Преобразователь ток-частота с импульсной обратной связью Советский патент 1989 года по МПК H03M1/60 

(Риг.

1510

Изобретение относится к импульс- ной технике и может быть использовано в. автоматических системах управления и обработки аналоговой информации .

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник 1 входного тока, первый интегрирующий элемент 2, выполненный на первом кон- денсаторе, второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе , формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на ключах 4-7 и источник 8 эталонного то- ка, интегрирующий усилитель-сумматор 9, состяящий из резистора 10, операционного усилителя 11 и конденсатора 12, выпрямительные элементы 13 и 14, выполненные на диодах, ком- параторы 15 и 16, генератор 17 тактовых импульсов D-триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21.

Совокупность конденсатора 3 диодов 13 и 14. компаратора 16, триггер 19 представляет собой детектор знака входного тока.

Совокупность детектора знака, мостового коммутатора, выполненного на ключах 4-7, источника 8 и триггера 18 представляет собой формирователь нормированных импульсов обратной связи.

На фиг.2 приняты следующие обоз- начения: а - импульсы тактовой час- тоты; б,ж,м-эпюры выходного напряжения интегратора 2; в,з,и - эпюры выход ного напряжения интегрирующего усили- ля-сумматора 9; г,и,о,- импульсы на прмом выходе триггера 18; д,к,п,-логичес кие сигналы на прямом выходе триггера 9 отражающие текущий знак входного тока} е,р,-выходные частотные импульсы преобразователя на выходе элемента 21j л - выходные частотные импульсы преобразователя на выходе элемента 20. ..

На фиг.2 эпюры б - е раскрьшают процесс преобразования положительного входного тока равного Q + /7Тэпюры ж - л - отрицательного входного тока равного 1 gy -1/7 эпюры м-р - положительного входного тока равного 1в, +6/7 15т

Преобразование входного тока в выходную частоту основано на принципе сравнения и уравновешивания зарядов конденсатора 2 от входного тока источника 1 и импульсов обратной связи формирователя, нормированных по амплитуде и длительности. Преобразователь образует следящую систему с замкнутой петлей отрицательной обратной связи, работающей на принципе дельта- сигма модулятора. В системе происхо-. дят автоколебания с частотой, .кратной тактовой частоте генератора 17.

Устройство работает следующим образом. i

. В исходном состоянии напряжение на выводах конденсаторов 2 и 3 равно нулю. При подаче положительного входного тока напряжение на конденсаторе 3 начинает увеличиваться в таком направлении, что откроется диоД 13 и ограничит дальнейший его заряд. На выходе компаратора 16 установится логическая 1, а по-приходу очередного фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состояние логической 1 установится D-триггер 19 детектора знака. При этом ключ 4 будет откры ,.а ключ 5 - закрыт. По мере увеличения напряжения на выводах конденсатора 2 на выходе компаратора 15 установится логический О, а по приходу фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состояние логического О установится D-триггер 18. При этом откроется ключ 7 и закроется ключ 6. Источник 8 эталонного тока через открытые ключи 4 и 7 будет разряжать конденсатор 2 и уменьшать напряжение на его выводах. По мере разряда конденсатора 2 в область отрицательного напряжения и приходу фронта очередного импульса тактовой частоты компаратор 15 и D-триггер 18 установятся в состояние логической 1. При этом ключ

7закроется, а ключ 6 откроется, источник 8 замкнут через открытые ключи 4 и 6, Этот режим соответствует состоянию паузы формирователя импульсов обратной связи, так как при этом ключи 5 и 7 закрыты и формирователь тока в конденсатор 2 не выдает.В данный момент времени конденсатор 2 заряжается только под воздействием входного тока источника 1.

8итоге на его выводах возникают ко5151

лебания напряжения пилообразной формы (эпюра б, фиг.2).

При подаче отрицательного входного тока напряжение на выводах конденсатора 3 изменяется в таком направлении, что открывается диод 14. При этом на выходе компаратора 16

установится логический

О , а по

приходу очередного фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состоянии логического О установится D-триггер 19.

В этом состоянии ключ 5 будет открыт, а ключ 4 - закрыт. По мере уменьшения напряжения на выводах конденсатора 2 под воздействием отрицательного входного тока на выходе компаратора 15 установится логическая

а по приходу

фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состояние логической 1 установится D-триггер 18. При этом откроется ключ 6 и закроется ключ 7. Источник 8 через открытые ключи 5 и 6 будет заряжать конденсатор 2 и увеличивать напряжение на его выводах. По мере заряда конденсатора 2 в область положительного напряжения под действием алгебраической суммы токов источника 1 и формирователя импульсов обратной связи и приходу фронта импульса тактовой частоты компаратор 15 и D-триггер 18 установятся в состояние логического О. При этом ключ 6 закроется и откроется ключ 7, источник 8 замкнут через открытые ключи 5 и 7 Этот режим вновь будет соответствовать состоянию паузы формирова-. теля импульсов обратной связи, так как при этом ключи 6 и 4 закрыты и формирователь тока в конденсатор 2 не выдает.

. В устройстве формирователь импульсов обратной связи имеет четыре устойчивых состояния, соответствующих четырем возможным состояниям D-триг- гера. Б двух противофазных состояниях D-триггеров формирователь выдает нормированные импульсы положительной и отрицательной полярности, а в двух совпадающих состояниях D- . триггеров формирователь находится в состоянии паузы и выдает нулевой ток

Частота выходных импульсов преобразователя с выходов элементов 20 и 21 определяется выражением:

0087

Bt/

lax-fr /I

т

где

«величина входного тока; величина эталонного тока

источника 8; - тактовая частота генератора 17.

В предлагаемом устройстве между выводами конденсатора 2 и входами паратора 15 включен интегрирующий усилитель-сумматор 9, имеющий передаточную характеристику

15

W (Р) Г + 1/ Р

Си

0

5

0

5

0

5

0

5

где С, R - номиналы конденсатора 12 и резистора 10,

Работа компаратора 15 по сумме напряжения конденсатора 2 и напряжения, пропорционального интегралу от напряжения конденсатора 2, позволяет непрерывно чувствовать среднее значение напряжения интегратора и автоматически сводить ее к нулю во всем диапазоне входных токов (эпюры в,з и н, фиг.2). Такое построение обеспеч ша- ет высокую точность уравновешивания зарядов интегратора от входного тока и нормированных импульсов формирователя. При этом среднее значение входного тока за много периодов тактовой частоты с высокой точностью равно среднему значению нормированных импульсов эталонного тока формирователя. Напряжение пилообразной формы на выводах конденсатора 2 всегда симметрично около нуля, данное свойство сводит к миннмз му влияние сопротивлений утечки интегратора и параллельно подключенных к нему элементов.

В устройстве наличие детектора знака входного тока позволяет непрерывно чувствовать полярность входного тока и определять необход1- мую полярность импульсов эталонного тока формирователя. При этом положительньй входной ток уравновешивается импульсами эталонного тока отрицательной полярности, а отрицательный входной ток - импульсами эталонного тока положительной полярности. При нулевом входном токе ключи мостового коммутатора практически не переключаются, а формирователь импульсов обратной связи находится в состоянии паузы или нулевого выходного тока. Для малых входных токов формирователь большую часть времени находится в состоянии

11510087

паузы и редко выдает импульсы эталонного тока противоположной полярности. Тякое построение практически исключает появление ненулевой выходной частоты преобразователя при нулевом входном токе.

В преобразователе достигнуто также уменьшение размаха пилообразного напряжения на выводах интегратора. Формула изобретения

10

Преобразователь ток - частота с импульсной обратной связью, содержаий источники входного тока, первый интегрирующий элемент, выполненный на первом конденсаторе, формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на мостовом коммутаторе и источни- ке эталонного тока, включенном в первую диагональ мостового коммутатора, вторая диагональ которого подключена к вьюодам первого конденсатора, первый вывод которого соединен с первым

.1

8

0

динен с выходом первого компаратора, С-вход соединен с выходом генератора тактойых импульсов и объединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых являются соответственно первой и второй выходными шинами, отлича-ющийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены второй интегрирующий элемент, выполненный на втором конденсаторе, два выпрямительных элемента, выполненных на первом и втором диодах, второй компаратор и

5 и второй D-триггер, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым управляющим входом мостового коммутатора, инверсный выход соединен с третьим входом

0 первого элемента И и третьим управляющим входом мостового коммутатора, D-вход второго D-триггера соединен с выходом второго компаратора, С-вход соединей с выходом генератора такто

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управления и обработки аналоговой информации. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Преобразователь содержит источник 1 входного тока, первый интегрирующий элемент 2, выполненный на первом конденсаторе, формирователь биполярного эталонного тока, выполненный на ключах 4 - 7 и источнике 8 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор 9, компаратор 15, D - триггер 18, элементы 20, 21 И, генератор 17 тактовых импульсов. В преобразователь введены второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе, выпрямительные элементы 13, 14, выполненные на диодах, компаратор 16, D - триггер 19. 2 ил.

выходом источника входного тока и пер-25 вых импульсов, первый вход второго

вым входом интегрирующего усилителя- сумматора, второй вход которого объединен с первым входом первого компаратора и вторым выводом первого конденсатора, второй вход первого компа- ЗО дом второго конденсатора, второй выратора соединен с выходом интегрирующего усилителя-сумматора, первый D- триггер прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И и первым управляющим входом мостового кою1утатора, инверсный выход соединен с первым входом второго элемен- Тй И, D-вход первого D-триггера соекомпаратора объединен с первым входом первого компаратора и соединен с катодом и анодом соответственно первого и второго диодов и первым выво

вод которого соединен с вторым выходом источника входного тока, анодом и катодом соответственно первого и второго диодов и вторым входом второго компаратора, причем инверсный выход первого D-триггера соединен с четвертым управляющим входом мостового коммутатора.