Преобразоватеель частоты импульсов в аналоговый сигнал Советский патент 1975 года по МПК H03K13/02 

1

Известен линейный преобразователь частоты импульсов в аналоговый сигнал, содержащий амплитудный формирователь прямоугольных импульсов, ячейку интегрирования в виде последовательно соединенных диодов, сглаживающего конденсатора, нагрузочного резистора, зарядного конденсатора, подключенного к общей точке соединения диодов, и сумматора.

Предлагаемый преобразователь отличается от известного тем, что содержит п ячеек интегрирования, входы каждой из которых подключены к выходу формирователя, а выходы ячеек подсоединены ко входу сумматора, причем величины произведений емкости зарядного конденсатора на величину нагрузочного резистора образуют геометрическую прогрессию. Это позволяет получить выходной сигнал преобразователя пропорциональным логарифму частоты.

С целью уменьшения количества ячеек интегрирования с сохранением диапазона и точности преобразования, к выходу формирователя подключен делитель на резисторах, причем выход формирователя соединен со входом крайних ячеек интегрирования, а средняя точка делителя - с остальными ячейками.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя с логарифмической зависнмостью выходного напряжения от частоты; на

фиг. 2 - схема с делителем из резисторов на выходе формирователя и логарифмической зависимостью выходного тока от частоты.

Преобразователь содержит амплитудный формирователь 1 прямоугольных импульсов, на вход которого подано напряжение t/Bx преобразуемой частоты, ячейки 2, 3, 4, 5 интегрирования, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных диодов 6, 7, сглаживающего конденсатора 8, нагрузочного резистора 9, зарядного конденсатора 10, и сумматор 11.

Для получения выходного сигнала в виде напряжения нагрузочные резисторы 9 всех ячеек включены последовательно, и суммарное напряжение, снимаемое с нагрузок, подается на вход сумматора 11 (фиг. 1).

Для получения выходного сигнала в виде

тока нагрузочные резисторы 9 соединены в

одной точке на входе сумматора 11 (фиг. 2).

Преобразователь работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы стабильной амплитуды UQ С формирователя 1 импульсов (в данном случае триггера) подаются через зарядные конденсаторы 10 на ячейки 3, 4 (фиг. 1) и создают на выходе каждой из них (на резисторе 9) напряжение:

{/ .;

(J а -- П

1-/в.-«-С

где I/я - напряжение на выходе одной ячейки;

- сопротивление нагрузки ячейки; С - емкость зарядного конденсатора

ячейки.

В некотором диапазоне порядка 0, зависимость выходного напряжения ячейки от частоты с достаточным приближением аппроксимируется логарифмом. Если при этом выбрать произведения RC различных ячеек в виде геометрической прогрессии, т. е.

R,-C,, nf -R.-C,: ...,

гдеm - знаменатель геометрической

прогрессии;

С, Cz, Сз - соответственно емкости зарядных конденсаторов; , 2. 3 - нагрузочные сопротивления

ячеек,

то просуммированный выходной сигнал определяется выражением:

в«х - и, (...+ ,-- +

l + /Bx-Al-Ci т /в -Кз-Сз I

т /вх 2

+ . .. 1

+

+ I + т -/в :-Кз-Сз/ 1+ «.

И При соответствующем выборе величины коэффициента m этот ряд аппроксимирует логарифм /вх с любой требуемой степенью точности, причем конечный интервал частот (диапазон работы преобразователя) может быть аппроксимирован с любой требуемой степенью точности конечным числом /V членов ряда.

Например, преобразователь, состоящий из трех ячеек интегрирования с отношением величин емкостей зарядных конденсаторов I : 50 (т - 0,02), позволяет преобразовать частоту /вх в напряжение или ток, пропорциональный логарифму частоты с точностью-ЬЗЧо в диапазоне частот 1 : 15000. Увеличив коэффициент т, точность можно повысить, однако, чтобы избавиться от завала характеристики преобразования на краях диапазона, приходится увеличивать количество ячеек.

На фиг. 2 приведена схема, в которой для компенсации краевых эффектов с сохранением диапазона и точрюсти преобразования к выходу формирователя 1 импульсов подключей делитель из резисторов 12, 13, а зарядные конденсаторы 10 крайних ячеек 2 и 5 подключены к полному выходу формирователя. Зарядные конденсаторы 10 остальных ячеек 3, 4 подсоединены к средней точке делителя.

э-гот вариант обеспечивает преобразование частоты в ток с точностью ± 0,5% в диапазоне частот 1-8000 гц.

Оба варианта преобразователя обеспечивают полную идентичность характеристик, что

исключает необходимость индивидуальной градуировки.

Предмет изобретения

1. Преобразователь частоты импульсов в аналоговый сигнал, содержащцй амплитудный формирователь прямоугольных импульсов, ячейки интегрирования в виде последовательно соединенных диодов, нагрузочного резистора, сглаживающего конденсатора и зарядного конденсатора, подключенного к общей точке соединения диодов, и сумматора, отличающийся тем, что, с целью получения выходного сигнала, пропорционального логарифму

частоты, он содержит п ячеек интегрирования, входы из которых подключены к выходу формирователя, а выходы ячеек - ко вхолу суг-,;матора, причем величины произведений емкости зарядного конденсатора на величину нагрузочного сопротивления отдельных ячеек образуют геометрическую прогрессию.

2. Преобразователь по п. I, отличающ и и с я тем, что, с целью уменьшения количестна ячеек интегрирования с сохранением диапазона и точности преобразования, к выходу форг.ИроБптеля пОх ключен делитель на резисторах, причем выход формирователя соедипен со входом крайних ячеек интегрирования, а средняя точка делителя - с остальными ячейками.