &q 2C8UgH4 ,(1). где - изменение величины заряда конденсаторов 8 и 11; Сд - величина емкости конденсатора 8. В течение очередного полупериода это изменение заряда компенсируется током, протекающим через резистор 6 причем U8X . Т величина входного напряжения ; величина сопротивления резистора 6; период изменения управляющего напряжения (выходного напряжения компаратора 2) . Из выражений (1) и (2) следует, что выходное напряжение операционнргч усилителя 7 равно 4/RjCg - 4fR6C8 где f частота выходных импульсов компаратора, выход которого является выходом преобразователя. При Cg«C (С, - величина емкости конденсатора 11) напряжение на выходе операционного усили;|геля 7 в течение одного полупериода изменяет- 45 ся пренебрежимо мало. Таким образом, на первый вход первого интегратора , где И что или « Т ных выпо ратн цион теля подается биполярное напряжение прямоугольной формы, амплитудное значение которого в соответствии с выражением (3) пропорционально входному напряжению и обратно пропорционально частоте. Выходное напряжение операционного усилителя 7 интегрируется первым интегратором 1, причем выходное напряжение этого интегратора изменяется по линейному закону в пределах порогов срабатывания и отпускания компаратора 2. Формирователь биполярного напряжения 3 и второй интегратор 4 служат для компенсации постоянной составляющей напряжения на входе интегратора 1. В течение каждого полупериода напряжение на выходе интегратора 1 изменяется на величину, равную разности порогов срабатывания и отпускания компаратора 2. Таким образом, частота следования выходных импульсов преобразователя определяется выражением2( Uj. и Ug- величина порогов срабатывания и отпускания компаратора 2 соответственно;2 - постоянная времени инте-грирования интегратора 1, з выражений (3) и (4) следует, 8(Uc-UonR C0 f .(i)| H8(, аким образом, за счет предложенотличий достигается возможность лнения операции извлечения квадого корня, т.е. расширяются функальные возможности преобразова.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержгиций первый интегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, формирователь биполярного напряжения, вход которого под- . ключей к выходу компаратора, второй, интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя биполярного напряжения, a выход - к первому входу первого интегр атора, и модулятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, a управляющий вход - с выходом компаратора, отличающийся тем,, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен третий интегратор, выполненный на операционном усилителе, резисторе и первом конденсаторе в цепи обратной связи, параллельно которому через двухпозиционный переключатель, включены второй и третий конденсаторы, причем вход третьего интегратора подключен к выходу модулятора, выход - к вторежу входу первого интегратора, a управляющий t вход двухпозиционного переключателя подключен к выходу компаратора. .