Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1985 года по МПК G01R23/06 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования частоты входного сигнала в пропорциональное значение напряжения постоянного тока. Целью изобретения является умень шение энергопотребления преобразова теля частоты в напряжение. На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Преобразователь содержит компара тор 1 входного сигнала, дозирующий конденсатор 2, первьй ключ 3, второй ключ 4, фильтр 5 на операционно усилителе 6, источник 7 эталонного напряжения с зарядным резистором 8, одновибратор 9, первый элемент 10 . .задержки, третий ключ 11, второй элемент 12 задержки и элемент ИЛИ 1 причем ключ 11 включен последовательно с зарядным резистором 8 задания тока источника 7 эталонного напряжения, а управляющие входы ключей 4, 3 и 11 соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ 13 и элементов 10 и 12 задержки Входы элементов ИЛИ 13 подключены к выходу одноБибратора 9, к выходу второго элемента 12 задержки, соедине;€ного по входу с выходом перво - го элемента 10 задержки. Компаратор 1 входного сигнала, одновибратор 9 и первый элемент 10 задержки включе ны по следовательно. На схеме, приведенной на фиг. 1, в качестве примера показана одна из возможных реализаций узлов, вход щих в преобразователь. . Компаратор 1 входного сигнала выполнен на операционном усилителе 14 и резисторах 15 и 1.6, включенных по схеме неинвертирующего релейного э/ емента. Выходной фильтр 5 образован резистором 17 и конденсатором 18, вкл ченными в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 6 Входной резистор 19 предназначен для ограничения тока разряда дозирующего конденсатора 2. Источник 7 эталонного напряжения состоит из цепи задания тока: зарядного резистора 8 и стабилитрона 20, образующих параметрический стаб лизатор напряжения. Одновибратор 9 выполнен на основе операционного усилителя 21, резисторов 22-24 и времязадающего конденсатора 25. Элементы 10 и 12 задержки содержат инверторы на МОП-транзисторах 26 и 27 и резисторах 28 и 29 с КС-цепями на входах, резисторы 30 и 31 и конденсаторы 32 и 33. Элемент ИЛИ 13 образован диоДами 34 и 35 и резистором 36. Устройство работает следующим образом. На вход компаратора 1 поступает входное напряжение (например, от таходатчика), изменяющееся с частотой f. Когда напряжение Ugx и, соответственно, напряжение U, на выходе компаратора 1 имеют положительную полярность (интервал времени t, - tj на фиг.2), напряжения на выходах одновибратора 9, элементов 10 и 12 задержки и элемента ИЛИ 13 соответственно И д О, U(o г О, и,. О и и ( О, в результате чего ключ 3 открыт, а ключи 4 и 11 закрыты, и ток в источнике 7 эталонного напряжения не протекает. При смене знака Ugx (момент времени 12 на фиг. 2) выходное напряжение компаратора 1 релейно (за счет действия положительной обратной связи через резистор 16) становится отрицательным, одновибратор 9 запускается и формирует отрицательный импульс Uq с длительностью f . Выходные напряжения элементов 10 и 12 задержки и элемента ИЛИ 13 также изменяют знак с задержками и Cl , величины которых определяются постоянными времени.RC-цепей из резистора 30, конденсатора 32, резистора 31 и конденсатора 33. При этом происходит коммутация ключей 3, 4 и 11 в следующей последовательности: сначала по сигналу и, : О закрывается ключ 3 и дозирующий конденсатор 2 отключается от входа фильтра 5, затем по сигналам U i 0 и U,,, О открываются ключи 11 и 4, конденсатор 2 подключается через ключ 4 к выходу источника 7 эталонного напряжения, в котором с помощью ключа 11 замыкается цепь задания тока. Величина задержки выбирается из ус5 , где C.J, - время, определяемое максимально возможной задержкой в закрывании ключа . При 3 выполнении этого условия обеспечивается получение промежутка времени, в течение которого ключи 3 и 4 находятся в закрытом состоянии и на вход фильтра 5 не проходит ток от ис точника 7 эталонного напряжения. После открывания ключей 4 и 11 че рез резистор 8 начинает протекать ток, имеющий две составляющие ток i заряда конденсатора 2 и ток ijo стабилитрона 20. В процессе заря да конденсатора 2 ток i уменьшается а ток ijo увеличивается, и напряжение на конденсаторе 2, а следовательно, и напряжение V- на выкоде источника 7 увеличиваются, стремясь к установившемуся значению U,. Длительность импульса одновибратора 9 выбирается из условия полного заряда дозирующего конденсатора 2, т.е. в конце импульса Ug ток i заряда конденсато ра 2 принимает практически нулевое значение, а ток i источника 7 - номинальную величину, при которой обес печивается стабильность уровня эталонного напряжения и, , а следовательно, и заряда на дозирующем конденсаторе. После окончания импульса U одновибратора 9 напряжение U, на выходе элемента ИЛИ 13 принимает значение и 15 О (момент времени t на фиг. 2 и ключ 4 закрывается, отключая конденсатор 2 от источника 7. Выход-ные напряжения U|o, U, элементов 10 и 12 задержки изменяют знак с задержками д и Величина задержки сГ|й выбирается из условия М °® ч- время, определяемое максимально возможньми задержками в переключении элемента ИЛИ 13 и ключа 4. При выполнении этого условия обеспечивается получение промежутка времени, в течение которого, ключи 3 и 4 находятся в закрытом состоянии и напряжение на конденсаторе 2 удерживается равным U Послеокончания временной задерж ки ,(, изменяется знак напряжения U|jj, открывается ключ 3 и дозирующий конденсатор 2 разряжается через открытый ключ 3 и ограничивающий резистор 19 до нулевого потенциала, в результате чего накопленный в нем заряд переносится током разряда ij в конденсатор 18 фильтра 5, который на выходе усилителя 6 формирует 64 . среднее значение выходного напряжения Ugt,,. При изменении знака напряжения и ,2 на выходе элемента 12 задержки (момент времени t на фиг. 2) закрывается ключ 11 и разрывается цепь задания тока в источнике 7, в результате чего потребляемый им ток становится равным нулю. В установившемся режиме работы на выходе устройства формируется напряжение f средняя величина которого пропорциональна частоте входного сигнала f и связана с параметрами элементов преобразователя следующей зависимостью вых U,,-C.R,,.f где С - емкость дозирующего конденсатора 2, RI - сопротивление масштабного резистора 17. В рассмотренном преобразователе цепь задания тока в источнике этаонного напряжения включается периодически с частотой f входного сигнаа на время, необходимое для полного заряда дозирующего конденсатора. Соотношение между длительностями интервалов заряда и разряда дозирующего конденсатора (Т и Тр на фиг. 2) зависит от амплитудных значений токов заряда I-joip и разряда Ipai ) которые в данной схеме практически определяются предельно допустимыми токами ключей 11 и 4 и нагрузочной способностью усилителя 6. Поэтому суммарная мощность Р, потребляемая преобразователем, зависит от частоты f входного сигнала и определяется по следующей формуле . р 111. X Тр fm МОЩНОСТЬ, потребляемая источником .эталонного напряжения при постоянном протекании через него номинального тока; мощность, потребляемая остальными элементами преобразователямаксимальная частота входного сигнала. Таким образом, применение преобраователя дополнительного, элемента адержки и схемы ИЛИ и соответствуккряс

511733366

конструктивных связей обеспечиваетисточнике эталонного напряжения, при

формирование такой временной последо-которой достигается уменьшение энервательности сигналов управления клю-гопотребления преобразователя при

чами заряда и разряда дозирующегог сохранении его метрологических хаконденсатора и коммутации тока врактеристик.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Б НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий последовательно соединенные компаратор входного сигнала, одновибратор и первый элемент задержки, а также последовательно соединенные выходной фильтр и первый, второй и третий ключи, дозирующий конденсатор, стабилитрон И Jtl Ч 3 г . tflrW и зарядный резистор, включенные соответственно на входах первого, второго и третьего ключей, причем вторые электроды стабилитрона и дозирующего конденсатора заземлены, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления преобразователя, в него введены второй элемент задержки и элемент ИЛИ, причем управляющие входы первого, второго и третьего ключей соединены соответственно с выходами первого элемента задержки, элемента ИЛИ и второго элемента задержки, входы элемента ИЛИ подключены к выходу одновибратора и к выходу второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки. и§ш &0 35 Vut.i

(ри&,2