Преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54) ПРЕОБРАЗСЖАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ

Изо етение относится к электроизмерительной технике к может &1ть испол зовано при построении прецизионных измерительных прео азователей. Известен преобразователь напряжения в частотуf содерисащий интехратор, компаратор с порогами срабатывания и отпускания, масштабный усилитель, вход которого соединен с входом преофазователя. а выход через ключ соединен со BTOpjEM входок интбгратора . Недостатком этого устройства является погрешность преобразования, выдаваемая изменением характеристик масштабного усилителя,-а также значительным влиянием дрейфа нулевого уровня интегра тора в области малых уровней входных напряжений. Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый интегратор, модулятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а - с входом интегратора, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к управляющему входу модулятора 23 . Недостатком его является наличие лагрешности об сждаленной дрейфом нуля интегратора. Цепь изобретения - псюышение точности преобразсмзания. Поставленная цель достигается тем. Что в на&естныЛ преобразователь напряжения в частоту содержащий первый инTerJlkaTop, модулятор, вход вхугорого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с первым входом первого интегратора, компарат(ф, вход которого подключен к шосоцу интегратора, а выход к управлякще Buofy моду лятора, введены формирователь биполярного напряжения, вход которого подключен к выходу компаратора, и второй интегратор, вход которого подключен к выходу формирователя шолярного напряжения, а выход к второму входу первого интегратора. На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема преобразовать ля; на фиг, 2 - временные диаграммы, i поясняющие работу преобразователя; Овходное напряжение: О модулированное входное напряжение; В - постоянная составля гадая напряжения на выходе второго интегратора; I- напряжение на выходе первого интегратора; ( - напряжение на выходе формирователя йшолярного напряжения; 6 - характерные моменты времени работы преобразователя. Преобразователь содержит первый интегратор, состоящий из операционного усилителя 1, конденсатора 2 и резисторо 3 и 4, модулятор 5, выход которого через резистор 3 соединен с входом усилителя 1, компаратор 6 с порогами срабатывания Uc и отпускания UQ 7 выход которого, через формирователь 7 биполярног напряжения подключен ко входу интегратора, состоящего из операционного усилителя 8, конденсатора 9 и резистора 10, а выход второго интегратора подключен через резистор 4 к входу усилителя Устройство работает следующим образом. Входное напряжение Ug постоянного тока, промодулированное модулятором 5, управляемьйл импульсами напряжения пря моугольной формы от компаратора 6, поступает на первый вход первого интерратора. На второй вход первого интегратора поступает выходное напряжение BTQрого интегратора. С момента времени Q. до момента 6 интегрируется сумма промодулированного входного напряжения и выходного напряжения второго интегратора. В момент времени в., когда напряжение на выходе первого интегратора становится равным порогу отпускания DO компаратора 6, последний изменяет свое состояние, прерывая действие входного напряжения на первом входе первого интегратора и изменяя полярност импульсов прямоугольного напряжения на выходе формирователя биполярного напря жения. Формирователь биполярного напря жений всегда вырабатьюает импульсы напряжения прямоугольной формы синхрон но и синфазно с напряжением на вьщоде модулятора входного напряжения, т.е. при действии положительного входного напряжения в интервале t в.,, в/. 1 iходе формирователя 7 действует также положительное напряжение. С момента времени & до момента S, на вход первого интегратора поступает тол1:.ко напряжение с выхода второго интегратора, В результате на интервале O/t ; в} J выходное напряжение интег-, ратора изменяется от Ujj до Ос . Длительность интервала времени б -бЦ-Т является периодом изменения выходного напряжения преобразователя. Рассмотрим работу предлагаемого устройства при условии равенства сопротивлений резисторов 3 и 4, при коэффициенте усиления усилителя 8, равным К при амплитудном значении импульсов формирователя 7, равном (J|tt при разнице порогов срабатывания и отпускания компаратора 6 ( U - UQ) , при длиТ льности положительного импульса на выходе формирователя 7 -Ь вл-Qi а также при смещении нулевых уровней, приведенных ко входу, первого интегратора второго интегратора ДЦлИзменение напряжения на выходе первого интегратора в интервале 0,; 0з. определяется выражением вч J (,i-AU,)dt { Jc-Oo)r, ) в-t где -л - постоянная времени первого интегратора, равная произведению сопротивления резистора 3 или 4 на величину емкости конденсатора 2; и у. - напряжение на выходе второго интегратора. Полагая, что входное напряжение (jpx и смещение AU в течение интервала времени .®1 не изменяется, выражение (1) может бьпъ приведено к виду )T, (г) J ва где Ml--Гц лл. - постоянная составляющая напряжения на Выходе второго интегратора. Путем аналогичных рассуждений можно получить выражение для изменения напряжения на выходе первого интегратора в интервале С0х1 CU.iU,)(T-t,)--(u,Uo)t. (3 ) Здесь следует обратить внимание на -гот факт, что постоянная составляющая напряжения (3л на выходе второго интегратора в установившемся режиме в течение времени -t и (Т - -bxi) остается неизменной /-I йА Р . При этом постоянная составляющая напряжения U на выходе операционного усилнтеля 8 (на выходе второго интетра тора) определяется по формуле 1 -1--цК T-Ч,лuф -.к,,(4) в формуле (4) выражение в скобках предвтавляет собой постоянную составляющую напряжения, действующего на входе второго интегратора, а коэффициент. К отражает конечное значение коэффициента усиления операционного усилителя 8, Из выражений (2), (3) и (4) можно получить . . Цвх Г. /Jisx. . mi т 4(, К, где - выходная частота. Из выражения (5) следует, что смещения нулевых уровней АО и AUj HHTei раторов вызывают только .г льтипликативную погрешность, т.е. практически не ограничивают порога чувствительности преобразователя, причем смешение нулевого уровня первого интегратора оказывается в К раз меньше, чем второго.

ж

1 (5)

0i/f.f Таким офазом, благодаря предпеи аемым отличиям повышается точность преьфазоватвля. Формула изобретения Преофазователь напряжения в частоттг содержащий первый интегратор, мод/лятор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с пер вым входом первого интегратора компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к управлякшему входу модулятора, отличаюший«с я тем, 4it, с целью повышения точности преобразования, в него введены формирователь шолярного напряжения, вхоп которого пооключен к выхооу комп рагора, и второй ингеграгор, вхоа которого пооключен к формирователя биполярного напряжения, а выхоц - ко ; второму вхопу первого интегратора. Источники информации, принятые во внимание при эхспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 457178, ЕЛ. Н 03 К 13/20, от 04.О3.73. 2.Авторское свидетельство СССР № 291155, кп. Н ОЗ К 13/2О, 1969 (прототип).

u

«