Квадратичный преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1986 года по МПК G06G7/20 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной техн1же и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, а также для предварительной обработки переменных высокочастотных сигналов.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона и повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема квадратичного преобразователя напряжения в частоту.

Преобразователь содержит интегратор 1, повторитель 2 напряжения, интегрирующий конденсатор 3, два компаратора 4 и 5, три двухпозицион- ных переключателя 6-8, три источника 9-11 образцового положительного и отрицательного тока, сумматор 12.

Квадратичный преобразователь напряжения в частоту работает следующим образом. .

При отсутствии входного напряжени и без учета выходных токов источников 10 и 11 на вход компаратора 4,

образованного операционным усилителем и двумя резисторами, подают пороговое напряжение отрицательной по- .лярности - и , а двухпозиционхый переключатель 6 находится в нижнем положении. В этом случае происходит заряд конденсатора 3 постоянным током IQ источника 9 образцового тока. Напряжение в точке а изменяется линейно (заряд идет постоянным током) до момента равенства его пороговому напряжению - U. В момент равенства напряжения в точке а пороговому напряжению срабатывает компаратор 4. В результате изменяется полярность порогового напряжения, а переключатель 6 переводится в верхнее положение. Происходит процесс перезаряда конденсатора 3 током Ig, при этом напряжение в точке а изменяется также линейно, но в противоположную сторону до момента ра- венства его пороговому напряжению Up В момент равенства вновь срабатывает компаратор 4, изменяя тем самым полярность порогового напряжения и переключая переключатель 6. Далее цикл работы повторяется. Таким образом, цикл работы преобразователя состоит из двух тактов. В первом такте переключатель 6 находится в нижнем положении, пороговое напряжение отрицательно, во втором такте пере278896 2

ключатель 6 нахсздится в верхнем положении, пороговое напряжение положительно.

Работа схемы при указанном вьппе

условии описыва тся уравнениями т.

о

Тг

И

, -2и„

где Т

о и Т

0 t

Т 2П J-2

(1)

(2)

5

0

- длительности соответственно первого и второго тактов;

С, - емкость конденсатора 3. Решая уравнения (1) и (2) относительно Т, и Т J определяем частоту следования импульсов на выходе преобразователя

0

1

Т +Т

i, f ij

4 и„С,

(3)

оторая носит название начальной частоты преобразователя.

Рассмотрим работу преобразователя при подключении на вход переменного напряжения.

Сумматор 12 осуществляет суммирование выходного напряжения интегратора и пилообразного напряжения, форируемого при заряде конденсатора 3 опорным током +1, В остальном работа п реобразователя ие отличается от работы преобразователя при отсутст- ВИИ входного сигнала.

Процессы в течение одного цикла преобразования описьшаются уравне-

ниями

loll

-2U

n

(4)

UxTz

2U

n

(5)

где Ux

среднее на интервале Т, -Hj значение входного напряжения;

, - постоянная времени интегратора 1. Решив уравнение (4) и (5) относительно Т . и Т

г

получают вьфажение

для выходной частоты преобразователя

UxC

и, 1,1

и, С

4 и„ l7r

fo-SUK.

где S

4 и

h о

- постояннын коэффициент, определяемый параметрами преобразователя .

Последнее выражение представляет собой функцию преобразования предлагаемого устройства.

Для достижения поставленной цели в преобразователь введены источники 10 и 11 тока, переключатели 7 и и компаратор 5. Последний обеспечивает работу интегратора 1 в линейном режиме благодаря тому, что при достижении выходным напряжением интегратора 1 одного из его пороговых уровней компаратор 5 посредством переключателя 7 изменяет полярность тока, подаваемого на вход интегратора 1. При этом выходное напряжени интегратора 1 является суммой результатов интегрирования входного напряжения U (t) и тока с выхода источника 10. Для того, чтобы это не сказывалось на нормальном функционировании преобразователя, компаратор 5 одновременно с переключением переключателя 7 осуществляет переключение переключателя 8, через который выходные токи источника 11 поступают на интегрирующий конденсатор 3.

Покажем, что токи I источников 10 и 11 не оказывают влияния на выходную частоту преобразователя. Действительно, на один из входов сумматора 12 поступает результат интегрирования выходного тока источника 10 При верхнем положении переключателя 7 на соответствующем входе сумматора 12 присутствует напряжение

и. (t) I I dt.

1 Cj J

На другом входе сумматора 12 присутствует напряжение t

U,(t)-J--J -I dt

поскольку переклю чатель В находится в нижнем положении. При равенстве номиналов конденсаторов С( и €2 сумма напряжений U,(t) и U2(t) равн

нулю, т.е. значение токов I источников 10 и 11 не оказывает влияние на процесс. Противоположное состояние процесса формирования напряже- НИИ и,(t) и ) повторяется аналогично с той разницей, что в выражение для U| (t) входит значение тока -I, а в вьфажение для Uj (t) - значение тока I.

fO

5

0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения

Квадратичный преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого является информационным входом преобразователя, повторитель напряжения, первый компаратор, выход которого является выходом преобразователя и подключен к управляющему входу первого двухпози- ционного переключателя, подключенного выходом к первой обкладке интегрирующего конденсатора, а сигнальными входами - к выходам первого источника образцового положительного и отрицательного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повыпшния точности, в него введены второй компаратор, сумматор, второй и третий двухпозиционные переключатели, BTOpofi и третий источники образцового положительного и отрицательного тока, подключенные выходами к сигнальным входам соответственно второго и третьего двухпозиционных переключателей, соединенных выходами соответственно с входом интегратора и входом повторителя напряжения, соединенного с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, управляющие входы второго и третьего двухпозиционных переключателей соединены с выходом второго компаратора, подклю- ;ченного входом к выходу интегратора, соединенному с первым входом сумматора, подключенного вторым входом к выходу повторителя напряжения, а выходом - к входу первого компаратора.

им

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, а также для предварительной обработки переменных высокочастотных сигналов. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и повьшение точности. Достижение указанной цели осуществляется за счет введения двух источников образцового положительного и отрицательного тока, двух двухпозицион- ных переключателей, компаратора и сумматора с соответствующими связями. Работа преобразоват еля происходит циклически, причем каждый цикл работы преобразователя состоит из двух тактов, в которых осуществляется перезаряд емкости интегратора. 1 ил. с S СО с