Преобразователь периода сигнала в напряжение Советский патент 1992 года по МПК H03K9/06 H03M1/50 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах или системах автоматического управления для быстродействующего преобразователя частотно-модулированных сигналов в напряжение.

Цель изобретения - расширение области использования за счет формирования на выходе устройства постоянного напряжения, пропорционального периоду сигнала.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема устройства; на фиг.2 - диаграмма импульсов,

Преобразователь периода сигнала в напряжение содержит операционные усилители 1...3, интегрирующий конденсатор 4, конденсатор 5, диоды 6,7, преобразователь 8 периода в скважность 2. формирователь 9 двухфазного сигнала, транзистор 10, входную шину 11, выходную шину 12, генератор 13 тока, резисторы 14, 15.

Формирователь двухфазного сигнала может состоять из стабилитрона 16, диодов 17, 18, резисторов 19...22, источников 23,24 напряжения разной полярности, транзистора 25, конденсатора 26.

Преобразователь 8 периода-в скважность 2 импульса предназначен для формирования на своем выходе прямоугольных импульсов с периодом входного сигнала и скважностью 2. При этом входной сигнал может быть любой формы. Такой преобразователь может быть выполнен на компараторах, если, например, сигнал имеет синусоидальную форму, или на триггере со счетным входом, если сигнал импульсный.

Формирователь 9 двухфазного сигнала предназначен для формирования на своих выходах соответственно напряжения отрицательной и положительной полярности и обеспечения обрыва выходной цепи на время длительности импульса на его входе. В отсутствие входного сигнала на входной шине 11 напряжение с выхода блока 8 равно нулю (если используется триггер, то он принудительно цепью, не показанной на чертех е, устанавливается в состояние, при котором на его выходе напряжение отсутствует). Ток от генератора 13 протекает в коллектор и базу транзистора 10, Ток коллектора транзистора 10 создает на резисторе 19 некоторое падение напряжения, меньшее, чем величина напряжения источника 24, На инвертирующем входе усилителя 1 образуется виртуальный ноль. Напряжение отрицательной полярности от источника 24 через резисторы 20, 21 и диод 18 поступает на неинвертирующий вход

усилителя 2, поэтому на его выходе присутствует напряжение отрицательной полярности, которое запирает диод 6.

Положительное напряжение от источ- пика 23 через резистор 2 и диод 17 поступает на неинвертирующий вход усилителя 3, поэтому на его выходе присутствует напряжение положительной полярности и диод 7 смещен п обратном направлении, Коиден- Q сатор 5 оказывается отключенным от источников напряжения, и на его обкладках сохраняется напряжение ивых, соответствующее предыдущему периоду входного сигнала.

5 В один из полупериодов входного напряжения UBX на выходе преобразователя 8 периода в скважность 2 формируется напряжение Us положительной полярности, время присутствия которого строго равно 0 полупериоду входного сигнала UBX.

В течение времени наличия положительного напряжения Use выхода блока 8 на выходе операционного усилителя 1 формируется напряжение положительной поляр- 5 ности, которое запирает транзистор 10, ток через резистор 19 становится близким к нулю и конденсатор 26 разряжается через ре- зисторы 19-21. Посте запирания транзистора 10 током от генератора 13 за- 0 ряжается конденсатор 4. Величина максимального значения напряжения на конденсаторе 4 прямо пропорциональна длительности импульса с выхода Спока 8, но она меньше напряжения с выхода усилителя 5 1, поэтому транзистор 10 надежно закрыт. Сопротивления резисторов 14 и 15 должны быть такими, чтобы токи через них от напряжений с выходов формирователя 9 двухфазного напряжения были значительно 0 меньше тока от генератора 13.

В связи с тем, что токи через резисторы 14 и 15 протекают в разных направлениях и имеют большую величину, они компенсируют доуг друга. Указанные условия обеспечи- 5 вают практическую стабильность тока заряда конденсатора 4,

Величины напряжений с выхода формирователя 9 двухфазного сигнала больше максимально возможной величины напря- 0 жения на конденсаторе 4. Это условие обеспечивает надежное запирание диодов б и 7 в течение времени присутствия напряжения с выходов блока 9,

В момент формирования заднего фрон- 5 та импульса положительной полярности происходит отпирание транзистора 10, вследствие того, что напряжение на конденсаторе 4 мгновенно измениться не можег, напряжение на неинвертирующем входе усилителя 1 становится равным нулю, а на

его юнвертирующем входе имеется положительное напряжение заряда конденсатора А, После отпирания транзистора 10 происходит быстрый разряд конденсатора 4 до его исходного состояния большим то- ком эмиттера транзистора 10.

В момент отпирания транзистора 10 вследствие большого базового тока транзистор 10 насыщается и на его коллекторе напряжение становится близким к нулю (к величине напряжения из конденсаторе 4).

Для того чтобы а этот момент напряжение с конденсатора 4 не могло поступать через входные цепи в блок 9, последовательно с диодом 18 включают стабилитрон 16, напряжение пробоя которого меньше напряжения источника 24, но больше максимально возможного напряжения на конденсаторе 4.

Время, в течение которого диоды 17 и 18 смещены в обратном направлении, устанавливается величиной емкости конденсатора 26, и оно по сравнению с временем разряда конденсатора 4 является малой величиной.

В течение времени отсутствия напряжений с выходов блока 9 на неинвертирующих входах усилителей 2 и 3 присутствует напряжение заряда конденсатора 4. Если величина этого напряжения больше напряжения на конденсаторе 5, отпирается усилитель 2 и своим током через диод 6 заряжает конденсатор 5 до величины напряжения на неинвертирующем входе усилителя 2.

Если величина напряжения на неинвер- тирующих входах усилителей 2 и 3 меньше, чем на конденсаторе б, отпирается усилитель 3 и его током конденсатор 5 быстро разряжается до величины напряжения на неинвертирующем входе усилителя 3.

Такнм обрэзом, напряжение на конденсаторе 5 устанавливается близким к пиковому напряжению на конденсаторе 4, а затем, когда с блока 9 поступают постоянные на- пряжения и диоды 6 и 7 смещаются в обрат- ном направлении, напряжение на конденсаторе 5 остается неизменным до прихода следующего сигнала на входную шину 11.

Формирователь 9 может быть выполнен по различным схемам, в частности с использованием одновибратора, запускаемого положительным входным импульсом, снимаемым с резистора 19 через конденсатор 26.

Ток перезарлда конденсатора 5 может быть увеличен при помощи установки вместо диодоа 6 и 7 базо-змиттерных переходов мощных транзисторов.

Формула изобретения

Преобразователь периода сигнала в напряжение, содержащий входную и выходную шины, интегрирующий конденсатор, первый операционный усилитель, два резистора, транзистор и генератор тока, первый вывод которого соединен с первым выводом интегрирующего конденсатора и первым выводом первого резистора, причем вторые выводы интегрирующего конденсатора и генератора тока соединены с общей шиной, отличающийся тем. что, с целью расширения области использования, в него введены формирователь двухфазного сигнала, второй и третий операционные усилители, два диода и конденсатор, причем первый вывод интегрирующего конденсатора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с входной шиной, а выход- с базой транзистора, эмиттер которого соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, а коллектор - с входом формирователя двухфазного сигнала, первый выход которого соединен с вторым выводом первого резистора и неинвертирующим входом второго операционного усилителя, а второй выход - с вторым выводом второго резистора и непнвертиру- ющим входом третьего операционного усилителя, инвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены с выходной шиной, катодом первого диода, анодом второго диода и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, анод первого диода соединен с выходом второго операционного усилителя, а катод второго диода - с выходом третьего операционного усилителя.

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах или системах автоматического управления для быстродействующего преобразователя частотно-модулированных сигналов в напряжение. Цель изобретения - расширение области использования за счет формирова4 ния на выходе устройства постоянного напряжения, пропорционального периоду сигнала Для этого в преобразователь периода сигнала в напр.жение, содержащий входную и выходную шины 11, 12. интегрирующий конденсатор 4, операционный усилитель 1, резисторы 14, 15. транзистор 10 и генератор 13 тока, введены преобразователь 8 периода в скважность 2, формирователь 9 двухфазного сигнала, операционные усилители 2, 3, диоды 6, 7 и конденсатор 5. Напряжение на конденсаторе 5 устанавливается близким к пиковому напряжению на интегрирующем конденсаторе 4, а затем, когда с формирователя 9 поступают постоянные напряжения и диоды 6 и 7 смещаются в обратном направлении, напряжение на конденсаторе 5 остается неизменным до прихода следующего сигнала на входную шину 11 2 ил. (Л с Н П. %с XI о ь л VI