Преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H03K9/06 

1

Изобретение относится к импульсной те.хнике и может быть использовано в схемах автоматического управления и регулирования.

Известно устройство, преобразующее частоту импульсов в постоянный ток, содержащее промежуточный преобразователь, триггер с раздельным управлением и интегрирующую RC-цепочку с пороговым элементом на выходе. Триггер переводится в рабочее состояние каждым входным импульсом и запускает интегрирующую цепочку. При равенстве напряжения на конденсаторе цепочки пороговому напряжению формируется сигнал возврата триггера в исходное состояние. Сигнал от триггера поступает в нагрузку через усредняющий RC-фильтр 1.

Однако такое устройство обладает малым быстродействием, так как основано на выпрямлении стандартных по длительности и амплитуде импульсов с помощью усредняющего RC-фильтра.

Известен другой преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока, состоящий из интегрирующего усилителя со схемой установки начальных условий, соединенного через заноминающее устройство с выходным ингегрируюниш усилителем, выход KOTOpoio соединен со входом интегрирующего уснлите.т. и схемы управления. Преобразователь построен как замкнутая импульсная система, поддерживаюпгая на выходе запоминающего устройства сигнал, близки) к нулю б.-;агодаря наличию выходного интегрирующего усилителя. Запоминающее ycTpoiiCTBo должно точным и быстро.че11ствующим д.1я получения точного и бьстродействующего преобразователя частоты в напряжение 2,1.

Недостатками этого преобразователя являются малое б-ь1строде(1ствие и невысокая точность.

Для повышения быстродействия и точности в предложенный преобразователь частоты следования импульсов в папряисение постоянного тока, содержании) первый и вт.)рой интегрирующие усилители, блок установки начальных условий, соетоянхий из последовательно соединенных источника опорного

напряжения, первого резистора и второго, Н1унтируюп.1,его первый, интегрируюп1.ий усилитель, выход которого связап с первым ключом, первый вход со вторым ключом непосредственно, а с третьим к.чючом - через резистор, управляющие входы первого и третьего ключей соединены с первым выходом блока управления, второй вход которого подсоединен к управляющему выходу второго ключа, вход второго интегрирующего усилителя соединен с выходом первого ключа блока установки начальных условий, дополнительно введены четвертый ключ, операционный усилитель с конденсатором в цепи обратной связи, источник смещения с добавочным резистором, диод, резистор, параллельный резистор и резистор обратной связи, причем выход второго интегрирующего усилителя через последовательно соединенные диод с резистором, защунтированные параллельным резистором, и четвертый ключ соединен со входом операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи, выход которого через резистор обратной связи соединен со входом 1етвертого ключа и добавочным резистором, соединенным последовательно с источником смещения, управляющий вход четвертого ключа присоединен ко второму выходу блока управления, выход операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи соединен со входом третьего ключа.

На фиг. 1 представлена структурная схема предложенного преобразователя; на фиг. 2 - показаны диаграммы напряжений.

Преобразователь содержит первый интегрирующий усилитель 1, блок 2 установки начальных условий, в который входит первый, второй, третий ключи 3, 4 и 5 и источники 6 опорного напряжения, второй интегрирующий усилитель 7, диодно-резисторная цепь 8, состоящая из диода 9 и резистора 10, параллельный резистор 11, источник смещения 12, добавочный резистор

13,четвертый ключ 14, операционный усилитель 15 с конденсатором в обратной связи, резистор 16 обратной -связи и блок 17 управления.

Преобразователь построен как замкнутая импульсная система, устанавливающая на выходе второго интегрирующего усилителя 7 такой сигнал, чтобы напряжение на выходе операционного усилителя 15 было пропорциональным частоте входных импульсов. Блок 17 управления разделяет периоды входной частоты на четные и нечетные, например Ti и Ti, Т2 и Та (фиг. 2). В нечетные периоды замыкаются ключи 4 и

14,а ключи 3 и 5 размыкаются. Первый интегрирующий усилитель 1 переводится в режим масштабного усилителя и на его выход записываются начальные условия от источника 6 опорного сигнала через ключ 4. Одновременно через ключ 14 на операционный усилитель 15 передается напряжение со второго интегрирующего усилителя 7, которое остается постоянным на время размыкания ключа 3. В четные периоды происходит перевод ключевых устройств в противоположное состояние, т.е. ключи 4 и 14 размыкаются, а ключи 3 и 5 замыкаются. При этом операционный усилитель 15 переводится в режим запоминания напряжения, установившегося на нем в нечетный период. Это напряжение является выходным сигналом преобразователя и интегрируется первым интегрирующим усилителем 1. Одновременно второй интегрирующий усилитель 7 интегрирует выходное напряжение усилителя 1, поступающее через ключ 3 блока 2 установки начальных условий. С наступлением следующего нечетного периода входных импульсов процессы в преобразователе протекают аналогично.

В установленном преобразователем режиме среднее значение выходного напряжения первого интегрирующего усилителя за период равно нулю, выходное напряжение пропорционально частоте входных импульсов. Пилообразное напряжение DI становится симметричным относительно нулевой линии, а напряжение U2 постоянно в нечетные периоды частоты и изменяется нелинейно в четные, т.е. выходное напряжение преобразователя представляет собой постоянное напряжение с пульсациями в четный период входных .импульсов. Наличие пульсации снижает точность преобразования, поскольку за счет пульсации изменяется среднее значение выходного напряжения первого интегрирующего усилителя 1.

Для исключения пульсаций выходного напряжения и повышения точности преобразования введен четвертый ключ 14. Ключ 14 отключает выход второго интегрирующего усилителя 7 от входа операционного усилителя 15 в моменты поступления напряжения пульсаций на его выход, в результате пульсации не проходят на вход операционного усилителя 15.

На это время операционный усилитель переводится в режим запоминания постоянного напряжения U2, переданного с выхода второго интегрируюшего усилителя 7 в нечетный период входных импульсов. Наличие второго интегрирующего усилителя 7 в преобразователе позволяет включать источник 12 смещения на входе ключа 14. На низких частотах второй интегрирующий усилитель 7 входит в режим насыщения, что исключает возможность возникновения автоколебаний, а на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение при уменьшении частоты входного сигнала до нуля.

При высоких частотах входных импульсов быстродействие преобразователя уменьшается, так как уменьшается петлевой коэффициент усиления схемы. Однако благодаря наличию источника смещения 12 выходное напряжение Uj второго интегрирующего усилителя 7 при изменении частоты входных импульсов изменяет знак (nejiexo