Квадратичный преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1990 года по МПК G06G7/20 

О5

:л

СП

4

Изобретение относится к устройст- , вам, предназначенным для преобразования электрических сш налов по квадратичному закону, и может быть исполь- зовано в аналоговых вычислительньпс машинах.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг.1 изображена функциональная схема квадратичного преобразователя напряжения в частоту:, на фиг.2 - временные диаграммы сигналов.

Схема содержит двуполярный источник 1 тока, переключатель 2, интегри- рующий конденсатор 3, операционный усилитель 4, первый я второй масштабные резисторы 5 и 6, повторитель 7 напряжения, разделительный конденсатор 8, третий и четвертый масштабные резисторы. 9 и 10, шину 11 нулевох о потенциала, вход 12, выход 13.

Устройство работает следующим -образом.

Предположим, что напряжение на входе 12 отсутствует. Пусть на вход порогового элемента, образованного 1 операционным усилителем 4 и первым и: вторым масштабными резисторами 5 и 6, подано пороговое напряжение от- рицательйой полярности, а переключатель 2 находится в положиении, изображенном на фиг,1, В этом случае происходит заряд интегрирующего конденсатора 3 постоянным током двуполярно- го источника 1 тока. Напряжение на входе повторителя 7 напряжения (фиг,26) изменяется линейно (заряд идет постоянным током) до момента равенства напряжения пороговому уров ню,.В момент равенства напряжения пороговому напряжению срабатывает пороговый элемент. В результате изменяется полярность порогового напряжения, а переключатель 2 переводится в положение, противоположное изображенному на фиг, 1. Происходит процесс перезаряда повторителя интегрирунлдег конденсатора 3 током с другого выход двуполярного источника 1 тока, при этом напряжение на входе повторителя 7 напряжения изменяется также линейно, но в противоположную сторону до момента равенства его пороговому напряжению, Б момент равенства вновь-- срабатывает пороговый элемент, изме- 1.ШЯ тем самым полярность порогового напряжения и переключая переключатель 2.

где

Т-6

и,

Далее цикл работы повторяется. аким образом, цикл работы состоит из вух тактов, в первом такте переклюатель 2 находится в нижнем положении, пороговое напряжение отрицательно, во втором такте переключатель 2 находится в верхнем положени1, пороговое напряжение положительно.

Частота следования импульсов на выходе 13 в отсутствие напряжения на входе 12 является начальной частотой и определяется выражением

f . о 4UnC

ток двуполярно1 о источника 1 тока;

пороговое напряжение на неинвертирующем входе операци- 1 онного усилителя 4; С - емкость интегрирующего конденсатора 3.

Пусть на входе 12 действует переменное напряжение (фиг.2а) . Вследст--; вие равенства потенциалов на инверти- рукяцем и неинвертирующем входах операционного усилителя 4. на интегрирующем конденсаторе 3 присутствует составляющая напряжения, пропорциональная напряжению на входе 12,

На входе повторителя 7 напряжения происходит суммирование интегрированного входного напряжения и пилообразного напряжения (фиг,2в), формируемого зарядом интегрирующего конденсатора 3 опорным током. В остальном ра- работа-не отличается от работы при отсутствии напряжения на входе 12, Частота импульсов на выходе 13 (фиг,2г) в присутствии напряжения на входе 12 описывается выражением

f fo-SU|,

где S - коэффициент преобразования; и )( - напряжение на входе 12, Коэффициент преобразования равен

1

4U i;TR ; R4)C

где R,,R величины сопротивления третьего и четвертого масштабных резисторов 9 и 10.

Для интегрирования напряжения с входа 12 и опорных токов двуполярного источника 1 тока используется только интегрирующий конденсатор 3. Для обеспечения линейного интегрирования токов и напряжения одним и тем же интегрирующим конденсатором 3 используется совокупность повторителя 7 напряжения и разделительного конденсатора 8. Действительно, напряжение с входа 12 интегрируется линейно с постоянной интегрирования, определяемой интегрирующим конденсатором 3 и суммой третьего и четвёртого масштабных резисторов 9 и 10, шунтирующих интегрирующий конденсатор 3. Это достигается за счет повторителя 7 напряжения и разделительного конденсатора 8. Через разделительный конденсатор 8 проходит только высокочастотная составляющая сигнала, присутствующая на первой обкладке интегрирующего конденсатора 3 (фиг,2), Этой составляющей является пилообразное напряжение (результат интегрирования разно - полярных токов) . Таким образом, в точке соединения разделительного конденсатора 8 и третьего и четвертого масштабных резисторов 9 и 10 присутствует это пилообразное напряжение (фиг.2в). Равенство потенциалов, возникающих на первой обкладке интегрирующего конденсатора 3 и в указанной точке соединения разделительного конденсатора 8, исключает возможност ответвления токов в цепь, образованную третьим и четвертым масштабными резисторами 9 И 10, что обеспечивает линейность интегрирования токов.

I

Формула изобретени

Квадратичный преобразователь нац- ряжения в частоту, содержащий двупо

10

15754

лярный источник опорного тока,первый и второй выходы которого подключены к входам переключателя, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к управляющему входу переключателя и является выходом преобразователя, первые выводы первого и второго масштабных резисторов подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, к выходу которого подключен второй вьтод второго масштабного резистора, повторитель напряжения, выход которого соединен с первой обкладкой разделительного конденсатора, интегрирующий конденсатор, первая обкладка которого подключена к входу повторителя напряжения, третий масштабньй резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен четвертый масштабный резистор, первый вьшод которого соединен с входом повторителя, напряжения, второй вывод четвертого масштабного резистора подключен к первому выводу третьего масштабного резистора и к второй обкладке разделительного конденсатора, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с входом повторителя напряжения, вторая обкладка интегрирующего конденсатора и второй вывод третьего масштабного резистора лючены к шине нулевого потенциала, второй вывод первого масштабного резистора является входом преобразователя .

15

20

25

30

35

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для преобразования электрических сигналов по квадратичному закону и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение надежности. Квадратичный преобразователь напряжения в частоту содержит двуполярный источник тока 1, переключатель 2, интегрирующий конденсатор 3, операционный усилитель 4, первый и второй масштабные резисторы 5, 6, повторитель напряжения 7, разделительный конденсатор 8, третий и четвертый масштабные резисторы 9, 10, шину нулевого потенциала 11, вход 12, выход 13. Работа устройства основана на интегрировании суммы входного медленно изменяющегося напряжения и высокочастотного напряжения, обусловленного зарядом интегрирующего конденсатора 3 током источника 1. 2 ил.