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

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки и преобразования ин формаи и. Известен преобразователь напряжения в частоту импульсов, содержащий источник преобразуемого сигнала, интегратор, пороговый элемент. управлянмц1й ключом, которьй шунтирует емкость интегратора l . Недостаток этого устройства - ограниченные функциональные возможности (осуществляется: только линейное преобразование аналогового сигнала в частоту следования импульсoia при котором невозможно получение выходной частоты, пропорциональной кор ню квадратному из величины а.налоговрго сигнала).. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является функциональный преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, содержащий пос ледовательно соединенные источник преобразуемого сигнала, первый и вто рой интеграторы, пороговьй элемент, уровень срабатывания которого является источником опорного напряжения VQ, первое и второе разрядные устройства, управляемые пороговым элементом и шунтирующие соответственно емкости первого и второго интеграторов 2 . Зависимость выходной частоты известного преобразователя от величины . преобразуемого сигнала имеет вид VUon.Up. Из этого соотношения следует, что статическая характеристика известного преобразователя не точно соответствует корню квадратному от величины преобразуемого сигнала, что обусловлено конечным временем разряда tp интегрирующих емкостей. Таким образом, недостаток извест него устройства - низкая точность преобразования. Цель изобретения - повышение точности преобразования аналогового сигнала в частоту импульсов, пропорциональную корню квадратному от величины входного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь напряжения в частоту, содержащий последовательно соединенные источник преобразуемого сигнала и первый интегратор, второй интегратор, первый и второй ключи, соединенные параллельно с конденсаторами в цепях обратных связей первого и второго интеграторов соответственно, и пороговьй элемент, выход которого соединен с управляющим вхо- . дом первого ключа, введены инвертор, третий и четвертьй ключи, третий интегратор и элемент НЕ, причем инвертор включен между выходом источника преобразуемого сигнала и входом второго интегратора, входы третьего интегратора через третий и четвертый ключи соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выход подключен к входу порогового элемента, вход элемента НЕ подключен к выходу порогового элемента, а выход соединен с управляющими входами второго и третьего ключей, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом порогового элемента, который является выходом преобразователя. На фиг, 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Преобразователь содержит источник 1 преобразуемого сигнала, инвертор 2, первьй 3 и1 второй 4 интеграторы (3.1 и 4.1 - резисторы на входе, 3.2и 4.2 - конденсаторы в цепях обратной связи операционных усилителей) , ключи 5-8, третий интегратор 9 (9.1 и 9.2 - резисторы на входе, 9.3- конденсатор в цепи обратной связи операционного усилителя 9.4), пороговый элемент 10 (tO.1 - резистор на входе операционного усилителя 10.2, 10.3 и 10.4 - делитель напряжения в цепи положительной обратной связи), элемент НЕ 11. К выходу источника 1 преобразуемого сигнала подключены инвертор 2 и первый интегратор 3, к выходу инвертора 2 подключен второй интегратор 4, первьй 5 и второй 6 клаочи шунтируют интегрирунмдие емкости соответственно первого 3.2 и второго 4.2 конденсаторов, выходы первого 3 и второго 4 интеграторов через третий 7 и четвертый 8 ключи соответственно подключены к резисторам 9.1 и 9.2 на входе третьего интегратора 9, выход которого соединен с входом порогового элемента 10, управляющие входы первого 5 и четвертого 8 ключей подключены к выходу порогового элемента 10, управлякхцие входы второго 6 третьего 7 ключей подключены через элемент НЕ 11 к выходу порогового элемента 10. Устройство работает следующем об разом. Предположим, что в исходном состоянии в момент времени t на выходе порогового элемента 10 присутствует напряжение положительной полярности и 4-и. В этом случае ключи 5 и 8 разомкнуты, а ключи 6 и 7 замкнуты. Выходное напряжение источника преобразуемого си.гнала Uy| положительной полярности поетупает на входы первого интегратора 3 и инвертора 2. Выходной сигнал U инвертора 2 отрицательной полярности поступает на вход второго интегратора 4, но его выходное напряжение не изменяется и равно нулю так как конденсатор 4.2 шунтирован ключом 6. Выходное напряжение Ui первого интегратора 3 линейно изменяется от нудевого уровня по з-акону U,(t)dl, U,li) 3.1 3.1 где Ra - величина резистора 3,1; С, а - емкость конденсатора 3.2 Выходной сигнал третьего интегратора 9 определяется суммой двух сигналов: с выходов первого 3 и вто рого 4 интеграторов, т.е. и,Ш di Uglth-i -UjlDt s..s ..i j где Rq и Клл - величины резисторов 9.1 и 9.2 соответст венно; - емкость конденсатора 9.3. В течение интервалов времени t - t. to - t. (фиг. 2) ключи 6 и 7 замкнуты, а кл чи 5.и 8 разомкнуты, поэтому 5(.jKgr|u tIdt 1 ./ iR;; эффициенты пропорциональности соответственно первого и третьего интег раторов. Так как за период выходных импульсов устройства преобразуемый сигнал изменяется незначительно, то можно принять U;| (t) const U(( . Тогда U5(t) KjKgU t. В момент времени t (t,, tj) выходное напряжение интегратора 9 достигает уровня переключения +Uo порогового элемента 10, последний при этом переключается, и его выходное напряжение изменяет знак на противоположный -и. .Изменение nontipности напряжения приводит к тому, что замыкаются ключи 5 и 8, выходное напряжение элемента НЕ 11 принимает значение U, что, в свою очередь, приводит к размыканию ключей 6 и 7. Замыкание ключа 5 приводит к экспоненциальному снижению напряжения на выходе первого интегратора 3 до нулевого уровня. Так как ключ 6 размыкается в момент (tj, tj), выходное напряжение второго интегратора 4 изменяется от нулевого уровня по закону ; - Ля;7ст-, . где Kij- коэффициент передачи инвертора 2, величина резистора 4.1; С.- емкость конденсатора 4.2. На входе третьего интегратора 9 действует только напряжение U4(t), так как ключ 8 замкнут, а ключ 7 разомкнут, поэтому выходное напряжение третьего интегратора UgCt) изменяется по закону UgCt) - KgK|K3jJu,(t)dt + Ug(t;,), - коэффициент прогде К 4 4..1 порциональности третьего интегратора9.7 и (t;,) - напряжение на выходе третьего интегратора 9 в момент времени , tj). При U(t) const UgCt) -|K K4K9U tJ + UgCg, где tp - время, в течение которого выходное напряжение,третьего интегратора 9 изменяется от величины -fUj до -Uo. $ В момент времени t.. пороговый элемент 10 переключается, его выходное напряжение равно U((0 +U, т.е. устройство возвращается в ис ходное состояние. Далее процессы повторяются. За время t/f выходное напряжение третьего интегратора 9 изменяется на величину AUg - Uo- (-Uo) 2Ve, A Us 1 K,K4K, откуда {(.(qV Аналогично определяют время tg; Выходная частота описывается в ражением UiKaK4Kga; alflu (М9 ,де к - Vy SJia- коэффициент ает () пропорциональности преобразователя. Отсюда следует, что выходная частота преобразователя прямо пропорциональна корню квадратному из вет личины входного сигнала. Таким образом, введение в схему преобразователя, инвертора, третьего и четвертого ключей, третьего ин.тегратора и элемента НЕ повышает точность преобразования аналогового сигнала в частоту импульсов, пропорциональную корню квадратному от величины входного сигнала, так как устраняет влияние разряда емкости интегратора на точность преобразования.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий последовательно соединенные источник преобразуемого сигнала и первый интегратор, второй интегратор, первьй и второй ключи сброса первого и второго интеграторов соответственно и пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертор, третий и четвертый ключи, третий интегратор и элемент НЕ, причем инвертор включен между выходом источника преобразуемого сигнала и входом второго интегратора, входы третьего интегратора через третий и Четвертый ключи соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, а выход третьего интегратора подключен к входу порогового элемента, вход элемента НЕ подключен к выходу порогового элемен(Л та, а выход соединен с управляющими с входами второго и третьего клкгчей, управлякнций вход четвертого ключа соединен с выходом порогового элемента, который является выходом преобразователя.