Синхронизированный преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1991 года по МПК H03K5/135 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении формирователей импульсов и преобразователей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности управления частотой импульсов в пачке.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Синхронизированный преобразователь напряжения в частоту содержит первый операционный усилитель 1, выход которого является выходом преобразователя и соединен с входом двухполярного стабилизатора 2, выполненного на ограничительном и делительных резисторах 3 и 4, 5 и двухпо- лярном стабилитроне 6, причем выход двухполярного стабилизатора 2 соединен с

неинвертирующим входом первого операционного усилителя 1 и выходом первого ключа 7, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго ключа 8, а выход - с первым источником 9 напряжения, второй источник 10 напряжения, формирователь 11 импульсов, выходом соединенный с управляющим входом первого клю а 7, а входом - с входной шиной 12 син ионизации и входом второго ключа 8, интегратор 13, выход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 1, а вход подключен к выходу модулятора-прерывателя 14 через резистор 15, при этом первый вывод второго резистора 16 соединен с одним входом модулятора-прерывателя 14 и выходом второго ключа 8, а второй вывод подключен через резистор 17 обратной связи к выходу модулятора-прерывателя 14 и через последоваО

ю

ю

о

тельно соединенные третий и четвертый резисторы 18 и 19 - к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 20, выход которого подключен к выходу модулятора-прерывателя 14 и входу третьего ключа 21, а неинвертирующий вход - к общей шине через четвертый ключ 22, управляющий вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя 1, а соединенные между собой выводы резисторов 18 и 19 подключены к выходу перекидного ключа 23, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 24, первый вход - с входной шиной 25 преобразования, а второй вход - с положительным выводом второго источника 10 напряжения. Позицией 26 обозначен выход преобразователя.

Синхронизированный преобразователь напряжения в частоту работает следующим образом.

При поступлении синхроимпульса на вход формирователя 11 на интервале времени появляется импульс, который открывает первый 7, второй 8 и третий 21 ключи и устанавливает в нулевое состояние триггер 24 (фиг, 2, U24). Отрицательное напряжение первого источника 9 напряжения подается на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1 и устанавливает на его выходе отрицательный уровень, который стабилизируется двухполярным стабилизатором 2 (фиг. 2, Da).

Положительное напряжение второго источника 10 через нормально разомкнутый контакт перекидного ключа 23 подается на первый вход модулятора-прерывателя 14. Так как при отрицательном выходном уровне на выходе первого усилителя 1 четвертый ключ 22 открыт, на выходе второго операционного усилителя на интервале времени t2 ti устанавливается напряжение (фиг. 2, Ui4).

Ul4(t2-tl) Ui2-guio, (1)

где Ri6, Rl7, Rie-сопротивления резисторов 16, 17 и 18;

Uio, Ui2 - напряжения второго источника 10 напряжения и на выходной шине 12 синхронизации.

За короткое время At3 конденсатор интегратора 13 перезаряжается выходным напряжением второго усилителя 20 через открытый третий ключ 21 (фиг. 2, Uia).

По окончании действия синхроимпульса в момент времени t2 на выходе формиро- вателя 11 устанавливается нулевой потенциал, что приводит к закрыванию первого 7, второго 8 и третьего 21 ключей. При этом конденсатор интегратора 13 перезаряжается отрицательным выходным напряжением

U14)

модулятора-прерывателя 14 (фиг. 2,

Ui4(t3-t2)

(2)

5

0

5

0

5

Выходное напряжение интегратора 13

на интервале времени можно представить в виде

13 U13 У- / Ul4()dt +

0 2

+ Ul4(),(3)

где ти - постоянная времени интегратора 13.

В момент времени гз выходное напря5 жение интегратора 13 достигает уровня Uon, что приводит к установлению на выходе первого усилителя 1 положительного уровня. Учитывая, что 1Мз Uon в момент времени t3, на основании (3) и с учетом (1) и

0 (2) время задержки представим в виде

At t3-t2

Ri ,, Uio

Uc

+Ј

R18

Ri.. -RҐU1° и при выполнении условий Rie

Uon +Ui2+Uio

и (4)

R17

AtiТи

Ria (5)

-Uio

где Uon отрицательное напряжение на выходе двухполярного стабилизатора 2.

Отсюда следует, что задержка импульсной последовательности пропорциональна напряжению Ui2 на входе 12 синхронизации.

На интервале времени ty-t3 синхронизированный преобразователь напряжения в частоту работает в автоколебательном режиме. В момент времени t3 триггер 24 переводится в единичное состояние передним фронтом первого импульса в пачке, что приводит к открыванию верхнего по схеме перекидного ключа 23 (фиг. 2, Ui3, U24). При этом на первый вход модулятора-прерывателя 14 подается напряжение с входа 25 преобразования. Скорость нарастания выходного напряжения интегратора 13 на интервале определяется величиной положительного напряжения на выходе модулятора-прерывателя 14

50

Ul4(t4-t3) (1+ )U255

R17

U 25 U25.

(6)

R18

В момент времени t4, когда выходное напряжение интегратора 13 достигает значения Uon+, на выходе первого операционного усилителя 1 устанавливается отрицательный уровень, что приводит к закрыванию четвертого ключа 22 (фиг. 2, U26)

Длительность первого полупериода в автоколебательном режиме синхронизированного частотного модулятора, используя (3), с учетом (6) представим в виде

т.-. о- Uon Uon „ ,-л Ti - t4 - гз - , (7)

где Uon+ - положительное напряжение на выходе дву/полярного стабилизатора 2.

На интервале времени на выходе модулятора-лрррывателя 14 устанавливается отрицательное напряжение (фиг. 2, Un)

U14 (t5 - 14) - щ U25 - - U25,(8)

и с учетом этого выражение для длительности второго полупериода представим в виде

Та ts - t4

Uon Uon U25

ТИ

(9)

Используя выражения (7) и (9) определим частоту колебаний в промежутке между синхроимпульсами

f (Ti+T2r

+

- 00)

2Ги(и0п -Uon) Отсюда следует, что частота этих колебаний прямо пропорциональна напряжению на входе 25 модуляции. При скачкообразном изменении напряжения на входе 25 модуляции в момент времени te новое значение частоты fa устанавливается за один период этой частоты (фиг. 2, U25,

U26).

На фиг, 2, U13 на интервале времени te-t показан случай, когда задержка выходной импульсной последовательности Ata 0. В соответствии с выражением (5) такой режим достигается при амплитуде импульсов на входе 12 синхронизации (фиг. 2, Uia) U12 .(11)

Таким образом, введение модулятора- прерывателя 14, перекидного 23 и третьего 21 ключей, триггера 24, второго источника 10 напряжения и соответствующих связей, позволяет наряду с получением линейного преобразования амплитуды синхроимпульсов в длительность задержки выходной импульсной последовательности осуществ- лять линейное преобразование напряжения на входе 25 в частоту импульсов в пачке за время, не превышающее ее периода установившейся частоты. При этом исключается влияние изменяющегося на входе 25 преобразования сигнала на параметры задержки импульсной последовательности.

Формула изобретения

1. Синхронизированный преобразователь напряжения в частоту, содержащий

первый операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя и соединен с входом двухполярного стабилизатора, выход которого соединен с неин- 5 вертирующим входом первого операционного усилителя, интегратор, выход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подклю- 10 чен через первый ключ и первый источник напряжения к общей шике, входную шину синхронизации, которая через формирователь импульсов соединена с управляющими входами первого и второго ключей, второй 15 источник напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, и резисторы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены

20 модулятор-прерыватель, перекидной и третий ключи, триггер, причем входная шина преобразования через нормально замкнутый контакт перекидного ключа соединена с первым входом модулятора-прерывателя,

25 выход которого через параллельно соединенные резистор и третий ключ соединен с входом интегратора, выход формирователя импульсов соединен с управляющим входом третьего ключа и входом установки в О триггера,

30 инверсный выход которого соединен с управляющим входом перекидного ключа, нормально разомкнутый контакт которого соединен с положительным выводом второго источника напряжения, а выход первого операционно35 го усилителя соединен с входом установки в единичное состояние триггера и управляющим входом модулятора-прерывателя, второй вход которого через второй ключ соединен с входной шиной синхронизации.

40 2. Устройство по п. 1. отличающееся тем, что модулятор-прерыватель содержит второй операционный усилитель, четвертый ключ и четыре резистора, причем второй вход модулятора- прерывателя через

45 второй резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, который через резистор обратной связи соединен с его выходом, являющимся выходом модулятора- прерывателя, первый

50 вход модулятора-прерывателя через третий резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя и через четвертый резистор с неинвертирующим входом этого усилителя, который через

55 четвертый ключ соединен с общей шиной, а управляющий вход этого ключа является входом управления модулятора-прерывателя.

tf

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении формирователей импульсов и преобразователей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем управления частотой импульсов в пачке. В преобразователь дополнительно введены ключ 21, модулятор-прерыватель 14, перекидной ключ 23, триггер 24, второй источник 10 напряжения и соответствующие функциональные связи. Это позволяет наряду с получением линейного преобразования амплитуды синхроимпульсов в длительность задержки выходной импульсной последовательности осуществлять линейное преобразование напряжения на входе в частоту имг ульсов в пачке При этом исключается влияние изменяющегося на входе преобразователя сигнала на параметры задержки импульсной последовательности 1 з.п, ф- лы, 2 ил