Преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1984 года по МПК H03K13/20 

Изоб ютение относится к вычисли гель Ной технике и может быть применено в устройствах измерительной техники и автоматики, где необходима высокая точность преобразования,

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходом генератора , и ключ на транзисторе, управляемый компаратором и служащий для с сброса заряда конденсатора в интегра- .торе Щ .

Недостатком устройства является низ кая точность преобразования,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является преобразователь напряжений в частоту, содержащий интегратор, входной резистор, соединенный с входной щиной устройства, компаратор вход которого подключен к выходу интегратора, кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которо соединен с выходом компаратора, а второй вход с выходом кварцевого генератора, источник опорного напряжения, двухпозишонный ключ , управляющий вход которого соединен с выходом форь. мирователя импульсов, коммутируемый вход двухпозиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухпозиционного ключа соединен через резистор обратной связи с вторым входом генератора, а второй выход двухпозиционного ключа соединен с общей шиной устройства 2J

Недостаток известного преобразователя - высокий уровень температурной погрешности влияния температуры на входные цепи интегратора, что приводит к изменению крутизны характеристики преобразователя.

Уравнение преобразования этого устройства определяется следующим обраэом:

R L

12 ,,(1)

и. I, , . Л 11

R II

(

де F - выходная частота;

УХ - входное напряжение 50

DO - опорное напряжение; R, - сопротивление входного резистора)

R - сопротивление резистора обратной связи;55 RK - сопротивление открытого кшоча;с - стабильное время заряда

.интегратора, задаваемое формирователем импульсов. Зависимости сопротивлений в формуле (1) от температуры выражаются соот- нощением

1 RIO (1 + «R& )

«7 -20 (1 + OCR ut )(2)

RK КО ( + &t ) ,

где , R7o« Ko - значения соответствующих сопротивлений при некоторой начальной температуре; ОСоД,- температурные коэффициенты

изменения сопротивления соответственно резисторов и ключа,

Sii - приращение температуры. Если разложить зависимость (1) в ряд Тейлора по вариациям сопротивлений и ограничиться первыми членами разложения, то после подстановки соотнощений (2) получим относительную температурну

погрешность Lft преобразователя в видеRKO ., ,. ,

(3) Оценка погрешности по формуле (3) для следующих реальных параметров; 2,. 5 кОм, RKO 4О Ом (для ключей типа 590КН2), ot ц 3,31О1/ С

оСу 4,-Ю , при температурном диапазоне it дает величину 0,16%, что неприемлемо для прецизионных преобразований.

Цель, изобретения - повышение точности за счет уменьшения температурН1Й догрешности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, входной резистор, соединенный с входной шиной устройства, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с выходе компаратора, а второй вход с выходом кварцевого генератора, источник опорного напряжения, двухпозиционный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, коммутируемый вход дэухгпозиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухпозиционного ключа соединен через резистор обратной связи со вторым входам интегратора, а второй выход двухпазиционного ключа соединен с общей шиной 1штания, введена пепочка из W- последовательно соединенных 31 двухпозиционных ключей, в которой ком мугируемый вход первого ключа через входной резистор подключен к входной шине устройства, коммутируемый вход каждого последующего ключа соединен с обоими выходами предыдущего ключа, оба выхода последнего m -го ключа соединены с первым входом интегратора, управляющие входы всех m ключей соединены с общей шиной устройства , причем количество m ключей в цепочке равно отнощению Rg , округленно го до целого числа, где R сопротивления входного резистора и резистора обратной связи. Введенная в преобразователь цепочк из Ун последовательно соединенных двух позиционных ключей, идентичных ключу в цепи опорного нйпряжения, изменяет уравнение преобразования (1), которое в этсм случае имеет следующий вид; R, + R, (4) Р, +ml, В этом случае для температурной погрешности Ц) преобразователя имеем., tTiRKo 2ol R- ii1- R oRKoC«tfc o R) Uao+RtoKRAo+mRto) Так как огншение Iv может быть дробным числом, aw равно округ ленному до целого числа отнощению I, /1,2 то Япя оценки максимально во можной погрешности в (5) положим R (m + 0,5) R 2 . В этом случае получим оценку максимальной погрешности Cf ах в виде iO,5Rv:oC« K-oCRUt(6) -и i70V / Числовая оценка , по (6) при R, 12,5- кОм, 5 кОм, Ff. 40 Ом, O(R 410 1/°С, .06 3,3-10-3 i/c, 4fc 70«С, m 3 дает погрешность АО,032%. Таким образом,преапагаемый преобразователь имеет меньшую температурную погрешность,чем известное устройство. На чертеже представлена структурная с ма преобразователя напряжения в частоту. Преобразователь напряжения в часто содержит интегратор 1, входной резисто 2, входную шину 3 устройства (напряжения и) , компаратор 4, кварцевый генератор 5, формирователь 6 рмпульсо источник 7 опорного напряжения,двухпози. ционный ключ 8, резистор 9 обратной связи, цепочку 10 из ш двухпозиционных ключей 10.1 ... lOm. 88 4 Выход интегратора i соединен со входом компаратора 4, входной резистор 2 соединен первым концом с входной шиной 3 устройства, а вторым концом с коммутируемым входом первого ключа 10.1 в цепочке 1О; коммутируемый вход каждого последующего ключа в цепочке 10 соединен с обоими выходами предыдущего ключа, а оба выхода последнего m-го ключа lO.m соединены с первым ВХОДЕ интегратора 1.Управляющие входы всех ключей 10.1...10.ni соединень с общей шиной устройства. Первый вход формирователя 6 импульсов подключен к выходу компаратора 4, втор1й вход подключен к вьтходу кварцевого генератора 5, а выход - к управляющему входу двухпозицишного Ключа 8, у которого KMviMyтируемый вход соединен с выходюд источника 7 опорного напряжения, первый выход соединен через резистор 9 обрат ной связи со вторым входсл интегратора 1, а второй выход - с обшей шиной устройства. Преобразователь работает следующим образом. Входное напряжение Ux через входной резистор 2 и открытые ключи 10.1 ... 10, Ш постоянно поступает на первый , вход интегратора 1. На второй вход интегратора 1 периодически (период зависит от входного напряжения) поступает опорное напряжение UQ от источника 7 опорного напряжения ерез открытый ключ 8 и резистор 9 обратнгй связи. Ключ 8 открыт в течение времени 03 i сформированного формирователем 6 импульсов из частоты кварцевого генератора 5. В это время происходит заряд конденcaVopa интегратора 1 под действием разности токов, вызванных напряжениями UK и Up до некоторого уровня U . Затем после отключения источника опор наго найряжения ключ 8 замыкает выход источника 7 опорного напряжения на общую щину питания, и конденсатор интегратора 1 разряжается по действием U,fOT напряжения и до нуля. Компаратор 4, включенный, например в режиме детектора нуля, при переходе входного напряжения через нуль меняет свое сос тоянне н запускает формирователь 6 нмпульсов, который, в свою очередь, открывает шюч 8 для прохождения напряжения а о на вход интегратора 1, н вновь начинается цикл заряда. Частота повторений циклов заряд-разряд, или, что то S1O же чайюта пвегорений импульсов на в воде кюлпарагора 4, определяется формупой (4), При эг(1 гемперагурная Погрешность оценивается пог формуле (5). Наилучшие результаты по уменьшени гвмперагурной погрешности пшучаюгся тогда, когда отнстление 1 /Rj pasBo цепо числу, т.е. т.. ) в этом случае подстановка соотношения (7) в (4) дает идеальное уравнение преобразования; (j (8) из которого следует, что при выпсинении условия (7) преобразователь является термонезависимым при воздействии температуры на входные цепи интегратора во всем рабочем диапазоне. Таким образом,предлагаемый преобразоватепь позволяет уменьшить температурную погрешность и обеспечить за счет этого более высокую точность преобразования.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, входной резистор, соединенный с входной шиной устройства, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, кварцевый генератор, формирователь импульсов, первый вход которснго соединен с выходсял компаратора, а втсьрой вход - с выходом кварцевого генератора, источник опорного напряжения. двухпозиционный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, к 1 1мутируемый вход д хпозиционного ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, первый выход двухпозиционного ключа соединен через резистор обратной связи с вторым входом интегратора, а выход пвухпозшшонвого ключа соединен с общей шиной усгройсгеа.о тли чающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введена цепочка из m пйспед| вательНо соединенных двухпозицишных ключей, в которой коммутируемый вход первмо ключа Через входнЫ резистор подключен к входной шине устройства, & коммутируемый вход каждого последук (Л щего ключа соединен с обоими выходами предыдущего ключа, оба выхода последнего П -го ключа соединены с первым входом интегратора, управпякшве входы всех m клю1чей соединены с общей шинЫ1, причем количество m ключей в цепочке равно отнииению R / Rpg (жругленв1иго До целого числа, где 00 9х -06 сопротивления входного резистора и резистора обратной связи. 00 00

Г f.: j-a s3-fol /о.г B, -ft