Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК G01R23/09 

прообразопателя. Для этого в устройство, содержащее операционный усшти- тель 1, конденсатор 3 в цепи обратной связи, входной резистор 2, блок 10 управления, блок 4 установки начальных условий, источник 7 опорного напряжения, резисторы 8 и 9, ключи 5 и 6, введены управляем ш импульсный генератор 15, реверсивный счетчик 16, четырехвходовые элементы И 17 и 18, дешифраторы 31 и 32, двух- вкодоЕые элементы И 21 - 30, компаратор 14, регистр 19 хранения, цифИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления контроля.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей преобразователя .

На фиг. 1 приведена функциональ- ная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит операционньй усилитель 1 с входным резистором 2 и конденсатором 3 в цепи обратной связи, блок 4 установки начальных условий с первым и вторым ключами 5 и 6, источником 7 опорного напряжения и первым и вторым резисторами 8 и 9, блок Ш управления с первым 11 и вторым 12 выходами и входом 13, являющимся входом преобразователя, компаратор 14, управляющий импульсны генератор 15, реверсивный счетчик 16, первый и второй четырехвходовые элементы И 17 и 18, регистр 19 хранения, цифроанапоговый преобразователь 20, двухвходоаые элементы И 21 30 первый и второй деши4фаторы 31 и 32.

Блок 4 установки начальных условий содержит последовательно соединенные источник 7 опорного напряжения, первьш 8 и второй 9 резисторы, а также первый 5 и второй 6 ключи, выход первого ключа 5 через входной резистор 2 соединен с входом операционного усилителя 1, с конденсатороаналоговый преобразователь 20. В этом случае обеспечивается одновременное преобразование частоты в напряжение постоянного тока и в код, что расширяет облает его применения, В устройстве исключается погрешность от дрейфа нуля второго интегрирующего усилителя, исключается погрешность от утечки запоми- наюишх конденсаторов. Преобразователь удобно использовать для построения систем автоматического управления и контроля. 2 ил.

ром 3 в цепи обратной связи и выходом второго ключа 6, вход которого через второй резистор 9 соединен с выходом операционного усилителя 1 и входом компаратора 14, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 17 и второго 18 четырохвходо- вых элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммируюшкм и вычитающим входами реверсивного счетчика 16, выходы которого подключены к соответствующим входам первого 31 и второго 32 дешифраторов, а через двухвходовые элементы И 21-30 к входам регистра 19 хранения, выходы которого являются цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя 20, выход которого является аналоговым выходом устройства, соединенным с входом первого ключа 5 и управляющим входом управляемого импульсного генератора 15, выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И 17 и 18, третьи входы которых соединены с управляющим входом первого ключа 5 и первым выходом 11 блока 10 управления, вход которого является входом 13 устройства, а второй выход 12 блока 10 управления, соединен с управляющим входом второго ключа 6 и вторыми входами двухвходовых элементов И 21-30, при этом выходы первого 31 и второго 32 дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого 17 и второго 18 четырехвходовых элементов И.

Устройство работает следующим образом.

Под действием входного сигнала блок 10 управления разделяет период входной частоты на четные и нечет- ные 0-Т1, Т2-ТЗ; Т4-Т5В нечетные периоды на первом выходе 11 блока 10 управления действует нулевой логический сигнал (), а на втором выходе 12 - единичный (Vj 1). При этом четырехвходовые элементы И 17 и 18 заблокированы и управляемый генератор 15 импульсов отключен от реверсивного счетчика 16, который находится в режиме хра- нения. Выходной код реверсивного счетчика 16 через двухвходовые элементы И 21-30, на первых входах которых действует единичный логический сигнал , записывается в ре- гистр 19 хранения и преобразуется цифроаналоговым преобразователем 20 в напряжение V. Это напряжение не проходит на вход операционного уси

лителя 1, поскольку ключ 5 разомк- нут (напряжение управления этого ключа Vj 0). В этом режиме операционный усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью через замкнутый ключ 6 и на выходе oneради- онного усилителя 1 устанавливается напряжение начальных условий

R, R

(t)

8

где R

8

R. V

сопротивления резисторов 8 и 9, напряжение опорного источника 7.

В четные периоды входной частоты f ключ 5 замкнут, а ключ 6 - разомкнут. Напряжение Уц на выходе интегратора, образованного входным резистором 2, конденсатором-3 и операционным усилителем 1, изменяется по линейному закону (интервалы времени Т1-Т2} ТЗ-Т4, Т5-Т6,... на фиг. 2), поскольку на вход 1штегра- тора 1 при этом подается постоянное по величине выходное напряжение V цифроаналогового преобразователя 20 Неизменность напряжения V в процессе интегрирования обеспечивается за счет того, что в процессе интегррования дзухвходовые элементы И 21 - 30 на входах регистра 19 хранения блокируются нулевым напряжением с второго выхода блока 11 управления.

За период интегрирования Т выходное напряжение интегратора 1 достигает значения

V(T)V(o)+ V Y

(2)

5 5

I

0

5

0

5

5

0

где Tj,RC - постоянная интегрирования интегратора 1J

R - сопротивление резистора 2;

С - емкость конденсатора 3. В интервале времени , , когда выходное напряжение интегратора отрицательно (Vj,0), компаратор 14 устанавливается в состояние, при котором элемент И 17 пропускает импульсы генератора 15 на вход сложения (вход +) реверсивного счетчика 16. При V О компаратор 14 переходит в противоположное состояние, благодаря чему элемент И 18 пропускает импульсы генератора 15 на вход вычитания (вход -) реверсивного счетчика, Поэтому за период интегрирования Т код N в счетчике получает приращение uN, определяемое различием дпи- тельностей интервалов t. и . Если в Процессе сложения импульсов код в счетчике превысит максимально допустимое значение, то дешифратор 31 блокирует четырехвходовый элемент И 17 на входе сложения, предотвращая даль нейшее поступление импульсов по этому входу. Аналогично в режиме вычитания дешифратор 32 блокирует- четырехвходовый элемент И 18, когда код в счетчике становится меньше М1ти- мально допустимого значения, Изменение кода в счетчике в периоды записи начальных услобий передается через регистр 19 хранения в цифроанало- говый преобразователь 20, вызывая пропорциональное изменение выходного напряжения V. За счет отрицательной обратной связи напряжение V принимает такое значение, что в установившемся р ежиме приращение кода 4 . Это обеспечивается при равенстве ин тервалов сложения (f, ) и вычитания ) импульсов счетчиком. При С,

Т J напряжение V (Т) V и,

как следует из (2), выходное напряжение преобразователя прямо пропорционально частоте следований импульсов f

2 |± Re

Vo-T,-f

kf

4

(3)

Tl

где - V h коэффициент про- 8 порциональности.

Поскольку напряжение V связано линейной зависимостью с кодом в регистре 19, то одновременно с пред- ставлением частоты f в форме напряжения постоянного тока преобразователь вырабатывает цифровое значение f в виде кода N, снимаемого с регистра 19.

Преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с пгютотипом заключается в том, что он обладает более широкими функциональными возможностями, обеспечивая одновременно преобразование частоты в напряжение постоянного тока ив код, т.е. рас- пшряется область его применения. Такой преобразователь удобно, в частности, использовать для построения систем автоматического управления и контроля. При этом выходной сигнал в виде напряжения используется для .целей автоматического регулирова- ния (например частоты вращения турбины или двигателя внутреннего сго- раиия), а цифровой код - для контроля и измерения регулируемого параметра.

Кроме того, предлагаеиый преобразователь обеспечивает более высокую точность преобразования по сравнению с известными, поскольку в нем исключается погрешность от дрейфа нуля второго интегрирующего уси- лителя, которая (благодаря тому, что коэффициент передачи первого интегратора обратно пропорционален частоте следования импульсов) возрастает прямо пропорционально частоте. При этом исключается погрешность от утечек запоминающих конденсаторов .

Таким образом, предлагаеммй пре- образователь по сравнению с извести- ными обладает большей точностью преобразования и более широкими фун- кисиональными возможностями перед импульсными преобразователями час- тоты в напряжение постоянного тока.

Формулаизобретения

Преобразователь частоты следова- ния импульсов в напряжение постоянного тока, содержащий операционный усилитель с конденсатором в цепи

to

5

20

5

.

5 0

5

0

0

обратной связи, входной резистор, блок управления, блок установки начальных условий, состоящий из последовательно Соединенных источника опорного напряжения, первого и второго резисторов, первого и второго ключей, причем выход первого ключа через входной резистор соединен с входом операционного усилителя и выходом второго ключа, вход которого через второй резистор соединен с выходом операционного усилителя, при этом управляющие входы первого и второго ключей соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, а вход первого ключа соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения функциональных возможностей, в него введены уп- paвляe вJlй импульсный генератор, реверсивный счетчик, первый и второй четырехвходовые элементы И, первый и второй дешифратор, двухвходовые элементы И, компаратор, регистр хранения и цифроаналоговый преобразователь, причем выход операционного усилителя непосредственно соединен с входом компаратора, первый и второй выходы Которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго четырехвходовых элементов И, выходы которьпс соединены соответственно с сум1в1руювим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам первого и второго дешифраторов, а через двухвходовые элементы И - к эходам регистра хранения, выходы которого являются цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроана- логового преобразователя, выход которого является аналоговым выходом устройства и соединен с управляющим входом управляемого импульсного генератора j выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И, третьи входы которых соединены с первым выходом блока управления, а второй выход блока управления соединен с вторыми .входами двухвходовых элементов И, при этом выходы первого и второго дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого и второго четырехвходовых элементов И.

{/cfnafffffu tuai/cf pejfft/M

.г/

/7f/feito f A/J /r/yff(ecc/l/ tfycfr/

Фи9. 2

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей СЛ СО | 4