ВСЕСОЮЗНАЯ ;П::Тг:гп10-1Ехн';-п^пр!'^'- 'ib;!:'!V.J . L i'i АI Советский патент 1971 года по МПК H03M1/86 

Изобретение относится к электронным устройствам, применяемым в автоматике, а именно, к преобразователям частоты следовання импульсов в постоянный ток. Оно может быть применено в измерительных системах и системах автоматического регулирования, содержащих датчики с частотным выходным сигналом, в случаях, когда требуется высокая точность нреобразования, высокое быстродействие, большая величина мощности, подаваемой в нагрузку, отсутствие зависимости выходного тока от сопротивления нагрузки. Оно может быть применено также в случаях, когда необходима функциональная нелинейная или релейная характеристика преобразовапия, например, для коррекции нелинейности частотных датчиков, для сигнализации превыщеиия или понижения сверх допустимых пределов физических величин, измеряемых частотиымт датчиками.

Известен нреобразователь частоты в постоянный ток, содержащий дозирующий конденсатор, соединенный с ключом цепью ограничения заряда и цепями заряда и разряда конденсатора, в одну из которых включеи интегрирующий конденсатор и соединенное с ним параллельно сопротивление нагрузки.

Педостатками указанного устройства являются невысокая точность нреобразования, связанная с нелинейностью характеристики

преобразования и зависимостью выходного тока от сопротивления нагрузки, низкое быстродействие, так как для получения малых пульсаций выходного тока постоянная времени нагрузочной ценочкн должна быть велика. Кроме того, недостатком устройства является невозможность передачи в нагрузку большой мощности, так как при увеличении мощности, нередаваемой в нагрузку (что при токовом сигиале соответствует увеличению сопротивления иагрузкп), возрастает падение напряжения на нагрузке, которое должно быть много меньше нерепада напряжеппя на дозируюп1,ем конденсаторе.

К недостаткам указанного устройства относится также невозможность получеппя выходпого сигиала в виде паиряження постоянного тока, не зависящего от сопротивления нагрузки.

Целью нзобретения является иовышение точности и быстродействия устройства, устранение зависимости выходного тока от сонротиБления иагрузки, увеличение максимальной мощности, передаваемой в нагрузку, и нолучение выходного сигиала в виде нанряжения постоянного тока, не зависящего от сопротпвлення нагрузки.

fa подключен один из входов фазочувствительного элемента, второй вход которого соединен с входом всего устройства, а выход через резистор соединен с интегрирующим конденсатором.

Для получеиия нелинейной функцнональной характернстнкн преобразования в качестве норогового элемента иснользоваи амплитудный комнаратор, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного элемента через цеиь обратиой связи.

На фиг. 1 и 2 ноказаны нрннцншшльные схемы нредлагаемого устройства.

Принципиальная схема, представленная на фиг. 1, содержит дозирующий конденсатор /, соеднненный с ключом, выполненным на транзисторе 2, ценью ограннчення заряда, выполненной на стабилитроне 3, ценыо заряда конденсатора I, состоящей из диода 4 и резнстора 5, ценью разряда конденсатора 1, включающей в себя диод 6 и транзистор 2. В цепь разряда конденсатора / включен пнтегрнрующнй конденсатор 7, нараллельно которому включены входные зажимы 8-8 норогового элемента 9. Выходные зажимы 10-W норогового элемента 9 соединены с входными зажимами 11-11 фазочувствительного элемента 12, второй вход которого (зажимы 13-13 соединен с входом всего устройства (зажимы 14-14). Выходные зажимы 15-15 фазочувствительного элемента 12 соединены с конденсатором 7 через резистор 16. Фазочувствнтельный элемент (фиг. 2) выполнен на триггере 17, соединенном с фильтром нижних частот 18 через ключевой каскад, выполненный на транзисторе 19. В качестве норогового элемента 9 использован амплитудный компаратор, второй вход которого (зажим 20-20) соединен с выходными зажимами 15-15 фазочувствительного элемента через цень обратной связи, вынолненную на резисторах 21 и 22, образующнх линейный делитель напряжения.

Схема (фиг. 1) работает следующим образом. Р1мпульсы входной частоты /вх вызывают нернодическое отпирание и занирание транзистора 2 и одновременно поступают на вход (13-13) фазочувствнтельного элемента 12. При заиертом состояини транзистора 2 конденсатор / заряжается до нанря кения стабилитрона 3. При открытом состоянни транзистора 2 конденсатор 1 разряжается через днод 6 на интегрирующий конденсатор 7, передавая ему заряд положительной нолярностн и вызывая на нем ноложительный неренад напрялчення. С выхода фазочувствнтельного элемента 12 через резистор 16 на нптегрирующнй конденсатор 7 ностунает ток отрнцательной полярности, компенсирующий заряд, ноступающий через диод 6, и заряжаюи 1нй конденсатор 7 до напряжения срабатывания Lcp иорогового элемента 9. При срабатывании порогового элемента 9 на его выходных зажнмах 10-10 появляется импульс, подающийся на вход 11-1Г фазочувствительного элемента

12. Выходное напряжение t/вых на выходных зажимах 15-15 фазочувствительного элемента 12 нронорцнонально разности фаз последовательпостей пмпульсов на входах 11 н 13 Так как разность фаз пропорциональна ннгегралу от разностп частот, то выходное напряженне t/iu.ix фазочувсгвнтелыюго элемента 12 пронорциоиально интегралу разности частот, ностунающнх на его входы.

Емкость дозирующего конденсатора 1 выбирается много меньще емкости иитегрнрующего конденсатора 7, а напряжепне срабатывания норогового элемента 9 выбирается близким к иулю. При выполпении этих условий

настоянная составляющая тока, ноступающсго на конденсатор 7 через диод 6, равна нронзведению емкости С конденсатора /, напряжения Uc-i стабилитрона 3 и входной частоты вх:

I CU,,f,,.(1)

В устаповивщемся режиме работы схемы нрн достаточно больщом входном сонротивлепии иорогового элемента 9 ток через диод 6

должен полностью компенсироваться током, поступающим через резистор 16 с выхода фазочувствительного элемента 12, т. е. эти токи должны быть равны, и ток в резисторе 16 должен определяться соотпощепием /. В случае, если по какой-либо причине ток в резисторе 16 уменьщается, пороговый элемент 9 нерестает срабатывать, частота на входе 11-// фазочувствительного элемеита 12 становится равной нулю, и напряженне на его

выходе 15-15, пропорциональное ннтегралу разности входных частот, возрастает, что нрн1ЮДПТ к возраста1нню тока в резисторе 16 до величины, определяемой соотнощением (1). Если ток в резисторе 16 но какой-либо нрнчине станет больще величины, онределяемой соотнощением (1), напряженне на входе норогового элемента 9 становится больще напряження срабатывания, и иороговый элемент 9 работает с максимальной частотой, что нриводит к уменьщению напряжения на зажимах 15-15 и тока в резисторе 16 до величины, онределяемой соотношением (1). Таким образом, в установивщемся режиме работы ток в резисторе 16 оиределяется соотношением (1).

В случае, если необходнм выходной снгнал в виде постоянного тока, сопротивлеиие нагрузки может включаться вместо резнстора 16 илн носледовательно с ннм. При этом величииа выходного тока определяется соотношением (1) и ие зависит от величины резистора 16. В случае, еслн необходнм выходной сигнал в виде нанря кения постоянного тока, выходом устройства являются зажимы 15-15, напряжение на которых равно нронзведению

тока, онределяемого соотношением (1), на велнчнну резнстора 16 и не зависит от сонротнвления нагрузки, нодключаемого к зажимам 15-15. Устройство, представленное на фиг. 2, рамент 9 срабатывает в момент равенства напряжения на конденсаторе 7 и нанряжсння на входных зажимах 20-20, пронорциональ110ГО выходному напряжению на зажимах 15-15. При достаточно большой емкостн ннтегрнруюндего конденсатора 7 неренад напряжения на дозируюихем конденсаторе 1 определяется выраженнем АУс г/ст-Ь/гУвых,(2) где t/,,,,jx--выходное напряжение фазочувствительного элемента; k - коэффициент передачи делителя напряжения на резисторах 21 н 22. Величина нанряжения {/пых складывается из суммы напряжения на конденсаторе 7, равного k (/lii.ix, и надеиия наиряжеипя на резисторах 16: f/RT.ix f/BbTX + / CALe/nx, где R - величина соиротнвления 16. Из выражеипн (2) н (3) имеем: 1 К /2/( Как следует из выражения (4), характеристика иреобразованпя нелинейна, причем нелииейность имеет знак, иротивоноложный знаку нелинейности большинства частотных датчиков (струнных, автогенераторных и т. и.), что позволяет использовать предлагаемое устройстзо для коррекции нелииеииости указанных датчиков. Если в качестве элемента обратной связи 1снользовать пелииоЙ и,1Й четырехполюсник (напрпмер, с диодными ограннчнтелями), то можно по,1учать характеристики преобразозаипя других видов. П р е д м е т и з о б р с т е н и я 1.Преобразователь частоты следования имиульсов в постояиный ток, содержап;ий дозирующий конденсатор, соединенный с ключом ценью ограиичення заряда н пенями заряда и разряда конденсатора, в одну нз которых включен пнтегрируюнщй конденсатор, отл11ча О11{ 1йс.ч тем, что, с целью повыше 1ия точности п быстродействия устройства, он содержит пороговый н фазочувствптельный элементы, нрнчем вход норогового элемента соедннен с интегрирующим конденсатором, а выход - с одним из входов фазочувствитсльиого элеменга, второй вход которого подклктчен ко входу всего устройства, а выход через резистор соедииен с пнтегрпрующнм конденсатором. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью нолучення нелннейной функциопальпой характеристики нреобразовання, второй вход порогового элемента соединен с выходом фазочувствптельного элемента через цеиь обратной связи.