Частотный преобразователь Советский патент 1977 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для преобразования малых относительных изменений сопротивления, а также неэлектрических величин, как, например, температура, давление и др., в частоту или период электрических колебаний.

Известен частотный преобразователь, содержащий генератор синусоидальных колебаний на основе усилителя с частотнозавиСИМОЙ положительной обратной связью через Г-образную КС-цепь (цепь Вина). Последовательная ветвь этой цепи содержит регулируемое сопротивление, например полевой транзистор, управляющий вход которо го через выпрямитель соединен с выходом генератора. Кроме того, выход генератора через последовательно соединенные мостовую схему и измерительный усилитель соединен с резистором или конденсатором параллельной ветви Г-образной цепи.

Нестабильность выходного напряжения генератора, обусловленная изменением напряжения питания, температуры, полностью трансформируется в изменение частоты, что

приводит к дополнительной погрешности преобразования (снижается точность характеристики преобразования).

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

Предлагаемый частотный преобразователь, содержащий генератор синусоидальных колебаний на основе усилителя охваченного частотнозависимой обратной связью, состоящей из интегрирующего и дифференцирующего усилителей с регулируемым резистором в цепи обратной связи, входы которых соединены с выходом усилителя, выход дифференцирующего и интегрирующего усилителя подключены через резистивный делитель напряжения ко входу усилителя, последовательно соединенные усилитель и измерительный усилитель, связанные с выходом основного усилителя; при этом выход измерительного усилителя соединен со входом интегрирующего усилителя, снабжен двумя выпрямителями, элементом сравнения, подключенным двумя входами к выходам выпрямителей, и интегратором, включенным на выходе элемента сравнения; выход интегратора соединен с подвижным выводом регулирующего резистора, вход первого выпрямителя соединен с выходом усилителя, вход второго выпрямителя соединен с выходом интегрирующего усилителя. Схема устройства изображена на чертеже. Частотный преобразователь содержит усилитель генератора 1, резисторы 2,3 цепи частотнозависимой отрицательной обратной связи, резисторы 4,5 цепи частотнозависимой положительной обратной связи, операционный усилитель 6, резистор 7, конденсатор 8, которые образуют интегрирующий усилитель, операционный усилитель 9, конденсатор 10, регулируемый резистор 11, например полевой транзистор в режиме управляемого сопротивления, которые образуют дифференцирующий усилитель, резисторы 12, 13, образующие сумматор; интегратор 14 (усилитель с конденсатором в цепи обратной связи играет роль сглаживающего фильтра и усилителя сигналов со схемы сравнения) схему сравнения 15, выпрямители 16, 17 (представл;яют собой преобразователи сред него значения), операционный усилитель 18, резисторы 19-22 (один из них, например резистор 22, моделирует датчик измеряемой физической величины, резисторы 19-22 образуют совместно мостовой усилитель. Если все резисторы 19-22 одинаковы, сигнал с мостового усилителя равен нулю; при изменении сопротивления резистора 22 появляется сигнал, пропорциональный относительному изменению этого сопротивления. Измерительный усилитель 23 предназначен для точного усиления сиг1нала с выхода мостового усилителя при его разбалансе. Генератор на основе операционного усилителя 1 охвачен цепями частотнозависимой отрицательной обратной связи на резисторах 2-3 и положительной обратной связи на резисторах 4-5, а также цепью частотнозависимой отрицательной обратной связи через интегрирующий дифференцирующий усилители, входные зажимы которых объединены, а выходные подключены к сумматору на резисторах 12-13. Управляющий вход регулируемого резистора 11 через интегратор 14 подключен к выходу схемы сравнения 15, один из входов которой через выпрямитель соединен с выходом генератора, а другой через дополнительный выпрямитель 17 подключен к выходу интегрирующего усилителя суммирующая точка которого через резистор 24 соединена с выходом измерительного усилителя 23, вход которого через мостовой усилитель подключен к выходу генера тора. Датчиком измеряемой величины может ыть один из резисторов, например 22, мосового усилителя. При. балансе мостового усилителя, т.е. при равенстве сопротивлений резисторов 1922, частота генерации где Ти - постоянная вр.емени интегрирующего усилителя, l/f. - постоянная времени дифференцирующего усилителя При разбалансе мостового усилителя, например при изменении сопротивления резистора 22, на его выходе появляется напряжение, которое после усиления измерительным усилителем 23 через резистор 24, сопротивление которого равно сопротивлению резистора 7, подается в суммирующую точку интегрирующего усилителя. Действие напряжения разбаланса эквивалентно изменению постоянной времени интегрирующего усилителя. Т г. -коэффициент передачи измерительного усилителя, -коэффициент передачи мостового усилителя. Частота генерации а напряжение на выходе интегратора и V ± к ИНТ -выхи напряжение на выходе генератора. Из выражения (1) следует, что частота генерации изменяется по нелинейному закону. Чтобы получить линейный закон преобразования, необходимо постоянную времени диф(})еренцирующего усилителя изменить синхронно с постоянной времени интегрирующего усилителя. Для этого на управляющий вход резистора 11 подают через интегратор 14 напряжение со схемы сравнения 15, на один вход которой напряжение подается через выпрямитель 16 с выхода генератора, а на другой - через дополнительный выпрямитель с выхода интегрирующего усилителя. В этом случае частота генерации изменяется по линейному закону

Формула изобретения Частотный преобразователь, содержащий генератор синусоидальных колебаний на основе усилителя, охваченного резистивной обратной связью, частотнозависимой обратной связью, состоящей из интегрирующего и дифференцирующего усилителей с регулируемым резистором в цепи обратной связи, входы которых соединены с выходом усилителя, выходы дифференцирующего и интегрирующего усилителей подключены через резистивный делитель напряжения ко входу усилителя, последовательно соединенные мостовой усилитель и измерительный усилитель, связанные с выходом основного усилителя, при этом выход измерительного усилителя соединен со входом интегрирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразования, он снабжен двумя Выпрямителями, элементом сравнения, подключенным двумя входами к выходам выпрямителей, и интегратором, включенным на выходе элемента сравнения, выход интегратора соединен с подвижным выводом регулируемого резистора, вход первого выпрямителя соединен с выходом усилителя, вход второго выпрямителя соединен с выходом интегрирующего усилителя.