Конденсаторный частотомер Советский патент 1975 года по МПК G01R23/00 

Изоб1ретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использоваио в быстродействующих информационных и управляющих системах, например в системах централизованного контроля для измерения скорости вращения, в качестве груштового нормирующего .преобразователя, а также в быстродействующих системах автоматического регулирования скорости вран1ения в качестве преобразователя частотного сигнала датчика в напряжение постоянного тока.

Известен конденсаторный частотомер, содержащий транзистор управления перезарядом, зарядно-разрядный конденсатор и / С-нагрузку.

Недостатком известного устройства являются больщие пульсации выходного напряжекия и его низкое быстродействие.

Для уме-иьщения пульсаций выходного сигнала и повышения быстродействия в -предлагаемом устройстве па,раллельно основной .подключена аналогичная компенсационная частотомерная цепочка, и выход устройства подключен между ./ С-нагрузками этих двух цепочек, в которых указанные 7 С-нагрузки являются общими и для двух других параллельно соединенных частотомерлых цепочек, подключенных к своему Ключу управления, вход которого подключен к выходу инвертора измеряемого сигнала, причем во всех частотомерных

цепочках опющепия емкости зарядно-разрядпого конденсатора к емкости своего конденсатора нагрузки равны друг другу при отнопюиии друг к другу по-стоя.нных времени RC-r.aгрузок частотомеров, близком к едицине.

На чертеже показана схема опис1 ваемого частотомера, содержащего инвертор 1, два транзистора 2, 3 управлен-ия перезарядом

конденсаторов частотомерных цепочек. Основная и компенсационная частотомерпая цепочки содержат соответственно зарядно-разрядлые конденсаторы 4, 5, диоды б, 7 и 8, 9 и ,нагрузки 10, 11. Две другие частотомерпые цепочки содержат У С-нагрузку 12, 13, зарядно-разрядные конденсаторы14, 15 и :июды 16, 17 и 18, 19. Выход устройства подключен между / С-нагрузкой (10, II) и RC-iiaгрузкой (14, 15).

Во всех частотомерных цепочках выполнены равными отнощения емкости зарядно-разрядного конденсатора к емкости своего конденсатора нагрузки. Например, отнощение емкости конденсатора 4 к емкост1и конденсатора И в основной частотомерной цепочке равно отнощению емкости конденсатора 5 к емкости конденсатора 12 в компенсационной частотомерной цепочке.

Сопротивления 10 и 13 различны при отнощении друг к другу постоянных времени

/ С-нагрузки частотомерных цепочек, близких к единице.

Устройство работает следующим ,разом. Одному полупериоду входного сигнала бвх соответствует открытое состояние транзистора 2 и закрытое состояние транзистора 3. Конденсаторы 14 и 15 заряжаются. Ток проходит через С-нагрузки 10, 11 и 12, 13 соответственно. Конденсаторы 4, 5 разряжаются соответственно через диоды 6, 8 и т,ранзистор 2.

Другому нолупериоду входного сиглала соответствует открытое состояние транзистора 3 и закрытое-транзистора 2. Конденсаторы 4, 5 заряжаются. Ток проходит соответственно через нагрузки 10, II и 12, 13. Конденсаторы 14, 15 разрял аются соответственно че,рез диоды 16, 19 и транзистор 3. После м«огократного перезаряда конденсаторов 4, 5 и 14, 15 на / С-нагрузках формируется напряжение постоянного тока, пролорциональное частоте измеряемого сигнала.

Напряжения на обоих С-нагрузках одинаковы. Поэтому на выходе устройства напряжения / С-нагрузок вычитаются. Папряжение на RC-нагрузке зависит от ее сопротивления. Поэтому пульсации на выходе устройства будут отсутствовать, если напряжения пульсаций на выходах частотомерных цепочек будут одинаковыми по значению и по форме и не будут иметь фазового сдвига.

При прохождении через нагрузку частотомерной цепочки импульса зарядного тока в конденсатор 4 (5) напряжение на конденсаторе 11 (12) увеличивается на определенное значение. Это значение для фиксированиой частоты входного сигнала зависит от отношения емкости зарядно-разрядного конденсатора 4 (5) к емкости конденсатора нагрузки II (12). Так как в обеих частотомерных цепочках эти отношения равны друг другу, то значение и форма напряжения пульсаций ,на их нагрузках, связанные с процессом заряда конденсаторов 4 и 5, одинаковы. По око-нчании процесса заряда конденсаторов 4 и 5 начинается разряд конденсаторов 11, 12 на соответствующее сопротивление нагрузки. От постоянной времени цепи нагрузки частотомерной цепочки зависит процесс уменьшения напрял ения на конденсаторе нагрузки и, следовательно, ф)орма налряжения .пульсаций, связанная с разрядом конденсатора нагрузки. Так как в обеих ./ С-нагрузках отношение

друг к другу постоянных времени выполнено близким к единице, то обеспечивается и минимальное отличие формы их напряжений пульсаций. Фазовый сдвиг между напряжением пульсаций обеих частотомерных цепочек полностью отсутствует, так как управление перезарядом конденсаторов 4 « 5 осуществляется одним элементом - транзистором 2. Сказанное для частотоме,р«ых цепочек, содержащнх конденсаторы 4 и 5, полностью относится к частотомерным цепочкам, содержащим конденсаторы 14, 15.

Таким образом, в устройстве пульсации выходного сигнала определяются неполным совпадением формы импульсов на / С-нагрузках частотомерных цепочек только в момент разряда их конденсаторов нагрузок.

Пульсации на выходе устройства минимальны, так как в обеих / С-нагрузках отношение друг к другу постоянных времени выполнено близким к единице. Абсолютное значение напряжения пульсаций на выходе каждой частотомерной цепочки не отражается на пульсациях на выходе устройства. Поэтому в

/ С-нагрузках частотомеров можно применять конденсаторы небольшой емкости. Этим и обеспечивается большое быстродействие устройства.

Предмет изобретения

Конденсаторный частотомер, содержащий управляющий транзистор, база которого подключена к входу устройства, и первую частотомерную цепочку, включенную параллельно переходу коллектор - эмиттер и состоящую из зарядо-разрядных конденсатора, двух диодов, включенных навстречу друг другу, и

С-нагрузку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного сигнала и повышения быстродействия, он снабжен второй, третьей, четвертой аналогичными упомянутой частотомерными цепочками, инвертором и вторым управляющим транзистором, причем вторая частотомерная цепочка включена параллельно первой, третья и четвертая включены параллельно переходу эмиттер - коллектор второго управляющего транзистора, база которого через инвертор подключе-на к входу частотомера, а выход частотомера подключен между первой и второй частотомерными С-нагрузками.