Преобразователь емкости в пропорциональное изменение частоты Советский патент 1976 года по МПК H03K13/02 G01R27/26 

Изобретение относится к цифровой эпект роизмеритеяьной технике и может быть использовано в цифровых системах специального и универсального назначения. Известны преобразователи емкости в частоту, основанные на частотном уравнове вании мостовой схемы, содержащей преобразуемую емкость. Однако эти устройства сложны и требуют большого времени установления выходной частоты (до 50 мсек). Кроме того, известен преобразователь емкости в частоту на базе структуры с пе реключением направления интегрирования, содержащий основной и вспомогательный интеграторы, выполненные на базе дифференциальных усилителей постоянного тока, усилитель-ограничитель и делитель напряжения. Для получения перепадов напряже ния, прямопропорчиональных величине преобразуемой емкости, последнюю включают в дифференцирующую цепь, на вход которой поступает линейно изменяющееся напряжение с выхода вспомогательного интегратора. Для получения удовлетворительной точ.ности преобразования необходимо использо вать дифференцирующий усилитель, что ве- , дет к усложнению схемы и появлению э(-. фекта засыпания преобразователя. Кроме того, этому преобразователю свойственна сильная зависимость результата преобразования от величины потерь в конденсаторе. Цель изобретения - повышение точности преобразования и упрощение преобразователя. Достигается это за счет того, что выход усилителя-ограничителя через делитель напряжения подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока основного интегратора, а также к входу вспомогательного интегратора и к неинвертирующему входу его дифференциального усилителя, причем преобразуемая емкость подключена между общей шиной и инвертирующим входом дифференциального усилителя вспомогательного интегратора, выход которого соединен с входом основного интегратора, а выход последнего подключен к входу усилителя - ограничителя. На чертеже дана структурная схема преобразователя. Она содержит вспомога- тельный интегратор 1 на базе дифференциального усилителя постоянного тока 2, в цепь отрицательной обратной связи которого включена образцовая емкость 3, преобраз/е мую емкость 4, основной интегратор 5, вы полненный на базе дифференциального усили теля 6, усилитель-ограничитель 7 и делитель напряжения 8. В процессе преобразования разнополяр- ные перепады напряжения с выхода усилите ля-ограничителя 7 через делитель напряжения 8 с коэффициентом деления, равным ,J , поступают на неинвертирующий вход дифференциального усилителя постоянного тока 6 и непосредственно на вход дифференциально- го усилителя постоянного тока 2. При этом на выходе вспомогательного интегратора 1 образуются скачки напряжения амплитудой -амплитуда перепадов напряже- шш с выхода усилителя-ограничителя 7; -величина преобразуемой емкости С - величина образцовой емкости 3. о С целью ликвидации линейно-изменяющей ся составляющей напряжения на выходе интегратора 1 (что достигается путем увели- чения постоянной времени интегратора) его вход также подключен к выходу усилителяограничителя 7. Таким образом, использование интегратора 1 в режиме, представленном на чертеже, позволяет получить скачки напряжения, пропорциональные величине преобразуемой aviKocTn. Характер процессов на выходе основного интегратора 5 за иолупериод работы преобразователя может быть описан следующим уравнением L-1 II I 1 -i. u-i; I- OV-- r / n JRC(l+k) П где RC - соответственно суммирующее сопротивление и емкост в цепи отрицательной обратной связи дифференциального усилителя постоянного тока 6; К - его коэффициент усиления; - текущее зна ение времени. После простейщих преобразований с уче- том полной аналогии процессов в следую- ящй полупериод получим функцию преобразования в виде / i. Г - + Я, 1 2 СоТ- где Т С - эквивалентная постоянная времени интегратора 5. Из последнего выражения видно, что на«,П -1 чальная частота f при неизменной величине эквивалентной постоянной времени интегратора 5 полностью определяется величиной коэффициента деления делителя 8, При /2.-1 (напряжение U пол- ностью поступает на неинвертирующий вход диффе: е циального усилителя постоянного тока ) начальная частота равна нулю и выхо/:ная частота преобразователя линейно связана с величиной преобразуемой емкости 4, Следует отметить, что дкнная структура преобразователя при надлежащем выборе амплитуды перепадов напряжения постоянной времени вспомогательного интегратора 1 и начальной частоты to может быть использована для преобразования в частоту емкости с потерями. Таким образом, преобразователь емкости в пропорциональное изменение частоты обладает достаточно высокими точностными характеристиками, простотой схемной реализации при сохранении высоких динамических характеристик, свойственных структурам с переключением направления интегрирования. Форм ул а изобретения Преобразователь емкости в пропорциональное изменение частоты, содержащий основной и вспомогательный интеграторы, выполненные на базе дифференциальных усилителей постоянного тока, усилитель-ограичитель и делитель напряжения, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразования и упрощения устройства, выход усилителя-ограничителя через делитель напряжения подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока основного интегратора, а также к входу вспомогательного интегратора и к неинвертирующему входу егодифференциального усилителя, причем преобразуемая емкость подключена между общей щиной и инвертирующим входом дифференциального усилителя вспомогательног.о интегратора, выход которого соединен с входом основного интегратора, а выход последнего подключен к входу усилителя-ограничителя.