Генератор управляемой частоты Советский патент 1979 года по МПК H03K4/06 G06G7/18 

(54) ГЕНЕРАТОР УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в устройствах измерительной техники в качестве преобразователя напряжения в частоту.

Известен преобразователь напряжениечастота, содержащий времязадающий конденсатор, управляемые генераторы тока, электронные ключи, компаратор, источник эталонного напряжения (1. Работа преобразователя основана на перезаряде конденсатора с помощью управляемь1х генераторов тока, выходной ток которых пропорционален входному напряжению.

Недостатком устройства является высокая сложность электрической схемы, сравнительно высокий при данной сложности преобразователя температурный коэффициент выходной частоты.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является преобразователь напряжение-частота, содержащий источник управляющего напряжения, управляемый транзисторный мост, интегрирующий усилитель, формирователь опорного напряжения, резисторы, компаратор, триггер со счетным входом, диоды 2. Работа преобразователя основана на изменений направления перезаряда конденсатора путем изменения положения его обкладок по отнрщению к времязадающему резистору, которое осуществляется с

помощью управляемого транзисторного моста.

Недостатком такого генератора является низкая точность преобразования напряжение-частота, поскольку напряжение с конденсатора передается на вход компаратора

через диоды, что вызывает высокий уровень дополнительной температурной погрешности мультипликативного характера. Кроме того, в устройстве имеется сильная зависимость выходной частоты от входного сопротивления компаратора и сопротивления транзисторов управляемого моста в закрытом состоянии, что является источником дополнительной погрёщностй преобразования нелинейного характера и увеличивает порог чувствительности преобразователя. Сопротивления

закрытых транзисторов управляемого моста

у входное сопротивление компаратора щунтируют интегрирующий конденсатор, уменьщая постоянную времени заряда конденсатора и уровень, к которому стремится при заряде напряжение на конденсаторе. Поскольку времязадающий резистор должен иметь сопротивление много больаге, чей сопротивления открытых транзисторов управляемого моста, то величину сопротивления приходится выбирать из довольно жесткого и не всегда удовлетворительно выполняемого условия:

.r ,

где ROT, RST - сопротивления соответственно открытых и закрь1тых транзисторов управляейото моста;

R к - входное сопротивление компаратора;

R - сопротивление времязадающего резистора. ,

Цель изобретения - повышение точности и динамических свойств преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе напряжение-частота, содержащем источник управляющего напряжения, управляемый мост, интегрирующий усилитель, koMoapaTOp формирШаТёЛь опорного напряжения, и резисторы, управляемый мост выполнен резистивно-транзисторным, два последовательно соединенных резистора которого подключены к источнику управляющего напряжения, точка соединения этих резисторов подключена к неинвертирующему входу интегрирующего усилителя, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения транзисторов управляемого моста, а выход - к первому входу компаратора, второй вход которого через резистор подключен к точке соединения резисторов управляемого моста, а выходы компаратора подключены к управляющим электродам транзисторов моста.

На чертеже приведена структурная элекрическая схема генератора управляемой часTOTbl.

Схема генератора содержит управляемый резистивно-транзисторный мост 1, включающий резистивный делитель напряжения с резисторами 2 и 3, цепочку последовательно включенных полевых транзисторов 4 и 5, интегратор, состоящий из операционного усилителя 6, времязадающих резистора 7 и конденсатора 8, а также резистора 9, соединенногос неинвертирующим входом усилителя 6, компаратор 10 с парафазным выходом, содержащий парафазный усилитель 11 и резисторы 12, 13, 14 формирователь 15 опорного напряжения, выполненный на резисторе 16 и стабилитронах 17, 18 компенсированного типа и источник 19 управляюЩего напряжения.

Работа генератора управляемой частоты происходит следующим образом.

Пусть исходное состояние генератора таково, что на первом выходе парафазного

усилителя 11 .имеется положительное напряжение . .В этом случае формирователь 15 опорного напряжения образует опорное напряжение также положительной полярности, полевой транз.истор 4 открыт, а транзистор 5 закрыт. На интегратор при этих условиях подается напряжение с источника входного сигнала положительной полярности, а на выходе усилителя формируется линейно падающее напряжение, скорость изменения которого пропорциональна напряжению входного сигнала. В момент достижения напряжением на вь1ходе интегратора порогового значения, усилитель I1 компаратора опрокидывается и переходит в новое состояние. В новом состоянии на первом выходе усилителя И имеется отрицательное напряжение, а на втором выходе - положительное. В этом случае транзистор 4 оказывается закрыт, а транзистор 5 - открыт, и на вход операционного усилителя 6 интегратора теперь подается отрицательное нaпpя keниe

от источника 19 управляющего напряжения. На выходе интегратора образуется линейно нарастающее напряжение со скоростью нарастания пропорциональной напряжению входного сигнала. Схема находится в новом состоянии до тех пор пока напряжение на

выходе интегратора не достигнет порогового значения обратной полярности. Компарация напряжения интегратора с напряжением на прецизионных компенсированных стабилитронах позволяет строго стабилизировать

амплитуду треугольных колебаний. Требования к входному сопротивлению компаратора невысокие, так как формирование треугольных колебаний происходит на интеграторе, построенном на операционном усилителе, и значит, в большой степени, нечувствительным к нагрузке. Амплитуда треугольных колебаний задается соотношением сопротивлений резисторов 12, 13 компаратора.

В данном преобразователе второй вход парафазного усилителя 11 через резистор 14 подключен к выходу резистивного делителя управляемого моста 1, что оказывается необходимым для улучшения его динамических свойств. В ряде случаев сигнал источника управляющего напряжения может содержать короткие импульсы помех или иметь на отдельных участках характер быстро изменяющейся функции. Все это вызывает синхронные изменения на выходе интегратора -и может вызывать преждевременное

или с запаздыванием срабатывание компаратора 10. С целью устранения названного эффекта в генераторе имеется описанное подключение одного из входов компаратора, что компенсирует колебания напряжения на

неинвертирующём входе интегрирующего усилителя 6 (а значит и на выходе интегратора) путем синхронногосмещения порога срабатывания компаратора 10.

В данном изобретении совсем не требуется, чтобы сопротивление времязадающего резистора 7 было значительно больше сопротивления закрытого транзистора управляемого моста 1, а достаточно, чтобы: 2R7/R3,.T ,

что позволяет не только в значительно больших пределах выбирать значение сопротивления времязадающего резистора 7, чем в прототипе, но и в большей мере удовлетво рять приведенное условие, уменьшив тем самым дестабилизирующее действие паразитных параметров управляемого моста.

Практически такое схемное решение позволяет более чем на порядок увеличить точность преобразования напряжения в частоту.

Формула изобретения

Генератор управляемой частоты, содержащий источник управляющего напряжения, управляемый мост, интегрирующий усилитель, компаратор формирователь опорного напряжения и резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и динамических свойств преобразования, управляемый мост вьшолнен резистивно-транзисторным, два последовательно соединенных резистора которого подключены к источнику управляющего напряжения, точка соединения этих резисторов подключена к неинвертирующему входу интегрирующего усилителя, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения транзисторов управляемого моста, а выход - к первому входу компаратора, второй вход которого через резистор подключен к точке соединения резисторов управляемого моста, а выходы компара5тора подключены к управляющим электродам транзисторов моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 цифровые вольтметры постоянного тока. Ленинград, «Энергия, 1976, с. 138, рис. 3-21.