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

Изобретение относится к информгг1,и-юкно-иэмерительнои технигсе и пред назначено для использования в устройствах автоматики, тел1:механини, в энергетике для определения мощнос ти и расхода энергии и в других с.пу чаях, когда необходимо преобразование произведения двух напряжений в частоту. Известен преобразователь, в кото ром получение выходной частоты,пропорциональной произведению двух вхо ных напряжений, достигается за счет использования в цепи импульсной обратной связи функционального преобразовс1теля напряжения в интервал времени Ij . Недостаток устройства - невысока точность, Известен преобразователь напряже ния в частоту, содержащий первый ин тегратор, первый вход которого соединен с первой входной шиной, второ вход соединен с выходом источника опорного напряжения через последова тельно соединенные первый резистор и Первый ключ, а выход подключен к входу первого порогового элемента, и генератор опорной частоты, выходкоторого подключен к первому входу распределителя импульсов С 2 , Его недостатком являются ограниченные функциональные возможности так как он предназначен для преобра зователя в частоту только одного выходного напряжения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобра зователя напряжения в частоту. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый ин тегратор, первый вход которого соединен с первой входной шиной, второ вход - с выходом источника опорного напряжения через последовательно соединенные первый резистор и первы ключ, а выход подключен к входу пер вого порогового элемента, и генератор опорной частоты, выход которого подключен к первому входу реверсив подключен к первому входу распределителя импульсов, введены второй и третий ключи, второй и третий пороговые элементы, первый, второй и третий RB триггер лЛ, делитель напряжения, первый, второй и третий элементы И; второй и третий Е)езисторы и второй интегратор, выход которого соединен с входами второго и третьего пороговых элементов, первый вход через второй резистор соединен с второй входной шиной, второй вход через последовательно соединенные третий резистор и второй ключ подключен к выходу исто -1ника опорного напряжения, а третий вход подключен к средней точке делителя -;апряжения, выводы которого подключены соответственно к выходам второго интегрЕТОрг 1и источника опорного напряжения, причем , S -вход первого Rc,--григгера подключен к выходу первого элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам первого порогового элемента и генератора опорной частоты, а Я-ВХОД соединен с прямым выходом второго триггера и nepsBv; FJXOдом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего порогового элемента и к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подклрочен к инверсному выходу второго RS-триггера, а выход к S-входу третьего и -триггера, R вход которого соединен с R -входом второго р.)-триггера и с выходом второго элемента И, а выход - с управляющим входом первого ключа, при этом управляющий вход второго ключа подключен к выходу распределителя имг:ульсов, выходной шине и S -входу второго RS-триггера, а управляющий вход третьего ключа - к инверсному выходу первого R.S -триггера. На фиг.1 предстатзлена схема преобразователя; на фиг.2 - диаграммы напряжений при работе устройства. Преобразовагель содержит первую входную шину 1, подключеннуо к первому источнику входного напряжения, первый пороговый элемент 2, вход которого подключен к выходу интегратора 3, генератор 4 опорной частоты, выход которого связан с первым входом распределителя 5 импульссг;,- тарвый ключ 6 , выходы которого подк.пючены соответственно к входу первогс интегратора .3 и через первый резистор 7 к источнику 8 опорного напряжения. Преобразователь также содержит второй интегратор 9, второй ;0 и третий 11 ключи, второй 12 и ii eтий 13 пороговые элементы,- первый, второй и третий RS-триггеры 4 15, выходную шину 17, под ключе HI; у з :; выходу распределителя 5 , пе;рБ:;:й , второй и третий глементы И 13 - 2С ,. при этом вход интегратора 3 связан через резистор 21 и i iepes входную шину 22 с вторым источником входяого напряжения, а через ключ 10, включенный последовательно с резксторо 23 - с источником 8 опорного напряжения, и через ключ 11 - со сре;;;:е точкой делителя 24 напряжени;;, которого подключены: к источнику 8 опорного напряжения и выходу интегратора Э, соединенному с вхслзм;; пороговых элементов 12 и 13 Выход порогового элемента 2 подключен к первом;у входу элемента И-18, зторс;Г вход которого соединен с Быхо;: С1-л гонератора 4 опорной частоты, ;-. Еихсч с S-входом R5-триггергг 14, инкер--ный выход icoToporo подключен к управляющему входу ключа 11, а R-вход к прямому выходу RS-триггера 15. Выход порогового элемента 13 соединен с входами элементов И 19 и 20, другие входы которых подключены соответственно к инверсному и прямому выходам R -триггера 15, G-вход которого подключен к выходу распределителя 5 импульсов и управляющему; входу -ключа 10 . В -вход К,9-триггера 16 подключен к выходу элемента И 19 Я-БХОД - к выходу элемента И 20 и к 1,-БХОду RS Триггера 15, а прямой выход - к управляющему входу первого ключа 6. Преобразователь работает следующи образом. Напряжение первого входного источника (фиг.2а) подается через пер вую входную шину 1 на вход интегратора 3, при этом, когда ключ 6 разом кнут, напряжение на выходе интегратора возрастает (фиг. 2в). Когда напряжение на выходе интегратора 3 достигнет порога срабатывания порогового элемента 2, происходит формиро вание импульса, открывающего ключ 6 для осуществления перезаряда конден сатора интегратора 3 напряжением источника 8 опорного напряжения че рез резистор 7. До формирования указанного импуль са RS-триггеры 14 - 16 находятся в состоянии логического куля, ключи б к 10 разомкнуты, а ключ 11 замкнут. При этом интегратор 9 работает в ре жиме мас1л1табного усилителя, его выходное напряжение (начальное напряже ние интегратора) определ;1ется соотношением сопротивлений резисторов делителя 24. Формирование импульса перезаряда интеграторе 3 осуществляется следую щим образом. По сигналу с выхода порогового элемента 2 открывается по первому входу элемент И 18, очередной импул ,с генератора 4 импульса, поступающи на второй вход элемента И 18, прохо Длиг на выход последнего и на Р-з-триггера 14, переводя его в единичное состояние При этом на инвер ног-. выходе R.5-триггера 14 устанавли вается напряжение логического нуля (фиг,2ж), поэтому третий ключ 11 от рывается , переводя интегратор 9 в режим интегрирования второго выходного напрякения. Когда напряжение н выходе интегратора 9 достигнет уров ня срабатывания порогового элемента 13 (фиг.2г, уровень 25), напряжение на выходе последнего скачкообразно переходит з единичное состояние. Эле:--ент И 19 в это время открыт по первому входу напряжением с инзерсноу-о ныхода ;R9j-триггера 15, а элемент И 20 закрыт напряжением с прямого выхода. Поэтому Фронт импульса порогового элемента 13 поступает . через элемент И 19 на 5 -вход R5триггера 16, переводя его в единичное состояние (фиг.2д). При этом открывается ключ 6 и начинается перезаряд интегратора 3 эталонным током (фиг.2в). По мере возрастания напряжения на выходе интегратора 9 наступает момент срабатывания порогового элемента 12 (фиг,2г, уровень 26). Напряжение с его выхода поступает на второй вход распределителя 5 импульсов, на выходе которого выоабатывается импульс эталонной длительности (фиг.2е), На время действия этого импульса открывается ключ 10, производя эталонный перезаряд интегратора 9 (фиг.2г). Импульс эталонной длительности подается также на с,.-вход R -триггера 15, в результате по окончании импульса RS -триггер 15 переводится в единичное состояние (фиг.2и). После эталонного сброса напряжение на выходе интегратора 9 вновь возрастает, пока не дости.гнет уровня срабатывания порогового элемента 13 (фиг.2г, уровень 25). Напряжение на выходе последнего вновь скачкообразно возрастает (фиг.2к), Я5-триггер 16 переходит в состояние логического нуля (фиг.2д), ключ 6 закрывается. Импульс с выхода элемента И 20 поступает также на Р -вход RS-триггера 15, переводя его в состояние логического нуля, при этом |-триггер 14, управляеь1ый по R-входу напряжением с выхода S-триггера 15, также переходит в состояние логического нуля. Ключ 11 замыкается г напряжение на выходе интегратора 9 устанавливается в исходное состояние (фиг.2г). Далее процесс повторяется, дпн промежутка времени между моментами прохождения возрастающего Ешпряжения на выходе интегратора 9 через иорог срабатывания порогового элемента 13 (фиг. 2г, уровень. 25), равного длительности и;.- пульса компенсации первого интегратора S (фиг.2д), справедл11во соотношение (для установившегося режима) -ГЯч, Uv,-TgUoRx,, C-l) где 1 - длительность импульса на выходе распределителя 5; сопротивление резисторов 21 и 23 соответственно; Цбо - входное и опорное напряжения. Частота следования импульсов компенсации второго интегратора определяется выражением 1 /tUo где Ux - входное напряжение; п С - сопротивления первого вхо да интегратора 3 и резистора 7 соответственно.

Исключая V из выражений (1) и (2) получим

,

.- UviUs

(г)

Как видно из выражения (3), Ebikoflная частота преобразователя пропорциональна произведению двух входных напряжений. В коэффициент преобразования входят сопротивления резисторов, опорный интервал, опорное напряжение и не входят постоянные времени интеграторов. Так как точность реализации величины опорного напря,жения опорной частоты и сопротизлеНИИ может быть высокой, топредлагеемое устройство обеспечивает высокую точность преобразования произведения двух напряжений в частоту следования импульсов.

При необходимости получить выходную частоту, пропорциональную квад рату входного напряжения,- достаточно объединить перемычкой первую и вторую входные шины

Таким образом, благодаря предлагаемым отличиям расширяются функциональные возможности преобрааоиатеня,

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Е. ЧАСТОТУ, содержащий первый интегратор, первый вход которого соединен с первой входной шиной, второй вход с выходом источника опорного напряжения через последовательно соединенные первый резистор и первый ключ, а выход подключен к входу первого порогового элемента, и генератор опорной частотыJ- выход которого подключен к первому входу распределителя импульсов, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей в него введены агорой и третий ключи, второй и третий пороговые элементь,первый , второй и третий R9-триггеры/ делитель напряжения, первый, второй и третий элементы И, второй и третий резисюры и второй интегратор, выход которого соединен с входами второго и третьего пороговых элементов, первый вход через второй резистор соединен с второй входной шиной, второй вход через последовательно соединенные третий резистор к .: гч. ;.}. л подключен к выходу источника опорного напряжения, а третий вход подключен к средней точке делителя напряжения, выводы которого подключены соответственно к выходам второго интегратора и источника опорного напряжения, причем S-вход первого Я5-триггера подключен к выходу первого элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам первого порогового элемента и генератора опорной частоты, а R-вход соединен с прямьгм выходом второго триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего порогового элемента и к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу второго R -триггера, а выход - к,S -входу третьего Я5-триггера, -вход .которого соединен с R, -входом второго RS -триггера и с выколем второго элемента И, а выход - с управляющим входом первого ключа, при этом управляющий вход второго ключа подклюf Т t чен к выходу распределителя импульсов, выходной шине и S - входу второго Ri-триггера, а упраалнюший вход третьего ключа - к инверсному выходу .первого , R5-триггера.

U-j-oа .и

8

Л

К

--г:п

-

JUL

(pi/c-.f