Преобразователь напряжение-частота Советский патент 1988 года по МПК H03M1/60 

I Изобретение относится к импульс йой технике и может найти применение lipH разработке различных измерительных приборов и при построении автома- тизированнь1х систем управления.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 приведена электрическая схема преобразователя5 на фиг. 2 - йременная диаграмма работы устройст

Преобразователь содержит операцн™ фнный усилитель 1, источник 2 опорного .напряжения, D-триггер 3, управляеliibift генератор тока с ключом 4, и рези- iTOpOM 5, резисторы 6-9, конденсатор 10, входную шину И, шину 12 питания шину 13 тактовой частоты, выходную дайну 14 у(;;тройства и элемент И 15. Источник 2 опорного напряжения содер- icHT резистор 16 и стабилитрон 17..

Особенностью устройства является то, что все напряжения схемы имеют одинаковую полярность относительно общей шины. Для упрощения характеристики элементов схемы рассматриваются близкими к идеальным.

Источник 2 опорного напряжения обеспечивает на вьксоде неизменную величину напряжения и, ,при изменении напряжения на шине 12„питания. При этом резистор 16 служит стабилизатором тока для стабилитрона 17. В случае необходимости изменения парамет- ipoB источника 2 опорного напряжения его схемная реализация может быть |иной.

В первом такте интегрирования от момента времени t до момента време- ни tj, напряжение на выходе операционного усилителя 1 выше и,,, поэтому на выходе 1 -триггера 3 присутствует сигнал логического О и импульсы тактовой частоты от соответствуюш;ей шины 13 не поступают через элемент И 15 на выходную шину 14 преобразова теля, при этом ключ 4 удерживается в закрытом состоянии,, В схеме устанавливаются следу1шше соотношения электрических величин

Ef - сопротивление резистора 9;

R - сопротивление резистора 8, Из условия работы операционного усилителя I с отрицательной обратной связью через конденсатор 10

и и

где и - напряжение на инвертирующем входе операционного усилите- . ля 1.

Сумма токов в узле инвертирующего входа равна О или

+ I

о « 1с О С

(3)

где 1 - ток через резистор 6; Ijj - ток через резистор 7; 1 - ток через интегрирующий

конденсатор 10. При этом

25

и. - и

- ±12.

и,. - и

30

«i

где и - напряжение на входной шине 1 1 ;

Н - сопротивление резистора 6;

RJ - сопротивление резистора 7. Преобразовывая выражения (3) - (5) получают

т li- + Т - Rs Rr R, R/R, . ()

Выбрав соотношение сопротивлений резисторов в соответствии с.формулой

RL Кз

- ЕС

Е.

получают окончательное значение зарядного тока конденсатора 10 в первом такте интегрирования

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для пре образования входного напряжения постоянного тока в частоту импульсного выходного напряжения. Основу устройства составляет интегратор на операционном усилителе 1 с однополярным питанием, преобразование производит12 О ся по методу двухшагового компенсационного интегрирования. Цель изобретения - повьипение точности - достигнута за счет введения в схему дополнительных резисторов 7 - 9 и изменения связей злементов, в результате чего устройство позволяет производить калибровку от внутреннего источника опорного напряжения и добиваться балансировки смещения нуля операционного усилителя без использования внбпг- тк злементов и при подключении лишь одного источника питания. Преобразователь быть использован при разработке контрольно-измерительной аппаратуры и систем управления, при чем наиболее существенно его преимущества проявляются при создании малогабаритных устройств с автономным питанием в интегральном использовании. 2 ил. 13 о i W Со СО 00 о ;О 00 фиг.

и

Uo

R, 4. В,

и и., напряжение на неинвертирую- 55 щем входе операционного усилителя 1;

напряжение на выходе источника 2 опорного напряжения;

. UL

RI

Таким образом, в первом такте интегрирования происходит разряд емкости интегрирующего конденсатора 10 со скоростью, пропорциональной на3

пряжению на входной шине 11. Этот процесс длится до момента времени t когда напряжение на выходе операционного усилителя 1 станет меньше Ufiof и после появления импульса тактовой частоты на шине 13 D-триггер 3 изменит состояние логического О на состояние логической 1. Указанное состояние обеспечивает прохож- дение импульса тактовой частоты через элемент И 15 на выходную шину 1 устройства и переводит ключ 4 в открытое состояние. Это состояние устройства соответствует второму компенсационному этапу интегрирования и продолжается р,т момента t, до момента tj.

В этом состоянии формула баланса токов в узле инвертирующего входа операционного усилителя 1 дополняется составляющей тока через резистор 5

и

RVa R.

R/TR + R

где

I«. Ri

-ток через резистор 5;

-сопротивление резистора 5 Обеспечив соотношение

i 1ь +1.

30

Преобразователь имеет ряд преим ществ при его интегральном исполне нии. Для питания аналоговой части дискретной схемы определения часто может использоваться один общий ис ник питания. Кроме того, особеннос схемы не требуют точного собтводени

Pi -

для всех значений входного напряжений IL , долучают возможность изменить з5 к -r-j-- -- ,«,.„..х абсолютного значения сопротивления

знак интегрирования напряжения, т.е.

обеспечить заряд интегриругацего конденсатора 10.

Для продолжительного промежутка времени условие полной компенсации заряда соответствует формуле

40

входящих в нее резисторов, а важно лишь правильно вьщержать соотношени их величин, что значительно проще п их интегральной реализации.

t N . I,

Т

t - измерительный интервал времени;

число импульсов тактовой частоты, во время которых производилось обратное интегрирование (компенсационное); период импульсов тактовой частоты на шине 13. 1 с

N Т t

F,

вИ1

1д

I

F

где F,

BMt

- частота импульсов на вы- ходной шине 14;

4

- частота сигнала на шине 13 тактовой частоты.

F.

Uf

u

RjR. + Rf) R.. R

Приведенная формула показывает, что выходная частота устройства пропорциональна входному напряжению и может регулироваться величинами Up и (или) R, . Формула также показьшаю15

20

25

30

ет, что частота выходного сигнала не зависит от емкости интегрирующего конденсатора 10 и порогового напряжения D-триггера 3.

Формула показывает, что в зарядный ток конденсатора 10 можно при необходимости внести постоянную составляющую. Таким образом, можно производить балансировку смещения нуля опег рационного усилит еля . При подключении входной шины 11 к выходу источника 2 опорного напряжения, зная величину этого напряжения, можно производить калибровку преобразователя без подключения внешних элементов.

Преобразователь имеет ряд преимуществ при его интегральном исполнении. Для питания аналоговой части и дискретной схемы определения частоты может использоваться один общий источник питания. Кроме того, особенности схемы не требуют точного собтводения

з5 к -r-j-- -- ,«,.„..х абсолютного значения сопротивления

40

входящих в нее резисторов, а важно лишь правильно вьщержать соотношения их величин, что значительно проще при их интегральной реализации.

формула изобретения

Преобразователь напряжение - часг 45 тота, содержащий источник опорного напряжения, операционный усилитель, ннвертирукшщй вход которого подключен к выходу управляемого генератора тока, первому выводу конденсатора и 50 первому выводу первого резистора, второй вьшод которого является входной шиной, а второй вывод конденсатора объединен с D-входом D-триггера и соединен с выходом операционного 55 усилителя, С-выход D-триггера объединен с первым входом элемента И и яв- лется шиной тактовой частоты, второй вход элемента И объединен с управляющим входом управляемого генер-ато а

s 1

тока и соединен с выходом 1 -триггера выход элемента И является выходной шиной повышения точности, отличающийся тем, что, с целью пОвьшения точности, в него введены тфи резистора, а управляемый генера- т(1)р тока вьтолнен на пятом резисторе и ключе, управляющий вход которого яйляется управляющим входом управля ефого генератора тока, а информадион HiJA вход соединен с общей шиной, первые выводы второго и третьего резисторов соединены с выходом источника опорного напряжения, вто- вьшод второго резистора соединен

3980986

, с неинвертирумщим входом операционного усилителя и первьи выводом чет вертого резистора, второй вывод которого объединен с первой шиной питания операционного усилителя и подключен к общей шине, а второй вывод третьего резистора соединен с инвертирующим входом операционного усили- 10 теля, вторая шина питания которого объединена с входом источника опорного напряжения и является шиной питания, первый вывод пятого резистора является выходом управляемого генера- 15 тора тока, а второй вывод соединен с выходом ключа.

ft У,

Составитель В. Махнанов Р гдактор П. Гереши Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

2608/57

Тираж 928

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Подписное