Преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1980 года по МПК H03K13/00 

Изобретение относится к инфор 1ационно-измарительной технике, в част ности к преобразователям напряжения в частоту. Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, источник опорного напряжения устройство сравнения напряжений и цепь формирования импульса обратной связи 1. Недостатком устройства является высокая погрешность преобразования в диапазоне высоких частот выходного сигнала. Наиболее близким по технйч.еской сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий модулятор, выход которого через кондвнса тор, усилитель,Второй конденсатор и управляемый генератор, подключенный к выходу преобраэователя, кото рый через фоЕ лирователь, интегратор элемент выборки-хранения и делитель напряжения соединен со вторым входом модулятора, а выход устройства чере одновибратор соединен с элементом выборки-хранения 2. Выходная частота йреобразователя вязана с входным напряжением следущим соотношением: , .., ПО 1 . где jb - коэффициент преобразования обратной цепи; Кдц - коэффициент передачи делителя напряжения; . коэффициент передачи преобразователя частоты в напряжение, состоящего из формирователя, интегратора, элемента выборки-хранения и одновибратора. Как следует из уравнения преобразования, погрешность известного преобразователя зависит от значения коэффицяента передачи блоков прямой цепи (чем больше этот коэффициент, тем меньше погрешность статизма) и от погрешности блоков цепи обратной свИзи, которая полностью входит в общую погрешность устройства, что предъявляет к последним очень жесткие требования. В данном случае погрешность определяется, в первую очередь, неидеальностью сформированных импульсов,.т.е. завалом фронтов. Очевидно, что при одинаковом завале фронтов погрешность сфор«{ированной вольт-секундной площади возрастает с увеличением частоты (с уменьшением длительности) импульсов. В результате этого при необходимости достижения погрешностей порядка десятых долей процента частотный диапазон известного устройства ограничен частотой 100 кГц и выше крайне затруднительно Таким образом, ограниченность (сверху) частотного диапазона при необходимости достижения высотой точности преобразования является основным недостатком известного преобразователя Цель изобретения - расширение диапазона выходной частоты при сохранении высокой точности преобразования. Поставленная цель, достигается тем что в преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вы ход которого подключен к входу элеме та выборки-хранения, и управляемый генератор, соединенный с выходом пре образователя, дополнительно введены источник опорного напряжения, преобразователь частоты в интервал времени, один вход которого .подключен к выходу устройства, формирователь временных интервалов и два ключа, соединенных выходами с входом интегратора, причем вход первого ключа подключен к входу устройства, а вход второго - к источнику опорного напряжения , управляющий вход второго ключа соединен с выходом преобразователя частоты в интервал времени, второй вход которого подключен к одному выходу формирователя времен ных интервалов, второй выход которого подключен к управляющему входу пе вого ключа, а третий - к другому вхо ду элемента выборки-хранения, соединенного выходом с входом .управляемого генератора. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его р боты. Преобразователь напряжения в частоту содержит интегратор 1, элемент 2 выборки-хранения, управляемый гене ратор 3, источник 4 опорного напряжения, преобразователь 5 частоты в и тервале времени, формирователь време ных интервалов 8 и ключи 6 и 7.Интег ратор 1 через элемент 2 внбррки-хран нения подключен к управляемому генератору 3. К выходу устройства подсое динен преобразователь. 5 частоты в ин тервал времени, ключи б и 7 подключе ны к интегратору 1, ключ 7 подключён к источнику опорного напряжения 4 и преобразователю 5 частоты в интервал времени, ключ б - к входу устройства Формирователь 8 временных интервалов подключен к ключу 6, элемент 2 выбор ки-хранения - к преобразователю 5 ча тоты в интервал времени. Работа преобразователя осуществляЬтся циклично.Каждый цикл состоит из днотактной коммутации ключей 6,7 ключа элемента 2 выборки-хранения. Работа преобразователя синхронизирутся формирователем временных интералов 8 . Время замыкания ключа 7 Т равно fx/ де Kqj- коэффициент передачи преобразователя 5 частоты в интервал времени; fx. - выходная частота устройства, Зв время ТадИзменение напряжения на выходе интегратора 1 определяется ыражением Tjto1| -,. Ги rt.- ° .-o де - времязадающие элементы интегратора;UQ - напряжение эталонного источника. За время Т за1 Флкания ключа 6 измеение напряжения на выходе интегратоа 1 равно , v-4 b,dt--% де U)t - преобразуемое напряжение, причем UxwUo противоположной полярности. За время замыкания ключа элемента 2 выборки-хранения осуществляется ыборка выходного напряжения интегратора, которое запоминается и подается на выход элемента. 2 на время до следующей выборки. Т- Напряжение с выхода элемента 2 выборки-хранения поступает на вход управляемого генератора 3, выходная частота которого пропорциональна этому напряжению. После окончания первого цикла работы время замыкания ключа 7 TXI будет равно i , Vi К. ) Ч,-1, -RC TIC . V ч / к ч о, -Rc де Ку и коэффициенты передачи элемента 2 выборкихранителя и управляемого генератора, соответственно;-j. время замыкания ключа 7 перед началом измерения. п-го цикла После окончания Vi4V4f.-4T хпИспользуя формулы суммы (п членов) геометрической прогрессии преобразуют выражение (1) Ш-Т,(1-«)о. UxПри условии xto W tt - DOО так как Т - cp - «x . в установившемся режиме выходная частота-рав . -1kb Последнее выражение предсталяет с бой уравнение преобразования предлагаемого устройства в установившемся режиме. Главную долю в погрешности предлагаемого преобразователя составляе погрешность вследствие завала фронтов импульсов напряжения на входе интегратора, формируемых с помощью ключей 6 и 7. Эта погрешность тем больше, чем короче время замыкания ключа. Однако в предлагаемом устро стве длительность импульсов, формируемых ключами, ограничена длительностью периода выборки, который мож быть выбран на несколько порядков большим периода выходных импульсов, Таким образом, выходная частота преобразователя может быть эначител но увеличена при сохранении достато но низкой погрешности преобразовани Формула изобретения Преобразователь напряжения в ча ту, содержащий интегратор, выход к торого подключен к входу элемента выборки-хранения, и управляемый генератор, соединенный с выходом преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона выходной частоты при сохранении высокой точности преобразования, в него дополнительно введены источник спорного напряжения, преобразователь частоты в интервал времени, один вход которого подключен к выходу устройства, формирователь временных интервалов и два ключа, соединенных выходами с входом интегратор, причем вход первого ключа подключен к входу устройства, а вход второго - к источнику опорного напряжения, управляю1аий вход второго ключа соединен с выходом преобразователя частоты в инторвгш времени, вторюй вход которого подключен к одному выходу формирователя временных интервалов, второй выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, а третий - к другому входу элемента выборки-хранения, соединенного выходом с входом управляемого генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Приборы и системы управления, 1971 , № 4, с.12, рис.7. 2,Научно-технический отчет Б 314746 Разработка частотно-цифрювых приборюв общепромышленного применения, ЛПИ 1971 (прототип).

...д

LilUi

п.

Ш.1

г,