Устройство для преобразования напряжения в частоту Советский патент 1979 года по МПК H03K13/20 

трической схемы предложенного устройства; на фиг. 3 - то же, другой вариант; на фиг. 4 - вольт-амперная характеристика процесса опрокидывания в схеме, приведенной на фиг. 3.

Устройство содержит преобразователь /, вход которого включен параллельно реактивному элементу 2, который через ключ 5 соединен с источником напряжения 4, выход преобразователя / соединен с шиной входного сигнала и с входом компаратора 5, выход которого соединен с управляющим входом ключа 3.

На фиг. 2 приведен один из вариантов принципиальной электрической схемы предлагаемого устройства, состоящего из функционального преобразователя, выполненного в виде транзистора 6, включенного по схеме с общим эмиттером, конденсатора 7, ключа 8, источника напряжения (на фиг. 2 - шина 9, компаратора 10, регулировочного резистора 11, резистора

12,причем база транзистора 6 соединена с одним выводом резистора 11, другой вывод которого через конденсатор 7 соединен с общей шиной и через ключ 5 с выходом источника напряжения 9, который через резистор 12 соединен также с коллектором транзистора 6, щиной входного сигнала и одним входом компаратора 10, другой вход которого соединен с общей шиной, а выход которого соединен с управляющим входом ключа 5.

На фиг. 3 представлен другой вариант принципиальной электрической схемы устройства для преобразования напряжения в частоту, которое содержит транзистор 13, конденсатор 14, диод 15, туннельный диод 16, резисторы 17 и 18, конденсатор 19, причем конденсатор 14 подключен параллельно переходу эмиттер - база транзистора

13,диод 15 включен параллельно переходу база - коллектор транзистора 13, анод туннельного диода 16 соединен с эмиттером транзистора 13 и шиной входного сигнала, а катод диода 16 соединен с коллектором транзистора 13 и через последовательно соединенные резисторы У7 и 18 - с щиной входного сигнала, причем параллельно резистору 17 включен конденсатор 19.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Реактивный элемент 2 заряжается от источника напряжения 4 в течение весьма короткого времени и при .отключении источника напряжепия 4 с помощью ключа 3 разряжается через нелинейное входное сопротивление преобразователя 1, образуемое резистором 11 и переходом база - эмиттер транзистора 6 (фиг. 2).

Создаваемый при этом выходной сигнал Si преобразователя 1 создает ток, который будет пропорционален току, протекающему через входное сопротивление преобразователя /. В результате сложения сигнала 5i с выхода преобразователя 1 с сигналом 52, создаваемым преобразуемым в частоту напряжением, возникает сигнал 5з, являющийся входным сигналом компаратора 5.

Если входной сигнал 5з превысит обусловленную разрядом реактивного элемента 2 допустимую величину включения компаратора 5, то произойдет заряд реактивного элемента 2 от источника напряжения 4 через ключ 3. Таким образом, с изменением напряжения на конденсаторе 7 и, следовательно, изменением напряжения сигнала Si с выхода преобразователя / изменится также и входной сигнал 5з компаратора 5.

Если же входной сигнал S компаратора 5 снизится до вызванной гистерезисом величины выключения компаратора 5, то быстрый заряд реактивного элемента 2

прекратится и произойдет медленный разряд через входное сопротивление преобразователя /. При этом скорость разряда определяет частоту преобразования напряжения или тока. Если изменится сигнал

S-2, то вследствие описанного выше процесса произойдет изменение диапазона входной характеристики преобразователя /, в котором изменяется напряжение на реактивном элементе 2.

Анализ показывает, что при достаточной величине сигнала 2 по сравнению с гистерезисом компаратора 5 наступает устойчивое преобразование напряжения в

частоту.

Другой вариант устройства для преобразования напряжения в частоту с применением туннельного диода приведен на

фиг. 3. В этом устройстве в случае превышения определенной величины напряжения или определенной величины тока через туннельный диод 16 выдается импульс. Общая бхема, составленная из транзистора 13,

диода 15 и конденсатора 14, управляет пороговой величиной импульса, подаваемого для образования сигнала S2. При этом функции компаратора 5, ключа 3 выполняются, в основном, туннельным диодом 16.

Для объяснения принципа действия схемы необходимо предварительно рассмотреть процесс опрокидывания по вольтамперной характеристике туннельного диода (фиг. 4). В случае, если проходящий через транзистор 13 ток превысит определенную величину, то рабочая точка PZ на вольт-амперной характеристике переместится в точку РЬ Под действием возросшего напряжения на туннельном диоде 16 диод 15 станет электропроводным и конденсатор 14 быстро зарядится. Рабочая точка на характеристике переместится в направлении точки Ра- Если же при увеличении базисного напряжения транзистора 13 ток коллектора достигнет сравнительно большой величины, произойдет скачок из точки Рг в точку Рг. Диод 15 будет заперт и конденсатор 14 начнет медленно разряжаться через участок база-эмиттер транзистора 13. По достижении точки PI процесс возобновится.

Примененный в такой схеме принцип позволяет сделать дальнейшее обобщение, а именно - заменить схему совпадения, составленную из туннельного диода 16 и резисторов 17 и 18 компаратором 10, имеюш,им на входе динатронную или дуговую характеристики (фиг. 2). Если ток коллектора транзистора 6 превысит определенную величину, то включится компаратор 10 и зарядится конденсатор 7. Этот заряд прекратится при достижении отключающего порогового напряжения компаратора 10. Последующий затем разряд конденсатора 7 будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто включающее пороговое напряжение компаратора 10.

Путем фиксирования тока можно изменять пределы изменения базисного напряжения (фиг. 2). Получение фиксирующего тока из преобразуемого напряжения не является проблемой, поскольку пороговая величина компаратора является постоянной, и ток измеряется только в момент совпадения.

В противоположность известным, обычно применяемым схемам, в предложенном решении фиксирующий ток или другая величина изменяется только в момент совпадения. Это означает, что преобразование управляющего напряжения в линейный ток или какой-либо другой сигнал может быть осуществлено только в определенной рабочей точке, что является большим преимуществом по сравнению с зарядом конденсатора постоянным током, который требует стабильности тока при колебаниях выходного напряжения генератора тока.

Соответствующее изменение сопротивления разряда, произведенное, например, с помощью упомянутого регулировочного резистора }, последовательно включенного с

участком база-эмиттер транзистора 6, позволяет получить эффективное линейное преобразование напряжения в частоту.

Применение предлагаемого устройства позволяет создавать измерительные датчики с частотным выходом в совокупности с преобразователями измеряемых величин в напряжение, которые имеют большое значение для современной автоматизированной техники вместе с применением вычислительных устройств.

Формула изобретения

1.Устройство для преобразования напряжения в частоту, содержащее реактивный элемент, соединенный с щиной источника напря}кения через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, вход которого соединен с щиной:

входного сигнала, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства при сохранении высокой точности преобразования, в него введен функциональный преобразователь, вход которого подключен параллельно реактивному элементу, а выход соединен с входом компаратора.

2.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде транзистора, включенного по схеме с общим элементом с регулировочным резистором на входе.

3.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что компаратор выполнен на туннельном диоде, а ключ выполнен на диоде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Смолов В. Б. Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи напряжения. Л., «Энергия, 1967, с. 276- 283, рис. 3-3.

2.Махнанов В. Д., Милохин Н. Т. Устройства частотного и время-импульсного преобразования. М., «Энергия, 1970,

с. 34-37.

Фиг. 2

Фиг4