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

I изобретение относится к информационно-измерительной технике, в час ности к преобразователям напряжения в частоту, и может быть использован в аналого-цифровых преобразователях По основному авт. св. № 738156 . известен преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, содержащий интегратор, к выходу котор го подключен вход компаратора, первый ГЬтриггер, вход которого подклю чен к выходу компаратора, а единичный выход - к управляющему входу пе вого ключа, первый источник опорно го напряжения, соединенный с входом интегратора через первый ключ, первый логический элемент совпадения, первый вход которого подключен к единичному вьпсоду первого D-триггера, генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактирующему входу первого D-тригге ра, а второй выход - к второму вход первого логического элемента совпадения, второй, источник опорного нап ряжения, соединенный с входом интег ратора через второй ключ, управляющий вход которого подключен к нулевому выходу первого D-триггера, вто рой D-триггер, вход которого подключен к единичному выходу первого D-триггера, тактирующий вход - к первому выходу генератора тактовых импульсов, а единичньй выход - к третьему входу первого логического элемента совпадения, второй логичес кий элемент совпадения, первый вход которого подключен к нулевому выходу второго D-триггера, второй вход -к нуле вому выходу D-триггера, а третий вход - к второму выходу ге нер&тора тактовых импульсов Щ Известное устройство имеет не-, достаточную точность преобразования напряжения в частоту следования импульсов. Целью изобретения является повьщ1 .мне точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что 1в преобразователь напряже ния в частоту следования импульсов (Введен делитель напряжения, вход Которого подключен к выходам ключей, а выход - к второму входу компаратора. На фиг. 1 представлена функцио.нальная электрическая схема устройст 832 ва; на фиг. 2 - вреьенные диаграммы его работы. Преобразователь содержит интегратор 1, .к выходу которого подключен вход компаратора 2, первый D-триггер 3, вход которого подключен к выходу компаратора 2, а единичный выход - к управляемому входу первого ключа 4, первый источник 5 опорного напряжения, соединенный с входом интегратора 1-через первый ключ 4, первый логический элемент 6 совпадения, первый вход которого подключен к единичному выходу первого D-триггера 3, генератор 7 тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактирующему входу первого D-тригге-ра 3, а второй выход - к второму входу первого логического элемента 6 совпадения, второй источник 8 опорного напряжения, соединенный с. входом интегратора 1 через второй ключ 9, управляющий вход которого подключен к нулевому выходу первого . D-триггера 3, второй D-триггер 10, вход которого подключен к единичному выходу первого D-триггера 3, тактирующий вход - к первому выходу генератора 7 тактовых импульсов, а единичный выход - к третьему входу первого логического элемента 6 совпадения, второй логический элемент 11 совпадения, первьй вход которого подключен к нулевому выходу второго D-триггера 10, второй вход - к нулевому выходу первого В-триггера 3, а третий вход - к второму выходу генератора 7 тактовых импульсов, и делитель 12 напряжения, вход которого соединен с выходами ключей 4 и 9, а выход - с вторым входом компарато- ра 2. Интегратор 1 содержит конден- сатор 13 и резисторы 14 (R) и 15 (Rg) IПреобразователь работает следующим образом. . Входное напр 1жение Ug постоянно подается на вход интегратора 1, опор- ные напряжения+и п Uon подаются на вход интегратора 1 синхронно с частотой генератора 7 тактовых импульсов ключами 4 и 9. Причем. Ug,, подается на вход интегратора 1, когда первый D-триггер 3 находится в состоянии -Ч, что соответствует положительному напряжению на выходе интегратора 1, а -UQ - нулевому состоянию первого D-триггера 3.

Предположим, что U 0, а начальное напряжение на выходе интегратора 1 также равно нулю. Первьй D-триггер 3 находится в состоянии О, так как на выходе компаратора низкое наприжение. Вторым ключом 9 на вход интегратора 1 подается напряжение -U от вторюго источника 8 опорного напряжения. На выходе интегратора 1 напряжение растет и становится положитель ным. Первый D-триггер 3 синхронно с тактовым импульсом меняет свое состояние на единичное. Первый ключ 4 подает на вход интегратора 1 опорное напряжение +V( от первого истЬч ника 5 опорного напряжения. Конденсатор 13 (С) интегратора начинает перезаряжаться.

Так как (+V Q ( « постоянные времени заряда и перезаряда конденсатора 13 одинаковы, токи заряда и разряда конденсатора 13 также одинаковы, и за время, равное одному такту следования импульсов генератора 7, напряжение на выходе интегратора 1 достигнет нуля, так как конденсатор разрядится до начального состояния. Это приведет к изменению состояния первого D-триггера 3

Таким образом, состояние первого D-триггера 3 меняется синхронно с частотой следования импульсов генератора 7..

Второй D-триггер 10, связанный с первым D-триггером 3 в сдвиговьй регистр, меняет свое состояние также синхронно с частотой следования импульсов генератора 7, но с задержкой в один такт по сравнению с D-триггером 3.

На выходах логических элементов 6 И 11 совпадения, являющихся выходани преобразователя напряжения в частоту импульсов, при входном сигнале, равйом нулю, выходные сигналы отсутствуют.

Если Ug не равно нулю (фиг. 2), то в зависимости от его величины наступает такой момент, когда напряжение на выходе интегратора 1 так превысит нулевой уровень, что действия разряжающего тока в течение одного такта недостаточно для достижения нуля.

Тогда состояние D-триггеров 3 и 10 не изменяется в течение еще одного такта. В этом случае на вьу

ходе одного из логических элементов 6 и 11, что зависит от знака Ug , появляется импульс.

Средняя частота следования выходных импульсов зависит от величины выходного напряжения.

Если R, Rg, lUonl WsK ключи 4 и 9, компаратор 2 и первый D-триггер 3 не имеют задержек, а операционный усилитель не имеет ошибок от дрейфа нуля, то первый импульс появляется на выходе преобразователя в момент t, когда напряжение на конденсаторе от действия и gj равно напряжению от действия И, противоположного знака. При этом средняя выходная частота определяется соотношением

и

8Х

и

8Х

оп

где ff - частота следования тактовых импульсов.

Конечное время срабатьшания элементов переключения вызывает избыток напряжения на выходе интегратора

it

1 -J

onJt..

где it - время срабатывания элементов переключения (компаратора ключей, D-триггера)

При Ugjj 0 происходит поочередное подключение +1 и -U , т.е. взаимная компенсация .При Ugjj 0 один из ключей замкнут в течение двух тактов в момент появления импульс4 выходе преобразователя. Недокомпенсация uU приводит в конечном итоге к появлению лилнего импульса. Для исключения этой погрешности на вход компаратора подают компенсирующее напряжение с выхода ключей с соответствующим знаком коммутируемого U . Делитель рассчитывается по формуле

%

где коэффициент передачи напряГжения.

Таким образом, предлагаемое техническое- решение позволяет увеличить точность преобразования напряженич в частоту следования импульсов. Выход интегратора „f Вшод KOtinapaтора „г ТЬкт генератора 7

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ по авт. св. №738156, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введен делитель напряжения, вход которого подключен к выходам ключей, a выход - к второму входу компаратора. §