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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эффективного значения переменного напряжения . Целью изобретения является повышение точности, а также упрощение конструкции преобразователя за счет того, что крутизна преобразования предлагаемого устройства не зависит от коэффициента усиления операционных усилителей.. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - вре менные диаграммы работы. Устройство осдержит интегратор 1 на операционном усилителе, между инг вертирующим входом и выходом которого включен конденсатор 2, компаратор 3 на операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора 1. ключ 4, управ ляющий вход которого соединен с выхо дом компаратора 3, и источник опорного напряжения 5. Инвертирующий вхо интегратора 1 соединен через первый резистор 6 с входом преобразователя и через второй резистор 7 с источником опорного напряжения 5. Неинвер тирующий вход интегратора 1 соединен через третий резистор 8 с общей шиной устройства и через четвертый резистор 9 с неинвертирующим входом компаратора 3. Неинвертирующий вход компаратора 3 соединен через ключ источником опорного напряжения 5. Устройство работает следующим образом. Ключ 4 замкнут, если полярность напряжения на выходе компаратора 3 совпадает с полярностью источника опорного напряжения 5, и разомкнут, если полярности напряжений противоположны. Сопротивления резисторов 6-9 должны удовлетворять соотношению + 2 , (1) где Rg-Ro - сопротивления резисторов 6-9,соответственно, а входное напряжение находится в пределах и|.-1-(и. входное напряхение; опорное напряжение; п - - коэффициент преобразования, Преобразователь работоспособен ак при положительном, так и при отицательном опорном напряжениях, граики напряжений на фиг.2 иллюстриуют работы преобразователя при полоительном опорном напряжении. При замкнутом ключе 4 напряжения а входах интегратора 1 составляют учетом соотношения 1 и и -и В 0 R +R п + 1 де Uj. и Ug - потенциалы инвертирующего и неинвертирующе- го входов интегратора 1 соответственно (фиг.1}. Ток заряда конденсатора 2 при этом авен с учетом соотношения (1 i; - ток заряда конденсатора 2. Пусть в начальный момент времени онденсатор 2 разряжен, тогда напряение на выходе интегратора 1 равно Uc (0)Uo, о , де и, напряжение на неинвертирующем входе компаратора 3; Up - напряжение на выходе интегратора 1 , Компаратор 3 при этом находится в состоянии положительного насыщения, и ключ 4 удерживается в замкнутом состоянии. Если выполняется условие (2), то независимо от знака входного напряжения и , ток i , О и напряжение Up на выходе интегратора 1 линейно нарастает и за время t, достигает величины Up. В этот момент напряжение на инвертирующем входе компаратора 3 превышает напряжение на неин-. вертирующем входе, компаратор 3 переключается в состояние отрицательного насыщения и ключ 4 размыкается+ Р Uo -Up(0) n -1 n,R г, L , где С - емкость конденсатора 2; t - длительность положительного импульса на выходе компаратора 3. 3 При разомкнутом ключе 4 на входа интегратора 1 и компаратора 3 соответственно устанавливаются напряженияUj 0, а в а напряжение на выходе интегратора в момент размыкания ключа 4 стано- вится равным u(t,)) -;- и, и компаратор3 остается в состоянии отрицательного насьпцения, а ключ 4 в разомкнутом состоянии. Ток разряд конденсатора 2при этом с учетом соотношения (I) равен -и.У-1Уо.,1(У..и) Ч . ч Если выполняется условие (2), то независимо от знака входного напряжения и, ток , и напряжение Ug на выходе интегратора 2 линейно уме шается, за время tg оно достигает нуля, потенциал инвертирующего входа компаратора 3 сравнивается с потенциалом неинвертирующего входа. компаратор 3 переключается в состоя ние положительного насыщения, ключ 0 замыкается, повторяется процесс заряда конденсатора 2 t -С H. - cR6. х- 2 а 1, При выполнении условий (l) и (2) в преобразователе возникают автоколебания с периодом и частотой 4- t-rA-r . ; F - + RJ + R, о -2йГп Т7 св: где Т - период автоколебаний; F - частота автоколебаний; FO - константа. Таким образом крутизна преобразования квадрата входного напряжения в частоту определяется только величиной опорного напряжения и номиналами резисторов и конденсатора и не зависит от коэффициента усиления операционных усилителей, причем, если вьтолняется условие (2), преобразователь работоспособен как при положительных, так и при отрицательных входных напряжениях, т.е. является двухполярным.

IfJ

Чв

/

/

/

V

UaUi

UaUfVd

ui

.

/

/

/

/ Ua

Чв

ФУНКЩЮНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, компаратор, ключ, источник опорного напряжения и первый резистор, причем выход интегратора соединен с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключа, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены три резистора, причем инвертирующий вход интегратора через первый резистор соединен с входом устройства и через второй резистор - с источником опорного напряжения, неинвертирующий вход интегратора соединен через третий резистор с общей шиной устройства, через четвертый резистор - с неинвертирующим входом компаратора и через ключ - с источником опорного напряжения.