Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1986 года по МПК H03K9/06 

10

25

I1208600

Изобретение относится к средствам автоматики, телемеханики и измерительной техники.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства пу- тем адаптивного выбора постоянных времени фильтра нижних частот и управления его частотой среза с помощью одного источника напряжения.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройстваj на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - зависимость приведенной погрешности от пульсаций в зависимости 5 от частоты ВХОДНОГО сигнала.

Преобразователь частоты в напряжение (фиг.1) содержит формирователь

Iвходных импульсов, дозирующее устройство 2, входную шину 3 устройства 20 аналоговьш ключ 4, группу из h синхронизированных генераторов 5, первый

6 и второй 7 П -входовые элементы ИЛИ, распределитель 8, группу из и D-триггеров 9, группу изh аналоговых ключей 10, формирователь

IIимпульса записи, формирователь 12 заднего фронта, h -входовой фильтр 13 нижних частот, выходную шину 14 устройства, источник 15 опорного напряжения, шину 16 сигнала перегрузки и конденсатор 17.

Входная шина 3 устройства через формирователь 1 входных импульсов соединена с входом дозирующего устройства 2, выход которого одновременно соединен с входом формирователя 1 1 импульса записи, управляющим входом аналогового ключа 4 и сигнальными входами группы из и аналоговых ключей 10. Источник 15 опорного напряжения через аналоговый ключ 4 соединен с yпpaвляюш ми входами группы из h синхронизированных генераторов 5, выходы которых соединены с соответствующими входами второго и -входового элемента 7 ИЛИ, выход которого соединен с информационным С-входом распределителя 8„ R-вход установки в О последнего 50 соединен с выходом формирователя 12 заднего фронта, вход которого соединен с выходом формирователя 11 импульса записи и С-входами группы из и D-триггеров 9, )-входы кото-55 рых соединены с соответствующими выходами распределителя 8. Выходы и. D -триггеров 9 соединены с соответ30

35

40

45

ст во вх че со то ни че с ед ни кл ст эл си

об

по по вх ст ч дл t вх пр

пу Пр об уч пр пр Из ни па во гр

ди иг

гд

10

25

5

20

0 5

30

5

0

5

ствующими входами первого h -входового элемента 6 ИЛИ и управляющими входами группы из И аналоговых ключей 10, сигнальн&е выходы которых соединены с соответствующими резисторами И -входового фильтра 13 нижних частот, другие полюса которых через его конденсатор 17 соединены с общей шиной устройства. Точка соединения резисторов фильтра 13 нижних частот и конденсатора 17 подключена к выходной шине 14 устройства. Выход первого h -входового элемента 6 ИЖ подключен к шине 16 сигнала перегрузки.

Устройство работает следующим образом.

На фиг.З на основе выражения

. (1) -Zti(f,-fJ

построены зависимости приведенной погрешности пульсаций от частоты входного сигнала f при разных постоянных времени Тj фильтра нижних частот для ( 1,2,3,...,и,постоянной длительности дозированных импульсор t и диапазоне изменения частоты входного сигнала от i до {(и-ц} . , Из фиг.З следует,что при f е,-Е(„,) приведенная погрешность от

пульсаций Д,е (;б и(. . При определении точности работы преобразователя частоты в напряжение учитьшается максимальное значение приведенной погрешности от пульсаций при наименьшей входной частотеf Из .описанного следует, что выбор минимальной частоты в каждом поддиапазоне от fj до f(n-i) нужно производить так, чтобы приведенная погрешность от пульсаций не превьшала f макс Р постоянной времени ti (фиг.З).

Выбор количества частотных поддиапазонов и зависит от величины вы- игрыша в быстродействии П11

1

mi

m1 - количество периодов, необходимое для окончания переходного процесса без переключения постоянной времени t,, при скачкообразном изме- , нении частоты от цо{()) т - количество периодов, необходимое для окончания переходного процесса при постоЬ| - момент начала первого импульса в пачке, формируемого генератором G I в --м периоде. На фиг.2, U5-1 условно показан второй импульс, формируемый первым генератором G , где utj - f 4. 1. , (К+1) , к

- 2. с , 1„ t .

При больших значениях частоты

яннои времени ц при таком же изменении входной частоты.

В зависимости от конкретных требований к амплитудно-частотной харак- 5 теристике преобразователя быстродействие в каждом частотном поддиапазоне может быть разным или одинаковым.

длительности периодов меньше и услоСформированный входной сигнал с выполняется.

„4-4- т Т i

выхода формирователя 1 входных сигна- интервалы t - С-н (v,-) лов (фиг.2,и ) в начале К-го формируемые группой из и синхрони- (К+1)-го, (К+2)-го,... периодов , зированных генераторов 5, соответ- , tlf - , ... запускает дозирующее ствуют периодам входной частоты устройство 2, которое формирует импульсы постоянной вольт-секундной площади (фиг.2, Uj ). На время действия дозирующего импульса в каждом периоде 15-tn , fto tн открывается аналоговьй

20

f(h-n),---,fb, ii , во время которых осуществляется переключение постоянных времени фильтра 13 нижних частот (фиг.2, Uj , период Т , соответствующий минимальной входной частоте

., )

ключ 4, который подключает источник Выходные импульсы группы из и 15 опорного напряжения к входам груп- синхронизированных генераторов 5 че- пы из и синхронизированных генерато- рез второй элемент РШИ 7 подаются на ров 5. При этом на выходах указанных 5 информационный вход распределителя 8

(фиг.2,и ) Количество этих импульсов, подсчитанное в конце периода, указывает на номер частотного поддиапазона с соответствующей постоян- 30 ной времени фильтра 13 нижних частот (фиг.2, Ug:, , .-., U9.(.,Ug-,). Выходные и myльcы распределителя 8 подаются на соответствующие .D-входы группы из h D-триггеров 9. На время действия t, выходных импульсов формирователя 11 (фиг.2,-и;, ) °

генераторов устанавливается нулевой уровень напряжения (фиг.2,Us-i j--- U5-(n--i; US-H моментов окончания дозируюцгих :

, К+2. to

импульсов to , каждый из синхронизированных генераторов G

(h-1):

GH группы ИЗ h синхронизированных генераторов 5 формирует пачки импульсов, задержанные в К-м периоде Tj. соответственно на время ,.,.., 35

4vt-i)

- +

,к

Л VI

-t,

задерна С-входы группы из И D-триггеров 9 осуществляется запись инфор40

жанные в (ч + 1)-м периоде )

на время ...,C.Y-tr); и т.д., которое определяется напряжением источника 15 опорного напряжения в каждом периоде. В данном случае используется по одному импульсу из пачки импульсов, формируемых генераторами С,..., ), п/ о и ч л, оч из группы синхронизированных гене- 45 выхода (фиг. 2, Ug-ц ), в .+2,)-м

мации с выходов распределителя 8. В К.-М периоде начиная с момента t осуществляется запись информации с (h-l)-ro выхода распределителя 8 (фиг.2, Ug-(p , в (К+1)-м периоде т начиная с момента t с и-го

-|- - хд.--- (Jtt f .

периоде начиная с момента - с (h-l)-ro выхода (фиг.2, Ug-()) и т.д.

раторов 5. Такой режим достигается соответствующим выбором длительности пауз между первым и вторым импульсами, генерируемыми каждым генератором G , ...,G(H.,,) , Gn группы из синхронизированных генераторов 5 при минимальной входной частоте f 1/Тк ,

, к.

AJ-.vj. (K4-1J .к.

, t-i

(2)

, (К-ь)

где Тц

- момент окончания К То периодаJ

Ь| - момент начала первого импульса в пачке, формируемого генератором G I в --м периоде. На фиг.2, U5-1 условно показан второй импульс, формируемый первым генератором G , где utj - f 4. 1. , (К+1) , к

- 2. с , 1„ t .

При больших значениях частоты

интервалы t - С-н (v,-) формируемые группой из и синхрони- зированных генераторов 5, соответ- ствуют периодам входной частоты

f(h-n),---,fb, ii , во время которых осуществляется переключение постоянных времени фильтра 13 нижних частот (фиг.2, Uj , период Т , соответствующий минимальной входной частоте

(h-1):

ых оде.,..,

на С-входы группы из И D-триггеров 9 осуществляется запись инфор/ о и ч л, оч выхода (фиг. 2, Ug-ц ), в .+2,)-м

/ о и ч л, оч выхода (фиг. 2, Ug-ц ), в .+2,)-м

мации с выходов распределителя 8. В К.-М периоде начиная с момента t осуществляется запись информации с (h-l)-ro выхода распределителя 8 (фиг.2, Ug-(p , в (К+1)-м периоде т начиная с момента t с и-го

/ о и ч л, оч 45 выхода (фиг. 2, Ug-ц ), в .+2,)-м

50

55

-|- - хд.--- (Jtt f .

периоде начиная с момента - с (h-l)-ro выхода (фиг.2, Ug-()) и т.д.

При отсутствии потенциала на С - входах группы из h -триггеров 9 осуществляется запоминание записанной с выходов распределителя 8 информации (фИГ.2, Ug.T , . . ,, Ug.v,.) ,

Ua ). Выход ные импульсы группы из п D-триггеров 9 управляют группой из и аналоговых ключей 10, которые в зависимости от номера частотного поддиапазона подключают со

ответствующий резистор фильтра 13 нижних частот. В К -м периоде Ti, открыт (И-1)-й ключ, который устанавливает постоянную времени 1 фильт- ра 13 нижних частот (фиг. 2, Ug() в (К. + 1)-м периоде Т( открыт h-и ключ, которьш устанавливает , (фиг.2, Uj-H )j в (К+2)-м периоде TlKt.) открыт (и-1)-й ключ, который устанавливает (фиг.2, Ug.) ).

Формирователь 12 формирует короткие импульсы, задержанные относитель но задних фронтов импульсов формирователя 11 на время t., (фиг.2, И которые используются для установки в О распределителя 8, подготавливая его к работе в следующем периоде

Таким образом работает устройство при , где f(,i) - верхний предел частоты входного сигнала.

При 1 f(h-n; ,у т.е. период входной частоты Т.) больше длительности t ц дозирующего импуль- са (фиг.2, и ), на выходах группы из h синхронизированных генераторов 5 на протяжении периода Т(,2 ) импульсы отсутствуют, что приводит в следующем (К+3)-м периоде к закрыва- нию группы ключей 10 (фиг.2,из ,,

9-(h-i) j - g-h ) На выходе 16 первого и -входового логического элемента 6 ИЛИ в (К+3)-м периоде устанавливается нулевой уровень (фиг.2,ие).

В случае, когда - , т.е. период входной частоты меньше длительности дозирующего .ьса (фиг.2,иг. ) начиная с момента вре- мени i:() выходной импульс формирователя 1 устанавливает на выходе формирователя 2 нулевой уровень (фиг.2, (J , Uj ). В этом случае в (К+4)-м периоде все ключи группы ключей 10 закрыты, так как отсутствуют импульсы на выходах группы из Ц синхронизированных генераторов 5. На выходе первого элемента ИГШ 6 в (К+4)-м периоде устанавливается ну- левой уровень (фиг.2, Ug ). Таким образом, при входных частотах

f(H-M)( обходимое для перезаписи информации

с распределителя 8 и его установки в нуль) обеспечивается индикация перегрузки в предыдущем периоде T(,) на протяжении последующего )

в виде нулевого уровня на выходе элемента 6 ИЛИ и, соответственно, на шине 16. сигнала перегрузки. Кроме этого, на выходной шине 14 устройства сохраняется результат, соответствующий предьщущему периоду (к+г) , т.к. ключи группы из и ключей 10 закрыты (регистрирующее устройство, подключаемое к выходной шине 14, имеет достаточно большое входное сопротивление). Этот результат сохраняется до тех пор, пока не кончится перегрузка.

Предлагаемое устройство дает возможность установить необходимую постоянную времени фильтра 13 нижних частот за время, равное периоду входной частоты, что повышает быстродействие устройства в целом. Изменением напряжения опорного источника 15 можно изменять верхние частоты- в каждом частотном поддиапазоне, а также их количество, что дает возможность формировать нужным образом зависимость постоянной времени фильтра нижних частот от входной частоты и расширяет функциональные возможности устройства. Устройство обеспечивает индикацию перегрузки при значительном превьш1ении верхнего предела частоты входного сигнала, что также расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения

.1. Преобразователь частоты в напряжение, содержащий последовательн соединенные формирователь входного сигнала и дозирующий элемент, а вход формирователя входного сигнала подключен к входной шине устройства отличающийся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены аналоговьш ключ группа из h синхронизированных генераторов, первый и второй h -входо вые элементы ШШ, распределитель, группа из И D-триггеров, группа из и аналоговых ключей, формирователь импульса записи, формирователь заднего фронта, источник опорного напряжения и h -входовой фильтр нижних частот, выход которого подключен к выходной шине устройства, выход дозирующего элемента соединен с входом формирователя импульса записи, сигнальными входами группы из и аналоговых ключей и управляющим входом аналогового ключа, через который источник опорного напряжения соединен с входами группы из и синхронизированных генераторов выходы которой соединены с соответствующими входами второго И -входо- вого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом распределителя, вход установки в О которого соединен с выходом формирователя заднего фронта, вход которого соединен с выходом формирователя импульса записи и h С -BXOдами группы из и Т)триггеров, п D-ВХОДОВ которой соединены с соответствующими выходами распределите-

ля, h

выходов Р -триггеров соедииены с соответствующими входами первого h -входового элемента ИЛИ и управляющими входами группы из h аналоговых ключей, h сигнальных выходов которых соединены с соответствующими входами h-входового фильтра нижних частот, а выход первого И-входового элемента ИЛИ подключен к шине сигнала перегрузки устройства.

2, Преобразователь по п.1, о т

h-входовой фильтр нижних частот со- держит h резисторов и конденсатор, а первые выводы резисторов являются входами h -входового фильтра нижних частот, выход которого соединен с вторыми вьтодамн резисторов и через конденсатор с общей шиной устройства.

фиг, 2

fn I

tw cortst 7 t;,&ta+-)

b/T

Sn.

MWC

s

s

/ /2 J /i 7/ .J

j..

Изобретение относится к автома- тике, телемеханике и измерительной технике. Устройство содержит формирователь 1 входных импульсов, дозирующее устройство 2, входную 3 и выходную 14 шины, аналоговые ключи 4 и 10, синхронизированные генераторы 5, элементы 6 и 7 1ШИ, распределитель В, 1)-триггеры 9, формирователь 11 импульса записи, формирователь 12 заднего фронта, фильтр 13 нижних частот, шину 16 сигнала перегрузки и конденсатор 17. Устройство позволяет установить HeoexoAnbi ro постоянную времени фильтра 13 нижних частот за время, равное периоду входной частоты, что повышает быстродействие устройства Изменяя напряжение источника 15 опор-- ного напряжения, можно формировать зависимость постоянной времени фильтра нижних частот от входной частоты, что расширяет функциональные возможности устройства. Устройство обеспечивает индикацию перегрузки. & я т. ил. f Иеш 3