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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть . использовано при построении измерительных преобразователей, приборов, устройств автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия за счет умен-ь шения динамической погрешности. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на. фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу ( с выходное напряжение, Б- напряжение на выходе первого интегратора, в - напряжение на выходе второго интегратора, г напряжение на инвертиру1ош;ем усилителе) . Преобразователь содержит первый интегратор 1 состоящий из операцион ного уси тителя 2, конденсатора 3, ди ода и резисторов 5 и 6, выход кото рого подключен к первому входу перво го компаратора 7 на операционном уси лителе 8, второй интегратор :9, состо ящий из операционного усилителя 10, конденсатора 11, диода 12 и резисторов 13 и 14, второй компаратор 15 на операционном усилителе 16, два инвертирующих усилителя 17 и 18, два резистора 19 и 20 .четыре диода 21-24 первый источник 25 опорного напряжения и второй источник 26 опорного напряжения. Выход первого компаратора 7 подключен к входу первого ин- вертирующего усилителя 17, выход которого через резистор 19 соединен с анодами третьего 21 и четвертого 22 диодов, которых подключены к входам вторых каскадов усиления операционных усилителей 10 и 16, второго интегратора 9 и второго компаратора 15 соответственно. Выход второго интегратора 9 подключен к входу второго инвертирующего усилителя 18, а выход второго инвертирующего усилителя 18 через резистор 20 соединен с анодами первого 23 и второго 24 диодовJ катоды которых подключены к входам вторых каскадов усипения операционных усилителей 2 и 8 первого интегратора и первого компаратора 7 соответственно; перЭЫе входы интеграторов 1 и 9 подключены к шине входного сигнала, вторые входы - к первому источнику 25 олорного напряжения, а вторые входы ком.параторов 7 и 15 к второму источнику. 26 опорного напряжения. Устройство работает следующим образом. В исходном .состоянии на выходе интегратора 1 положительное напряжение, конденсатор 3 заряжен, компаратор 7 находится в режиме отрицательного насьщения, инвертирующий усилитель 17.- в режиме положительного насыщения. Положительное напряжение с инвертирующего усилителя 17 через резистор 19 и диоды 21 и 22 поступает на входы вторых каскадов усиления операционных усилителей 10 и 16 второго интегратора 9 и второго компаратора 15, при этом действие входных сигналов на интегратор 9 и компаратор 15 блокируется, операциоинъш усилители 10 и 16 находятся в режиме положительного насыщения. Конденсатор 11 интегратора 9 заряжается с выхода операционного усилителя 10 через диод 12. Инвертирующий усилитель 18 находится в режиме отрицательного насыщения, и диоды 23 и 24 закрыты. Интегратор 1 интегрирует напряжение входного сигнала, равное сумме преобразуемого Ux и образцового Ъо напряжений U ц Uj(+ J.x -Uex -4xUo)r7 V,, - постоянная времени интегратора 11 время интегрирования интегратора 11 напряжение на выходе интегратора 1 е Напряжение на выхода интегратора 1 линейно убывает от напряжения 1 tv.«x Я° которого был заряжён . конденсатор 3, до опорного напряжения и оп но,, ди и-|(их+ интегрирования интегратора 1 t рав- (1 mait + Uion)u Д UlSbi xJ A и V + Uo X Ux+ Uo где К (Ц.,+ и,;,, )г const . Как только напряжение на выходе интегратора 1 сравняется по модулю с опорным напряжением на втором входе компаратора 7, последний переходит в режим положительного насыщения 0. инвертирующий усилитель 17 - в режим отрицательного насьпцения; диоды 21 и 22 закрьюаютсяо При этом компаратор 15 под действием входных сигналов переходит в режим отрицательно го насыщения, инвертирующий усилитель 18 - в режим положительного насыщения, напряжение с его выхода через резистор 20 и диоды 23 и 24 поступает на вторые каскады усиления операционных усилителей 2 и 8 первог интегратора 1 и первого компаратора 77 действие входных сигналов интегратора 1 и компаратора 7 блокируется, операционные усилители 2 и 8 находят ся в режиме положительного насыщения. Конденсатор 3 интегратора 1 заряжается с выхода усилителя 2 через диод А. Когда закрываются диоды 21 и 22 и компаратор 15 переходит в режим отрицательного насьпцения, интегратор 9 начинает интегрировать входной сигнал U j U + U, напряжение на выходе интегратора 9 линейно убьгеает. Аналогично первому интег ратору для второго интегратора 9 где К, (Uin,«,+ U2«n)r,, ф const, Как только напряжение на выходе интегратора 9 сравняется по модулю с опорным напряжением на втором входе компаратора 15, последний перехоiViT в режим положительного насыщения инвертирукщий усилитель 18 - в режим отрицательного насыщения, диоды 23 и 24 закрьшаются и начинается процесс интегрирования входного сигнала интегратором 1. Таким образом, в устройстве отсутствуют коммутирующие элементы в цепи преобразуемого сигнала и интегрирование входного напря жения осуществляется непрерывно, что позволяет при изменении входного напряжения скачком выходной частоте устанавливаться за половину периода. Исключение коммутирзтощих элементов из цепи преобразуемого сигнала и осуществление непрерывного интегрирования входного напряжения, вследствие чего выходная частота устанавливается за половину периода при изменении вхо 784 ного напряжения, позволяет повысить точность и быстродействие устройства по сравнению с прототипом, В дальнейшем работа преобразователя циклически повторяется. Так как время интегрирования первого интегратора определяет длительность выходного импульса преобразователя, а время интегрирования второго интегратора определяет длительность,, , - KI паузы, то период Т и, + и. где К К + Kj const, следовательно частота выходных импульсов Ux + РО К При и при и О при Ux О т.е. при Uj О частота постоянна, при положительном Ux f f{ , при отрицательном U f .f. Таким образом, в устройстве отсутствзпют коммутирукнцие элементы в цепи преобразуемого сигнала. Исключение динамической погрешности позволяет осуществлять непрерьшное интегрирование входного сигнала; интервалы интегрирования при-, мыкают друг к другу, пропуски инфор мации о входном сигнале отсутствует. В результате точность и быстродействие предлагаемого йреобразователя выше. Как видно из диаграмм работы преобразователя, информационная частота после изменения входного напряжения скачком устанавливается за половину периода. В любой момент времени информация обрабатывается первым или вторым интеграторами, переходный процесс установления информационной частоты отсутствует. Преобразователь может быть вьтолнен на однотипных операционных усилителях, имеющих вывод входа второго каскада усиления или выводы, предназначенные для балансировки усилителя (например, К140У6, К553УД1, К553УД2). Для усилителей, не имеющих этого вьшода, диоды 21 - 24 должны быть подключены к неинвертирующим входам

соответствующих операдаонных усилителей.

Применение предлагаемого преобразователя напряжения в частоту в программных устройствах управления тиристорными преобразователями, предназначенных для электролиза цветных металлов, позволяет расширить функщональные возможности программных устройств, унифицировать их с целью получения технологических токограмм, пригодных для производства различных цветных металлов.

и а

5.

iJofp

jL

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий первьй и второй интеграторы, вьшолненные на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, компаратор и три резистора, причем первые выводы первого и второго резисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя первого интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, от л ичающийся тем, что, с целью Повьшения точности и быстродействия, в него введены два инвертирующих усилителя, вьтолненные на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи, коьтаратор, два источника опорного напряжения, шесть диодов и три резистора, причем выходы первого и второго компараторов соответственно соединены с входом первого и второго инвертирующих усилителей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, выход первого инвертирующего усилителя через шестой резистор соединен с анодами третьего и четвертого диодов, катоды третьего и четвертого диодов соответственно соединены с входами вторых каскадов усиления операционного усилителя второго интегратора и второго компаратора, выход второго инвертирующего усилителя через пятый резистор соединен с анодами первого и второго диодов, катоды первого и второго диодов соответственно соединены с входами вторых каскадов усиления операционного усилителя, первого интегратора и первого компаратора, второй вывод первого резистора является вхоS дом устройства и через четвертый ре(Л зистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя второго интегратора:, второй вьшод второго резистора соединен с первым выходом первого источника опорного напряжения, второй выход которого через третий резистор соединен с инвертирующим 00 входом операционного усилителя второ| д го интегратора, выход которого соедись нен с первым входом второго компаратора, первый и второй выходы второго 00 источника опорного напряжения соответственно соединены с вторыми входами первого и второго компараторов, аноды пятого и шестого диодов соответственно соединены с инвертирующим входом операционного усилителя первого и второго интеграторов, катоды пятого и щестого диодов соответ-. ственно соединены с неинвертирукяфсм входом операционного усилителя первого и второго интеграторов.

Uon 2fpuz.Z