ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ—ЧАСТО Советский патент 1972 года по МПК H03M1/60 G01R19/252 G01R23/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения высокочувствительных преобразователей напряжения в частоту, а также цифровых милливольтметров на основе этих преобразователей.

Известны преобразователи напряжение - частота, построенные на принципе управления реактивным элементом контура LC-генератора, например, путем использования в качестве емкости контура кремниевых варикап. Для получения выходной частоты, прямо пропорциональной входному напряжению и повышения стабильности нуля, применяют два генератора, один управляемый, и другой - опорный, выходные сигналы которых подают на смеситель с фильтром нижних частот, выделяющим разностную частоту.

Такие преобразователи обладают хорошими метрологическими свойствами.

Дрейф нулевого значения выходной частоты, обусловленный неодинаковой температурной зависимостью начальных частот генераторов, может быть снижен до очень малых величин, соответствующих нескольким десяткам или даже единицам микровольт входного напряжения, путем подбора варикап с одинаковыми характеристиками в двух генераторах, термокоррекции, термостатирования

или периодической автоматической подстройки «нуля.

Однако в ряде случаев, например, при работе с термопарами или тёнзорезисторйми чувствительность преобразователя с ЬС-генераторами оказывается недостаточной.

Другой недостаток преобразователя с LCгенераторами заключается в том, что его чувствительность зависит от температуры; при

этом наиболее простые и удобные из описанных выше способов стабилизации «нуля - подбор варикап и периодическая настройка - никак не влияют на температурную зависимость чувствительности.

Предлагаемый преобразователь позволяет во много раз повысить чувствительность без повышения или умножения начальных частот генератора и стабилизировать ее, исключив ее зависимость от температуры и других факторов. Сущность изобретения заключается в охвате преобразователя импульсной обратной связью таким образом, чтобы частота управляемого генератора вместо постоянного отклонения, пропорционального измеряемой величине, совершала колебания вокруг одного и того же среднего значения.

Предлагаемый преобразователь построен таким образом, что выходы управляемого и опорного генераторов 1 и 2 соединены соответственно со входами формирователей коротких импульсов 5 и 4, выходы которых ноданы на схему совпадения 5; выход схемы совнадения соединен с одним из логических входов триггера 6, выход которого управляет формирователем импульса стабильной вольтсекундной площади 7; выходы формирователя 7 соединены со вторым логическим входом триггера & и со входом сигнала обратной связи управляемого генератора 1.

Принцип работы преобразователя легче понять, если представить себе выходные напряжения формирователей 3 н 4 как бы изображенными на экране двухлучевого осциллографа. В исходном положении при отсутствии измеряемой величины (момент ti на фиг. 2) генераторы 1 л 2 настраиваются на кратные частоты, так что взаимное расположение импульсов формирователей 3 н 4 не меняется во времени (на фиг. 2 показано отношение частот 4:3). При этом импульсы формирователя 5 расположены в паузах между импульсами формирователя 4 и не совпадают с ними.

При подаче на вход управляемого генератора 1 малого измеряемого напряжения (момент 2 на фиг. 2), частота /i этого генератора несколько изменяется (например возрастает) и выходные импульсы формирователя 3 начинают перемещаться по отношению к выходным импульсам формирователя 4, пока какие-либо из этих импульсов не совпадут. Тогда выходной сигнал схемы совпадения 5 опрокидывает триггер 6, и начинается формирование импульса обратной связи постоянной вольтсекундной площади (момент t на фиг. 2). В начале формирования импульса обратной связи возможно многократное появление сигнала совпадения на выходе схемы совпадения 5, но триггер 6 реагирует только на первый из них и не отзывается на все последующие, так как сигнал на его второй логический вход будет подан только в момент окончания импульса стабильной вольтсекундной площади.

Во время действия импульса обратной связи частота генератора 1 изменяется в противоположном направлении по сравнению с изменением, вызванным измеряемой величиной; например, если под действием измеряемого напряжения частота возрастает, то во время действия импульса обратной связи частота должна стать меньше начальной. Поэтому выходные импульсы формирователя 3 начинают перемещаться в обратную сторону по отношению к импульсам формирователя 4. Вольтсекундная площадь импульса обратной

связи должна быть выбрана так, чтобы к моменту его окончания импульсы формирователя 3 снова были расположены в паузах между импульсами формирователя 4 и не происходило никаких новых совпадений (момент tt на фиг. 2). Задним фронтом импульса стабильной вольтсекундной площади триггер 6 возвращается в исходное состояние и снова приобретает чувствительность к выходному сигналу схемы совпадений 5 (на фиг. 1 показаны два отдельных развязанных между собой выхода формирователя 7, нагрузка на вход триггера 6 не нарущает стабильности импульса обратной связи).

После окончания импульса обратной связи частота генератора 1 под действием измеряемого напряжения снова возрастает, и цикл работы преобразователя повторяется в том же порядке. Выходной частотой преобразователя является частота импульсов обратной связи, или, что тоже самое, частота срабатывания триггера 6.

Чувствительность описываемого преобразователя с обратной связью определяется только вольтсекундной площадью импульса обратной связи и совершенно не зависит от изменения чувствительности управляемого генератора, причем чувствительность преобразователя с отрицательной обратной связью принципиально больше, чем чувствительность генератора без обратной связи. Выбором вольтсекундной площади импульса обратной связи можно получить чувствительность преобразователя, многократно превышающую чувствительность генератора.

Предмет изобретения

Преобразователь напряжение-частота, содержащий управляемый генератор с двумя входами (для измеряемой величины и сигнала обратной связи), опорный генератор, формирователи импульсов, схему совпадения и триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства и стабилизации ее по отношению к изменениям дестабилизирующих факторов, в него введен формирователь импульсов стабильной вольтсекундной площади, причем выходы управляемого и опорного генераторов, первоначально настроенных на кратные частоты, через формирователи импульсов соединены с двумя входами схемы совпадения, выход которой подключен к одному входу триггера, соединенного с формирователем импульса стабильной вольтсекундной площади, выход которого соединен со вторым входом триггера и со входом обратной связи управляемого генератора.