Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H03M1/50 

« 12

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах управления, регулировайия и контроля.

Цель изобретения - расширение диапазона преобразования.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит формирователь 1 импульсов, состоящий из первого операционного усилителя 2 и инвертора 3, генератор 4 импульсов, входной резистор 5, резистор 6 обратной связи, первый ключ 7, второй опера- ционный усилитель 8 с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи, элемент 10 аналоговой памяти, состоящий из первого резистора 11, второго ключа 12, второго резистора 13, конденсатора 14 и третьего операционного усилителя 15, инвертирующий усилитель 16, пороговый элемент 17, дополнительный ключ 18 и

дополнительный резистор 19.

)

Входом устройства является вход формирователя 1, соединенньй с прямым входом входящего в него первого операционного усилителя 2, выход ко- торого соединенный с входом инвертора еЗ, является прямым выходом формирователя 1 импульсов, подключенным к управляющему входу первого ключа. 7 и к последовательно соединенным генератору 4 импульсов, входному резистору 5, первому клюну 7, .второму операционному усилителю В с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи элементу 10 аналоговой памяти и инвертирующему усилителю 16 выход которого является выходом устройства, и через резистор 6 обратной связи подключен к общей точке входного резистора 5 и первого ключа 7 и через пороговьй элемент 17 связан с дополнительным управлякнцим входом второго ключа 12 и управляющим входо дополнительного ключа 18. Дополни- тельный ключ 18 последовательно соединен с дополнительным резистором 19 и оба включены параллельно входному резистору 5. Инверсным выходом формирователя 1 импульсов является выход инвертора 3, соединенный с управляющим входом второго ключа 12,входящего в состав элемента 10 аналоговой

памяти.

входом которого является

7 .2

один из контактов первого резистора 11, второй контакт которого через второй ключ 12 соединен с инвертирующим входом третьего операционного :

усилителя 15 и одной из обкладок конденсатора 14, другая обкладка которого соединена с выходом третьего операционного усилителя 15, являющегося выходом элемента 10 аналоговой

памяти, и через второй резистор 13 - с вторым контактом первого резистора 11 . Инверсный вход первого операционного усилителя 2 и прямые входы второго 8 и третьего 15 операционных

усилителей соединены с общей шиной источника питания.

Устройство работает следующим обг- разом.

На схеме (фиг.1) принято, что все ключи при положительном значении сигналов на их управляющих входах находятся в замкнутом состоянии, а при отрицательном или равном нулю - в разомкнутом. Ключи 7 и 12 с двумя управляющими входами находятся в замкнутом состоянии, если положительным является сигнал хотя бы на одном из их входов.

Если сначала принять, что потенциал на выходе порогового элемента 17 равен нулю, следовательно, дополнительные управляийцие входы ключей

7и 12 и дополнительный ключ 18 не влияют на процессы в преобразователе. Указанные процессы при этом разделяются на четные и нечетные полупериоды, как показано на фиг,2.

8нечетные полупериоды потенщал

на прямом выходе формирователя 1 и14- пульсов положительный, на инверсном выходе отрицательный (или равен нулю) . Длительность этих интервалов составляет Т, , где Т- частота и период входного сигнала Uf . В четные полупериоды потенциалы на выходах формирователя 1 импульсов принимают противоположные значения.

В нечетные полупериоды ключ 7 замкнут, и операционный усилитель 8 с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи работает в режиме интегратора. При этом на резистор 6 обратной связи поступает выходное напряжение еьм преобразователя, ве- личина которого в эти полупериоды постоянна, так как ключ 12 разомкнут и элемент 10 аналоговой памяти работает в режиме з 1поминания, На вход

312

ной резистор 5 в эти полупериоды поступает импульсный сигнал Up с выхода генератора 4 импульсов, причем эт импульсы имеют постоянную вольтсе- кундную площадь UQ IO const. В четны полупериоды ключ 7 размыкается, и операционный усилитель 8 с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи оказывается включенным в режиме памяти. При этом напряже- ние и, на его выходе остается посто- янньм в течение всего нечетного полупериода. Элемент 10 аналоговой памят в четные полупериоды работает в режиме слежения с малой постоянной Bpe мени€ гС, (где f - сопротив- ление резистора 13 С - емкость кон- |денсатора 14) поэтому на выходе инвертирующего усилителя 16 в четные полупериоды устанавливается напряже- ние и gj,, , равное напряжению (J, на выходе операционного усилителя 8.

На фиг. 2 представлены переходные процессы для случая, когда при нулевых начальных условиях на вход пре- образователя подан сигнал (Jf с постоянной частотой i 1/Т 1/2Т,. Установившийся режим работы преобразователя характеризуется тем, что напряжение и, в конце нечетного полупери- ода должно быть равным значению U, в начале этого же полуперисда. В процессе на фиг, 2 это условие выполняется для нечетных полупериодов с номерами (2п +1),пг 3. : В диапазоне частот fg/ .jV преобразователь обеспечивает линейное преобразование частотного сигнала в напряжение постоянного тока, причём это преобразование осуществляется без пульсахщй, а переходные процессы имеют монотонный характер. В случае i с „ процессы становятся колебательными, а неустойчивыми. Поэтому, если по уело ВИЯМ эксплуатации преобразователя ег входной сигнал Uf может иметь частот

i - iu , то с целью обеспечения усIfтойчивости преобразователя при (

необходимо использовать вариант ис- полнеиия преобразователя, в котором дополнительно используются пороговый элемент 17, входная цепочка 18, 19, а ключи 7 и 12 снабжены дополнительными управляющими входами. Установка порогового напряжения элемента 17

должна иметь значение l/ns равное выходному напряжению преобра-

74

зователя при f f ( коэффициент преобразования). Если i i , то на выходе порогового элемента 17 сигнал равен нулю, и он не влияет на работу преобразователя. При оказывается

/ / Un9/ выходе порогового элемента 17 появляется сигнал положительной полярности, который замыкает дополнительный ключ 18, а также ключи 7 и 12 независимо от значений сигналов U(|,| и Цф на первом и втором выходах формирователя 1 импульсов. При этом контур, замкнутый резистором 6 обратной связи, который до этого был импульсным, оказывается непре- рьгоным. Этот непрерьшный замкнутый контур является устойчивым независимо от частоты i , следовательно и при f f„ ..

Формула изобретения

1. Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока , содержащий первый и второй ключи, первый операционный усилитель, второй операционный усилитель с конденсатором в цепи отрицатель- ной обратной связи, первый резистор и резистор обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона преобразования, в него введены инвертор, образующий совместно с первым операционным усилителем формирователь импульсов, генератор импульсов, входной резистор элемент аналоговой памяти, инвертирующий усилитель, причем входом устройства является вход формирователя импульсов, соединенный с прямым входом первого операционного усилителя, инверсный вход которого соединен с общей шиной источника питания, а выход, соединенный с входом инвертора является прямым выходом формирователя импульсов и подключен к входу генератора импульсов и управлягацему входу первого ключа, выход инвертора является инверсным выходом формирователя импульсов и подключен к управляющему входу второго ключа, входящего в состав элемента аналоговой амяти,который,кроме того,содержит ервый резистор,второй резистор,коненсатор и третий операционный усилитель, причем входом элемента аналоговой памяти является один из контактов

ервого резистора, второй контакт коорого через второй ключ соединен с нверсным входом третьего операционного усилителя и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которо- го соединена с выходом третьего опеационного усилителя и выходом элемента аналоговой памяти, и через второй резистор - со вторым контактом первого резистора, а прямой вход тре- Q тьего операционного усилителя соединен с общей шиной источника питания, с которой также соединен прямой вход второго операционного усилителя с конденсатором в цепи отрицательной 5 обратной связи, инверсный вход кото- рого через второй ключ и входной резистор соединен с выходом генератора импульсов, а через резистор обратной связи - с выходом устройства, явля- 20 ющегося выходом инвертирующего усилителя, вход которого соединен с вы- ходом элемента аналоговой памяти, вход которого в свою очередь соединен с выходом второго операционного уси- 25 лителя.

2. Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение, содержащий перв1 ш и второй ключи, первый операционный усилитель, второй one- зо рационный усилитель с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, первый резистор и резистор обратной связи, отличающийся тем,, что, в него введены инвертор, обра- 35 зующий совместно с первым операционным усилителем формирователь импульсов, генератор импульсов, входной резистор, элемент аналоговой памяти, инвертирующий усилитель, пороговый 40 элемент и последовательно соединенные дополнительный ключ и дополнительный резистор, включенные параллельно входному резистору, а первьш и второй ключи снабжены дополнитель- 45 ными управляющими входами, подключенными вместе с управляющим входом дополнительного ключа к выходу

порогового элемента, а вход порогового элемента соединен с выходом инвертирующего усилителя, при этом входом устройства является вход формирователя импульсов, соединенный с прямым входом первого операционного усилителя, инверсный вход которого соединен с общей шиной источника питания, а выход,соединенный с входом инвертора, является прямым выходом формирователя импульсов и подключен к входу генератора импульсов и управляющему входу первого ключа, выход инвертора является инверсным выходом формирователя импульсов и подключен к управляющему входу второго ключа, входящего, в состав элемента аналоговой памяти, который, кроме того, содержит первый резистор, второй резистор, конденсатор и третий операционный усилитель, причем входом элемента аналоговой памяти является один из контактов первого резистора, второй контакт которого через второй ключ соединен с инверсным входом третьего операционного усилителя и одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка которого соединена с выходом третьего операционного усилителя, выходом элемента аналоговой памяти и через второй резистор - с вторым контактом первого резистора, а прямой вход третьего операционного усилителя соединен с общей щиной источника питания, с которой также соединен прямой вход второго операционного усилителя с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, инверсный вход которого через входной резистор и второй ключ соединен с выходом генератора импульсов, а через резистор обратной связи - с выходом устройства, являющимся выходом инвертирующего усилителя, Bxoff которого соединен с выходом элемента аналоговой памяти, чей вход в свою очередь соединен с выходом второго операционного усилителя.

Редактор С. Лисина

Составитель Е. Соловьев

Техред и.Попович Корректор В, Симицкая

Заказ 5245/58Тираж 816Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое пpeдпpиятиej г. Ужгород, ул. Проектная, 4

lpU9.2

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в системах управления, регулирования и контроля. Целью изобретения является расширение диапазона преобразования. Устройство содержит ключи 7, 12, операционные усилители (ОУ) 2 и 8 с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи, резисторы 11 и 6 обратной связи. Для достижения цели дополнительно введены инвертор -3, образующий вместе с ОУ 2 формирователь импульсов 1, генератор импульсов 4, входной резистор 5, зле- мент аналоговой памяти 10, инвертирующий усилитель 16. Причем элемент аналоговой памяти 10 содержит первый резистор 11, второй ключ 12, второй резистор 13, конденсатор 14, третий операционный усилитель 15. В диапазоне частот от{ц(,- (верл«ий1 образователь (П) обеспечивает линейное преобразование частотного сигнала в напряжение постоянного тока. В случае { {ц процессы становятся колебательными, а f - in /2 - неустойчивыми. Поэтому если выходной сигнал Vj преобразователя может иметь частоту f ц , то с целью обеспечения устойчивости при f in необходимо использовать вариант исполнения П, в котором дополнительно используются пороговый элемент 17,входная цепочка 18, 19, а ключи 7 и 12 снабжены дополнительными управляющими входами. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. (Л 1 / UfHX 59tfi.;