Преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1989 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения высокочастотных сигналов .

Цель изобретения - повышение точности и надежности преобразователя.

Па фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства .

Преобразователь содержит блок 1 сравнения, триггер 2, накопительный элемент, выполненный на конденсаторе 3, первый 4 и второй 5 источники тока, ключ 6, первый 7 и второй 8 повторители, токоограничивающий элемент, вьтолненный на резисторе 9, фильтр 10 высоких частот, содержащий конденсатор 11 и резистор 12, блок 13 калиброванной задержки, содержащий генератор 14 опорной частоты.

элемент И 15, счетчик 16 и делитель 17 частоты на два.

Блок 1 сравнения включает в себя компаратор 18 с прямыми инверсными выходами, подключенными к формирователю 19 коротких импульсов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 20, выход которого является выходом блока 1.

Работа устройства основана на циклическом перезаряде конденсатора 3 С. В преобразователе один и тот же конденсатор интегрирует как преобразуемое напряжение U(t), так и опорные токи ± Гд источников 4 и 5, что позволяет исключить из функции преобразования постоянную времени интегратора и тем самым повысить точность преобразования. Рассмотрим цепи интегрирования напряжения U(t) и опорных токов 1 IQ.

СП

to to

4

На выходе повторителя 7 в точке о присутствует напряжение, равное, входному. Поскольку блок 1 сравнения строится на базе операционного усилителя с большим коэффициентом усиления, в точке k совокупностью блоков 2, 4, 5, 6 и 13 поддерживается потенциал, в среднем равный потенциалу точки с) , т.е. преобразуемое напряже- ние U)((t) линейно интегрируется конденсатором 3 с постоянной времени о (R , + R,) С,, где R , и R - сопротивления резисторов 9 и 12, а С, - емкость конденсатора 3.

Для обеспечения линейности интегрирования токов ± I(j введены второй повторитель 8 и фильтр 10 высоких частот, исклзочающие шунтирующее влияние резисторов 9 и 12. Действительно, через фильтр 10 высоких частот, в- простейшем случае представляющий дифференцирующую цепь, проходит лишь высокочастотная составляющая сигнала на конденсаторе 3 С, () на фиг.2). Равенство потенциалов, возникающих вследствие действия токов il в точках Ь и с J исключает возможность ответвления токов ilQ в цепь, образованную резисторами 9 и 12, и тем са мьм обеспечивает линейность интегрирования токов ±1(5.

Рассмотрим работу преобразователя при отсутствии входного воздействия. Преобразователь работает в два цикла. Пусть блок 1 сравнения толь.ко что сработал, триггер 2 установился в единичное состояние и-началось формирование калиброванного интервала времени Т, посредством заполнения счетчика 16 через открытый элемент И 15 импульсами генератора 1Д опорной частоты. В течение интервала времени ключ 6 разомкнут и происходит формирование пилообразного напряжения путем заряда конденсатора 3. По окон чании интервала ключ 6 под действием сигнала с блока калиброванной задержки размыкается и формирование пилообразного напряжения продолжается посредством разряда конденсатора 3 током -IQ. В момент равенства пилообразного напряжения триггер 2 вновь - устанавливается в единичное состоя- ние и начинается второй цикл работы, отличающийся тем, что в течение интервала времени Т осуществляется разряд конденсатора С током -1 через замкнутый ключ 6 и заряд током

Ид при разомкнутом ключе 6 в течение времени 1,, Причем управление работой ключа осуществляется с выхода делителя 17 частоты на два, обеспечивающего замыкающий управляющий сигнал в течение интервала времени Т первого цикла и Т второго цикла и размыкающий управляющий сигнал - в течение интервала времени первого цикла и Т второго цикла.

Блок 1 сравнения работает следующим образом.

Сравниваемые сигналы поступают на входы компаратора 18. По передним фронтам с прямого и инверсного вькр- дов компаратора формирователи 19 коротких импульсов формируют импульсы, длительность которых достаточна для установки триггера 2 в единичное состояние. Сигналы с выходов формирователей 19 поступают на входы элемента ИПИ 20, при этом на его выходе присутствуют короткие импульсы в моменты срабатьюания компаратора 18.

Работа преобразователя при отсутствии преобразуемого напряжения Ux(t) О описьшается уравнениями:

Т Т + Т, + т.

+ T,i 4Т,;

35

fo

1

4т:

5

0

5

Выходная частота преобразователя при отсутствий входного сигнала ) О называется нулевой частотой.

Работа преобразователя при подаче на вход преобразователя переменного напряжения U (t) (фиг.2) отличается тем, что на конденсаторе 3 наряду с формированием пилообразного напряжения за счет заряда-разряда его токами ±1,5 осуществляется интегрирование напряжения U)((t) с постоянной интегрирования

1

г

(R, 4 R)C,

х 4- x(t)dt.

о

Работа схемы описыв.ается уравнениями:

1.то„ , у,т, i.Ii. . У|Т,

i.T, , ДТ, ,, у,Т,.. .

Как видно, погрешности от кеста- бильностей емкости интегрирующего конденсатора и значений пороговых напряжений в предлагаемом устройстве устранены.

, Обеспечена также возможность преобразования сигналов с постоянной составляющей. Исключена возможность нарушения работоспособности устройства при наличии дрейфа входного интегратора, имевшая место в прототипе, что сделало предлагаемый преобразователь более надежным.

Формула изобретения

I . Преобразователь напряжения в частоту, содержащий блок сравнения, выход которого соединен с S-входом триггера, накопительный элемент, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй - с выходом первого источника тока непосредственно, а с выходом второго источника тока - через ключ, отличающийс я тем, что, с целью повьшения точности и надежности преобразователя, в него введены фильтр высоких частот, тркоограничив ающий элемент, блок ка224076

либрованной задержки, первый и второй повторители, вход первого из которых является входной шиной, а выход подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого объединен с входом второго повторителя, вторым выводом накопительного элемента и через токоограничивающий мент подключен к выходу фипьтра высоких частот, вход которого соединен с выходом второго повто.рителя, выход триггера соединен с входом блока калиброванной задержки, первый выход

15 которого является выходной шиной, а второй выход подключен к R-входу триггера и управляющему входу ключа. 2. Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что блок

20 сравнения вьяголнен на компараторе, двух формирователях коротких импульсов и элементе ИЛИ, выход которого является выходом блока, а входы через соответствующие первый и второй фор25 мирователи коротких импульсов подключены соответственно к прямому и инверсному выходам компаратора, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока.

30

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок калиброванной задержки выполнен на генераторе опорной частоты, элементе 35 и, счетчике и делителе частоты на два, выход которого является вторым выходом блока, вход соединен с выходом счетчика, яил}пощимся первым выходом блока, а вход счетчика подключен к выходу элемента И, первый вход которого является входом блока, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты.

фиг 1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения высокочастотных сигналов. Введение в устройство двух повторителей, фильтра высоких частот и блока калиброванной задержки позволило повысить точность и надежность преобразования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ua(tr )

Ucft)

(Риг г