Способ преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение Советский патент 1984 года по МПК H03K13/00 

со 4;

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительны системах или в системах втоматического управления для быстродействующего преобразования частотномодулированных сигналов в напряжение.

Известен способ преобразования периода входного сигнала в напряжение, основанный на интегрировании знакопеременного прямоугольного напряжения, синхронизированного с входным сигналом lj .

Недостатками этого способа являются низкие точность и быстродействие.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ преобразования периода в напряжение, при котором входной (предполагается синусоидальньй) сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированным положительной и отрицательной амплитудами. Это напряжение далее интегрируют, поддерживая нулевым среднр значение треугольного напряжения, представлякщего собой результат интегрирования, после чего это треугольное напряжение выпрямляют и при необходимости сглаживают 2 ,

Недостатками известного способа преобразования являются низкие точность и быстродействие, что обусловлено как внутренними свойствами способа , так и необходимостью фильтрации выходного напряжения.

Цель изобретения - повьшение точ ности и быстродействия преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение.

Цель достигается тем, что соглас ICP способу преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение входной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное напря.жение со стабилизированными поло тельной и отрицательной амплитудами, формируют две разнополярные последовательности напряжений треугольной формы путем интегрирования знакопеременного прямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительное напряжение треугольной формы сбрасывают в ноль по срезу

прямоугольного напряжения - а отрицательное - по фронту.

На фиг. 1 даны временные диаграммы J на фиг. 2 - устройство, реали зующее способ.

Сущность способа состоит в следующем. При синусоидальном входном сигнале (фиг. 1) спадающей и нарастающий фронты прямоугольного напряжения формируют в моменты перехода входного сигнала через нулевое значение. В установившемся режиме, при постоянной частоте входного сигнала, выходное напряжение интеграторов ,, U)4 нарастает при отрицательном входном и спадает при положительном входном напряжении, изменяясь в пределах от нулевого значения до некоторого максимального, причем выходное напряжение одного интегратора (первого) остается все время положительным, а второго - отрицательным.

Так, на интервале t t tq.

Matt j;4nH i

и

«Г ГПИ

а их разность - UHI. УИЛЩИ iconst, причем 1

,. и ГПК

Lrw- t----. I

о

где и - выходное напряжение интег ратора;

(- -- постоянная интегрирования, Т -- период входного сигнала гпм амплитуда прямоугольного

напряжения.

Таким образом, разность выходных напряжений интэграторов в установившемся режиме остается постоянной, пропорциональной периоду входного сигнала.

В установившемся режиме выходное напряжение первого интегратора достигает нулевого значения в момент спадания прямоугольного напряжения. В этот момент производится фиксация нулевого значения выходного напряжения интегратора. Поскольку оно нормально равно нулю, фиксация не вносит 1саких-либо изменений в состояние схемы, и ее выходное напряжение остается гладким.

Допустим далее, что в момент времени t (фиг, 1) частота входного сигнала ступенчато уменьшилась. В этом случае до момента времени tg

выходное напряжение преобразователя; не изменится. Начиная с момента времени tj, в соответствии с новым законом изменения прямоугольного напряжения, U должно было бы изменить свой знак, но за счет его ограничения напряжением положительного знака оно сохраняется нулевым. Лоскольку на интервале tj t t напряжение U, увеличивается по модулю, оставаясь отрицательным, то Ujy)( возрастает до некоторого промежуточного значения. Окончательное возрастание Uj, до значения, соответствующего новому значению входной частоты, происходит на интервале времени t i. t t, когда нулевым сохранится напряжение U. , а Utj;) возрастает до своего максимального значения. Общая длительность переходного процесса при ступенчатом снижении частоты в системе не превьшает периода входного сигнала. В зависимости от фазы начала переходного процесса она.изменяется от полупериода до периода входного сигнала .

При ступенчатом увеличении частоты переходный процесс также заканчивается за время, не превышающее периода входного сигнала - оно равно времени, необходимому для двух последовательных фиксаций нулевого уровня выходного напряжения интеграторов (моменты времени t и t на фиг, О. В обоих случаях переходный процесс протекает без перерегулирований.

Таким образом, предлагаемый спос преобразования частоты в напряжение обеспечивает высокое быстродействие и гладкую форму выходного напряжения , практически исключающую необходимость его дальнейшей фильтрации. Ежепериодная фиксация нулевого уровня выходного напряжения интеграторов позволяет использовать в схеме преобразователя операционные усилители без жестких требований к их дрейфовым характеристикам.

Предлагаемый способ преобразования частоты в напряжение обеспечивает высокую статическую точность преобразования. Действительно, элементами, определяющими точностные характеристики способа преобразования, являются ключи, фиксирующие нулевой уровень выходного напряжения интеграторов. Современный уровень развития информационно-измерительной техники позволяет выполнить их быстродействующими с весьма малым сопротивлением. Длительность фиксации нулевого уровня при данном способе может быть выбрана минимальной, не превышающей 0,01 - 0,1% от минимального периода входного сигнала, так как в установившемся режиме ключи лишь подтверждают нулевой уровень выходного напряжения интеграторов. Поэтому и длительность искажающего выброса выходного напряжения, и его амплитуды оказываются небольшими.

Устройство, реализующее способ, содержит формирователя импульсов (ФИ) 1, генератор 2 прямоугольного напряжения (ГПН), интеграторы 3 и 4, ключевые элементы 5 и 6, узел 7 разделения полярностей импульсов (УРП) и ограничители 8 и 9 выходного напряжения интеграторов.

Формиррватель импульсов 1 вырабатывает знакопеременные импульсы, совпадакицие во времени с моментами перехода через нулевое значение входного сигнала. Выходные импульсы ФИ 1 подаются на вход ГПН 2, вырабатывающего прямоугольное напряжение, а с него сигнал подается на входы интеграторов 3 и 4. Кроме ГПН 2, выходные импульсы ФИ 1 подаются на ключевые элементы 5 и 6 через диодный УРП 7. В момент подачи импульса на ключевые элементы 5 и 6 цепь обратной связи соответствующего интегратора закорачивается и фиксируется нулевой уровень его выходного напряжения. Кроме того, напряжение на выходе интеграторов поддерживается нулевым за счет ограничитглей 8 и 9 напряжения, исключакмцих возможность появления отрицательного напряжения на выходе интегратора 3 и положительного на выходе интегратора 4. Функцию ограличителя напряжения в простейшем случае может выполнять диод, включенный в цепь обратной связи интегратора.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет получить экономический эффект за счет меньшей стоимости системы, реализующей способ, и повышения быстродействия.

Фиг.г

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРИОДА СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА В НАПРЖ{ЕНИЕ, заключающийся в том, что входной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированными положительной и ртрицательной амплитудами, oтл чaющийcя тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, формируют две разнополярные пocлёJ oвaтeльнocти напряжений треугольной формы путем интегрирования знакопеременного прямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительное напряжение треугольной формы сбрасывается в ноль по срезу прямоугольного напряжения, а отрицательное (Л по фронту.