Преобразователь напряжение-частота Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

КО Входу которого подключен источник входного сигнала U и разноименные электроды диодов 2, 3, другие разноименные электроды которых через резисторы 4, 5 соединены с источником напряжения Е, дифференциальный усилитель 6, соединенный с интегратором через резистор 7 и ох.ваченный резистивной отрицательной обратной связью через резистор8; диодные ключи 9 и 10, включающие в себя диоды 11, 12, входные резисторы 13, 14, соединенные с выходом дифференциального усилителя, и смещающие резисторы 15, 16, подключенные к источникам опорных напряжений Е- и Е+.

Выходы диодных ключей соединены с резисторами 17, 18, 19, входящими в цепь положительной обратной связи дифференциального усилителя 6, и с входами инверторов 20, 21, причем база транзистора инвертора 21 через резистор 22 соединена с источником Е4. Выходы инверторов 20, 21 через резисторы 23, 24 и диоды 2, 3 соеди.-нены со входом операционного усилителя интегратора 1.

Принцип действия преобразователя заключается в следующем.

При нулевом значении входного сигнала и, пренебрегая смещением нуля операционных усилителей, можно считать выходные напряжения интегратора 1 (Ни) и дифференциального усилителя 6 (f/y) равным нулю.

В этом случае диодные ключи 9, 10 находятся в непроводящем состоянии и напряжения на их выходах также равны нулю. В результате инвертор 20 закрыт, а инвертор 21 открыт, благодаря резистору смещения 22.

При соответствующем выборе величин резисторов 4, 23 и 5, 24 диоды 2 и 3 оказываются в непроводящем состоянии и выходные напряжения инверторов 20 и 21 не влияют на работу интегратора 1.

При появлении входного сигнала положительной полярности () на выходе интегратора 1 возникает отрицательное напряжение, линейно изменяющееся во времени при f/ const, т. е. и 11 и, где

т

т - постоянная интегрирования.

Напряжение на выходе дифференциального усилителя /у также изменяется по линейному закону до тех пор, пока Vj не достигнет порогового значения t/+, при котором происходит открывание диодного ключа 9 (U+ , где , 15 - сопро 15

тивления резисторов 13, 15). При открывании диода 11 усилитель 6 охватывается положительной обратной связью, которая при определенном соотношении резисторов цепей положительной и отрицательной обратных связей обеспечивает переход усилителя 6 в релейный режим. В результате напряжение Ну скачком изменяется от уровня U+ до напряжения положительного насыщения дифференциального усилителя 6, и на выходе диодного ключа 9 возникает

положительное напряжение, открывающее инвертор 20. При этом выходное напряжение инвертора 20 принимает нулевое значение, диод 2 открывается за счет резистора смещения 4 и напряжение U на выходе

интегратора 1 начинает быстро возвращаться к нулю под действием разности тол с Е- /...

ков , где RI, - сопротивление

Ry R

резистора 4, а - входное сопротивление интегратора 1.

(Сопротивления резисторов и R выбираются так, что при любом входном сигнале--- --, благодаря чему обеспечиваетf i R

ся быстрый сброс интегратора).

В момент, когда сигнал на выходе интегратора UK подойдет к порогу отпускания релейного элемента на усилителе 6, происходит скачкообразное уменьшение напряжения С/у, что приводит к закрыванию диодного ключа 9 и, сле}1овательно, к закрыванию инвертора 20. В результате диод 2 также закрывается и напряжение t/и на

выходе интегратора 1 начинает вновь изменяться под действием входного сигнала t/.

Рассмотренный процесс периодически повторяется. Период процесса + Tz, где

Ti - время изменения {/„ нод действием входного сигнала; Т - время сброса интегратора, когда С/и изменяется под действием сигналов Е и U. Если обеспечить

, то , где А - ширина

и

петли гистерезиса релейного элемента на дифференциальном усилителе 6.

Следовательно, частота импульсов / на выходе инвертора 20 (выход /+) прямо пропордиональна входному напряжению U. Для отрицательных входных сигналов () работа схемы происходит аналогичным образом с той лишь разницей, что напряжение С/и на выходе интегратора 1

принимает положительные значения, а напряжение . Поэтому происходит открывание диодного ключа 10, в результате чего инвертор 21 закрывается, потенциал на его коллекторе повышается, диод 3 открывается и обеспечивает сброс интегратора. В этом случае импульсы с частотой f возникают на выходе инвертора 21 (выход /). Таким образом преобразователь различает знак .входного сигнала, формируя пе.риодические последовательности импульсов на соответствующих выходах, при этом частота следования импульсов определяется абсолютной величиной входного напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь напряжение - частота, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, вход которого подключен к шине входного сигнала, а выход через резистор соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, первый и второй диоды, одни разноименные электроды которых соединены со входом операционного усилителя интегратора, а другие разноименные электроды через резисторы - с источником напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, дифференциальный усилитель охвачен резистивной отрицательной обратной связью, его выход через первый и второй диодные ключи и резисторы соединен с его неинвертирующим входом, причем последний через резистор соединен с общей шиной, выходы обоих диодных ключей соединены с управляющими входами первого и второго инверторов, выходы которых через резисторы подключены к соответствующим электродам первого и второго диодов, резисторы смещения диодных ключей соединены с источниками напряжений соответствующей

полярности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Махнанов В. Д., Малохин Н. Т. Устройства частотного и время-импульсного

преобразования, М., «Энергия, 1970, с. 52-55, рис. 21.

2.Авторское свидетельство СССР № 394938, кл. Н ОЗК 13/20, 1973 (прототип).