Преобразователь напряжения в частоту следования импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

(34) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ Изобретение относится к информационно-измеритепьной технике, в частности к преобразоватепям напряжения в часто ту; и может бытьуиспольаовано в анапого- цифровых преобразователях. Известен преобразователь напряжения. Б частоту спедования импульсов, вьпЮп ненный по принципу периодического интег рирования с импульсной обратной связью (5J Недостатком преобразователя является большое количество разнотипных дисперсных элементов, что затрудняетиспользование элементов интегральной электроники. Известен также преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, содержащий интегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, D -триггер, вход которого подключен К выходу компаратора, а единичный выход - к управляющему входу ключа, источник опорного напряжения, соединенный с входом интегратора через ключ. логический элемент совпадения, первый вход которого подключен к единичному выходу D -триггера, и генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактирующему входу D -триггера, второй выход - ко второму входу гюгического элемента совпадения, а выгод логического элемента совпадения является выходом преобразователя 2 . Недостатком является ограниченйые функциональные возможности, так как он преобразует входной сигнал только одного знака. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь напря- , жения в частоту следования ймпульсовГ содержащий интегратор, к выходу котоjporo подключен вход компаратора, rtepвый В -триггер, вход которого подкл1бчён к выходу компаратора, а единичный выход - к управляющему входу ключа, первый источник опорного, напряжения, соединенный с входом интегратора через первый ключ, первый пoгичecк iй элемент совпадения, первый вход кбторо го подключен к единичному выходу первого i) -триггера, и генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактирующему входу первого D -триггера, второй выход - ко втор му вховд первого логического элемента совпадения, а выход первого логического элемента совпадения является первым выходом преобразователя, введены второй источник опорного напряжения, соединенный со входом интегратора через второй ключ, -управляющий вход которого подключен к нулевому выходу первого D триггера, второй D -триггер, вход которого подключен к единичному выходу первого 3 -триггера, тактирующий вход к первому выходу генератора тактовых импульсов, а единичный выход-К треть ему вхоДу первого логического элемента совпадения, и второй логический элемент совпадения, первый вход которого подклю чен к нулевому выходу второго ,1 -триг гера, второй вход - к нулевому выходу первого D -триггера,,третий вход - ко второму выходу генератора тактовых импульсов, а выход является вторым вы-, ходом преобразователя. На чертеже представлена фу1псциональная электрическая схема преобразователи напряжения в частоту следования импульсов. Преобразователь содержит интегратор 1, к выходу которого подключен вход компаратора 2, первый D -триггер 3, вход которого подключен к выходу компаратора И, а еди1шчный выход - к управляющему входу первого ключа- 4, перBbrti источник 5 опорного напряжения, соединенный с входом интегратора 1 через первый ключ 4, первый логический элеMeiTT 6 совпадения, первый вход которого подключён к единичному выходу первого . В -триггера 3, генератор 7 тактовых импульсов, первый выход которого ПОДКЛЮ чен к тактирующему входу первого 1) триггера 3, а второй выход - ко второму входу первого логического элемента б совпадения, второй источник 8 опорного напряжейия, соединенный со входом интегратора J. через второй ключ 9, управЛ4тющий вход которого подключен к нупе вому выходу первого D -триггера 3, второй В -триггер 10, вход которого под ключен к единичному выходу первого D триггера 3, тактирующий вход - к первому выходу генератора 7 тактовых импульсов, а еди}шчньтй выход - к третьему входу первого логического элемента совпа- дения 6, и второй логический элемент 11 совпадения, первый вход которого подключен к нулевому выходувторого D триггера 10, второй входк нулевому выходу первого Т)-триггера 3, а третий вход-ко второму выходу генератора 7 тактовых импульсов. Вьгходы логических элементов б и 11 являются выходами преобразователя. Преобразователь работает следующим образом. Входное напряжение U постоянно подается на вход интегратора 1, опорные напряжения + U, и - Uon подаются на вход интегратора 1 синхронно с частотой генератора 7 тактовых импульсов ключами 4 и 9. Причем -HJon подается на вход интегратора 1, когда первый D -триггер 3 находится в состоянии 1, что соответствует положительному напряжению на выходе интегратора, а Upn - нулевому состоянию первого X) -триггера 3. Предположим, что Ucy -О, а начальное напряжение на выходе интегратора 1 также равно нулю. Первый ) -триггер 3 будет находиться в состоянии 0 так как на выходе компаратора 2 низкое на.пряжение. Вторым ключом 9 на вход интегратора 1 подается напряжение - Upp. от второго источника 8 опорного напряже1шя. На выходе интегратора 1 напряже- ., ние растет и становится положительным. Первый D -триггер 3 синхронно с тактовым импульсом меняет свое состояние на единичное. Первый ключ 4 подает на вход интегратора 1 опорное напряжение 4 Uon ° первого источника 5 опорного напряжения. Конденсатор С интеграто. ра 1 начинает перезаряжаться. Так как / , постоянные времени заряда и перезаряда конденсатора О одинаковы, токи заряда и разряда конденсатора С также одинаковы, и за времй, равное одному такту следования импульсов генератора 7, напряжение на выходе интегратора 1 достигнет нуля, так как конденсатор С разрядится до начального 1С,остояния, Это приведёт к изменению состояния первого В Триггера 3.. . Таким образом,, состояние первого D -триггера 3 меняется синхронно с частотой следования и,мпульсов генератора 7. Второй D -триггер 10, связанный с первым D -триггером 3 в сдвиговый регистр, меняет свое состояние также синхронно с частотой следования импуль сов генератора 7, но с задержкой в оди такт по сравнению с первым -триггером На выходах логических элементов 6 и 11 совпадения, являющихся вь}ходами п эеобразователя напряжения в частоту импульсов, при входном сигнале,равном нулю, выходные сигналы отсутствуют. Если и не равно нулю, то в зависимости от его величины наступает такой момент, когда напряжение на выходе интегратора 1 так превысит нулевой уровень, что действия разряжаюпюго тока в течение одного такта недостаточно для достижения нуля. Тогда состояние D -триггеров 3 и 1О не изменяется в течение евце одного такта. В этом случае на выходе одного из логических элементов б или 11, что зависит от знака U , появится импульс Средняя частота следования выходных импульсов зависит от величины выходного напряжения. Если ,, /Uoft/ / J&y,Mo,Kc/,a ключи 4 и 9, компаратор 2 и первый D -триггер 3 не имeюf задержек, а операционный усилитель ошибок от дрейфа нуля, тогда первый импульс появится на выход преобразователя в момент tj когда н пряжение на конденсаторе С от действия Uky будет равно напряжению от действия UOH противоположного знака. При этом средняя Выходная частота ых опр Д лится соотношением Р -Г. где f - частота следования тйктовых импульсов. Использование изобретения позвол$гг достигнуть преобразование входного сит нала обеих полярностей, что расшгфяет функциональные возможности преобразователя., формула изобретения Преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, содермсащий ш-ггегратор, к выходу которого подключен вход компаратора, первый D -триггер, вход которого подключен к выходу компаратора, а единичный выход - к управляющему входу первого ключа, первый источник опорного напряжения,, соединенный с вхо-, дом интегратора через первый ключ, первый логический элемент совпадения, первый вход которого подключен к единичному выходу первого В -триггера, и ге- . нератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к тактирующему входу первого 1 -триггера, второй выход- ко второму входу первого логического элемента совпадения, а выход первого логй- ческого элемента совпадения явпяетсйпер;вым входом тгреобразователя, о т л и ч щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей в него введены второй источник опорного напряжения, соединенный со входом интегратора через второй ключ, управляющий вход которого подключен к нулевому выходу первого D -триггера, второй В -триггер, вход которого подключен к единичному выходу первого D -тpиг eра, тактирующий вход - к первому выходу генератора тактовых импульсов, а единичный выход - к третьему входу пер-, вогр логического элемента совпадения, и второй логический элемент совпадения, первый вход которого подключен к нулевому выходу второго В -триггера, второй вход - к нулевому выходу первого D -триггера, третий вход - ко второму выходу генератора тактовых импульсов, а выход является вторым выходом преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3022469, кп. 332-14, 1962. 2. Экспресс-информация, Приборы и элементы автоматики, № 47, 1974, реф. 236 (прототип).