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

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ

1 .

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может найти применение при построении цифровых вольтметров действующего значения.

Известен преобразователь действующего значения напряжения в частоту, содержащий физический квадрат тор 1.

Недостатком данного преобразователя является низкая точность.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый и второй интеграторы, основные входы которых подключены к входной шине преобразователя, а выходы - соответственно к входу нуль-органа и первому входу компаратора, триггер, входы которого подключены к выходам нуль-органа и компаратора, а выход соединен с входом запуска второго ...интегратора и с управляющим входом ключа, включенного между дополни- .

тельным входом первого интегратора и источником .опорного напряженияС2.

Однако применение этого преобразователя для построения цифрового вольтметра действующего значения существенно усложняет прибор ввиду необходимости реализации операции извлечения квадратного корня из среднего значения выходной частоты прет образователя, так как недостатком является квадратичная функция преобразования.

Целью изобретения является линеаризация выходной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый и второй интеграторы, основные входы которых подключены к входной шине преобразователя, а выходы - соответственно к входу.нульоргана и первому входу компаратора, триггер, входы которого подключены к выходам нуль-органа и компаратора, 39 а выход соединен с входом запуска второго интегратора и с управляющим входом ключа, включенного между дополнительным входом первого интегратора и источником опорного напряжения, введены последовательно соединеннае формирователь импульсов стабильной площади и усредняющий фильтр, причем вход формирователя импульсов cfa6ильнoй площади соединен с выходом триггера, а выход усредняющего фильтра соединен с вторым входом компаратора. На фиг. 1 представлена функционал ная электрическая схема преобразователя. Устройство содержит входную шину, 1 JK которой подключены основные входы первого 2 и второго 3 интеграторов. Выход второго интегратора 3 соединен с входом нуль-органа Ц, выход которого присоединен к первому входу триггера 5, а выход последнего соединен с входом запуска интег ратора 3 с управляющим входом ключа 6 и с выходной шиной 7 устройства. Ключ 6 соединяет источник 8 опор ного .напряжения с вторым входом первого интегратора 2, а выход второго интегратора 3 соединен с первым входом компаратора 9, к второму входу которого присоединен выход усредняющего фильтра 10, вход которого соединен с выходом формирователя 11 импульсов стабильной площади, причем вход формирователя 11 импульсов стабильной площади соединен с выходом 7 устройства, а вход компаратора 9 сое динен с вторым входом триггера 5. Работу устройства поясняют временные диаграммы, представленные на фиг.2, где ( входное напряжение; U2- выходное напряжение первого интегратора 2; 1/4 - выходное напряжение нуль-органа k, выходное напряжение триггера 5; выходное напряжение усредняющего фильтра 10; Ug - выходное напряжение компаратора 3, выходное напряжение аналогового ключа 6, U§- выходное напряжение источника 8 опорного напряжения. Устройство работает следующим образом. Под воздействием входного напряже ния Ug напряжение Ui2 на выходе перво го интегратора 2 (фиг.1 и 2) убывает. При переходе этого напряжения ч рез нулевой уровень срабатывает нуль орган и своим выходным импульсом и устанавливает триггер 5 в состояние 1, причем одновременно с этим запускается второй интегратор 3 и замыкается аналоговый ключ 6. Поступающее через аналоговый ключ 6 на.второй вход первого интегратора 2 напряжение UQ с выхода источника 8 опорного напряжения вызывает изменение его выходного напряжения Ул в сторону нарастания. При сравнении значений выходного нарастак)щего напряжения U второго интегратора 3 с выходным напряжением U..,Qусредняющего фильтра 10, компаратор 9 формирует импульс Up , устанавливающий триггер 5 в состояние О. В результате аналоговый ключ 6 размыкается, а второй интегратор 3 возвращается в исходное состояние. Т, в течение которого на вход первого интегратора 2 поступает опорное напряжение Up, определяется выражением 0... . где ug - постоянная времени второго интегратора 3. Дальше снова происходит убывание выходного напряжения UQ первого инТегратора 2 до очередного срабатывания нуль-органа 4 и т.д. В установившемся режиме работа первого интегратора 2 описывается уравнением Ti(V4( г. где t постоянная времени первого интегратора 2; время, в течение которого триггер 5 находится в состоянии О. Решая совместно выражения (1 ) и (2 ) получаем выражение для выходной частоты преобразователя о 3 10 Напряжение выхода усредняющего фильтра 10, являющееся средним напряжением последовательности импульсов с постоянной вольтсекундной площадью, равной SQ, пропорционально среднему значению fв,,х выходной частоты устройства. Напряжение определяется по фо муле ;;o(,J So-,v.. .. Подставив уравнения (ц i и(3 / получим следующее выражение для выход ной частоты устройства . ;вых-о..5. среднее значение выходной частоты за некоторое время Т определяется выражением 8Ы/ Подставив уравнения (5)и (6) и решив уравнение (6 ) относительно получим окончательное выражение для средней выходной частоты преобразователя,dt K-U(7) ..±tu -вых yu,.ir,-So т 1 где к «постоянный размер ный коэффициент; 2 Действующее чение напряжения О . Таким образом, в отличие от из;Вестного преобразователя,среднее зна чение выходной частоты пропорциональ но действующему значению преобразуемого напряжения, а не квадрату действующего значения, как это имеет место в аналогичных известных устрой ствах.

Фиг, Использование предлагаемого устройства в цифровых вольтметрах действующего значения устраняет необходимость дополнительной линеаризации (извлечения квадратного корня из среднего значения частоты). Формула изобретения Преобразователь напряжения в частоту, содержащий первый и второй интеграторы, основные входы которых подключены к входной шине преобра-. зователя, а выходы - соответственно к входу нуль-органа и первому входу компаратора, триггер, входы которого подключены к выходам нуль-органа и компаратора, а выход соединен с входом запуска второго интегратора и («управляющим входом ключа, включенного между дополнительным входом первого интегратора и источником опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики, в него введены последовательно соединенные формирователь импульсов стабильной площади и усредняющий фильтр, причем вход формирователя импульсов стабильной площади соединен с выходом триггера, а выход усредняющего фильтра соединен с вторым входом компаратора. Источники информации , принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 310380, кл. Н 03 К 13/20, 19692.Авторское свидетельство СССР lf , кл. Н 03 К 13/20, 1967 (прототип).

Фиг.2