Преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1985 года по МПК H03M1/50 

I

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в аналогоцифровых преобразователях.

Цель изобретения - повышение точ ности преобразования.

На фиг. 1 изображена функцТюнальная схема устройстваJ на фиг. 2 временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Преобразователь напряжения в частоту содержит операционньй усилитель 1, резистор 2, конденсатор 3, компаратор 4, одновибратор 5, источник 6 опорного напряжения, onepauHoihibM усилитель 7, двухпозиционный ключ 8.

Инвертирующий вход операционного усилителя 1 через резистор 2 подключен к входу устройства, одна обкладка конденсатора 3 соединена с инвертирующим входом операционного усилителя 1, а другая с входом компаратора 4, выход которого соединен с входом одновибратора 5, а также источник 6 опорного напряжения, второй операционньй усилитель 7 и двухпозиционный ключ 8, причем выход источника 6 опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 7, инвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 1, входы двухпозиционного ключа подключены к выходам операционных усилителей, его выход подключен к входу компаратора 4, а управляющий вход ключа соединен с выходом одновибратора 5.

Устройство работает следующим

образом. I

В момент времени t, потенциал на

обкладке конденсатора 3, обращенной к компаратору 4, равен нулю. Компаратор срабатывает (уровень сравнения равен нулю) и посредством одновибратора 5 устанавливает переключатель 8 в верхнее положение. При этом конденсатор 3 включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7. В результате в момент t потенциал на инвертирующем входе усилит(ля скачком принимает значение, равное Пд, где UQ - напряжение на выходе источника 6 опорного напржения. Аналогишый скачок имеется на входе компаратора 4 (фиг. 2).

472

После этого начинается заряд конденсатора 3 током

Uo-Ux(il

i(t)

где R - сопротивление резистора 2. За время от t до tg напряжение на конденсаторе получает приращение, равное

. ,S;-uxit),, ,..

в момент t ключ 8 переключается в нижнее положение (конденсатор 3 включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1). Потенциал инвертирующего входа усилителя 1 изменяется скачком от значения Up до 0. Точно на такой же уровень скачком уменьшается напряжение

на входе компаратора (фиг. 2).

0х, к После этого напряжение на входе компаратора 4 начинает убывать. В момент t оно достигает нулевого уровня, срабатывает компаратор 4 и далее процессы в схеме повторяются .

За время от t до t отрицательное приращение напряжения на конденсаторе составит

ii

II 11 I

(2)

Очевидно, что

ли; + &Uc

0.

Подставляя равенства (1) и (2) в последнее уравнение и разрешая его относительно f 1/Т, получим (учитьгоая, что tg - t, t,

т - to).

Ч

где U, - среднее за время от t до tj значение входного напряжения Uj, (t) . Выходная частота пред,пагаемого устройства не зависит от сопротивления резистора 2 (функция преобразования по формуле (3)), нестабильность которого является источником соответствующей погрешности. Другим достоинством предлагаемого преобразователя является примене3

ние источника опорного напряжении вместо источника опорного тока, что позволяет исключить преобразование опорного напряжения в опорный ток.

В предлагаемом устройстве погрешность, вносимая неидеальностью ключа 8 (например, конечные значения R-5 замкнутого ключа и Rp разомкнутого ключа, а также остаточные токи и напряжения), практически полностью устраняется за счет того, что при любом состоянии ключа сопротивление находится в прямой цепи преобразования замкнутого контура регулирования. При этой же причине не сказывается и влияние сопротивления Rp. Если ключ 8 находится в положении, показанном на фиг. 1, тогда наличие сопротивления RP 7 со между выходом операционного усилителя 7 и выходом ключа 8 приводит к воздействию на выходе ключа 8 некоторого аддитивного эквивалентного напряжения, равного

Н7

,1 о

Р

1811474

где и„7 - напряжение насьпцемия усилителя 7 (вызвано действием на его входе напряжения Uj,) J

5 Riow siB - эквивалентное (с учетом отрицательной обратной связи через конденсатор 3) выходное сопротивление замкнутой системы, включаю)0 щей в себя усилитель 1 и сопротивление R- в прямой цепи и конденсатор 3 в цепи обратной связи. R силу наличия глубокой отрицательной обратной связи воздействие на выходе указанной замкнутой системы приводит i к незначительному изменению ошибки статизма, пр1шеденное к входу усилителя 1 значение 2Q которой, очевидно равно

I)

аы)с.экб

экв RP-K,

k,

гдеК, - коэффициент усиления операционного усилителя 1. Поскольку RP Rgy и К, 1, наличием столь малого изменения ошибки статизма можно пренебречь.

гг

Sx.K

Ifo

A

Vn

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий компаратор, одвовибратор, резистор, конденсатор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого через резистор подключен к входу устройств, одна обкладка конденсатора соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, а другая - с входом компаратора, выход которого соединен с входом одновибратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены источник опорного напряжения, второй операционный усилитель и двухпозиционный ключ, причем выход источника опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого 9 соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, входы двухпозиционного ключа подключены к выходам операционных усилип лителей, его выход подключен к вхо- ; ду компаратора, а управляющий вход ключа соединен с выходом одновибратора . Vtijf -H }--Hf 1 Ч