Частотно-импульсный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 H03B19/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в энергетике для изкерения расхода электроэнергии.

Известны частотно-импульсные умножители частоты, которые осуществляют умножение частот, либо умножение частоты на код. Эти устройства построены в виде частотно-имггульг JQ сной следящей системы, в контуре которой имеется элемент задержки, например, в виде делителя частоты в цепи обратной связи tljОднако указанные устройства ха- js рактеризуются низким быстродействием.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотно-импульсный преобразователь, 20 содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом ключа, обладающий высокой точностью и быстродействием ..

Однако известный преобразователь не дает возможности получить выходную частоту, пропорциональную произведению двух входных величин.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно создание частотно-импульсного преобразователя, выходная частота которого пропорциональна произведению входного тока и входной частоты с высокими показателями по точности и быстродействию.

Указанная цель достигается тем, что частотно-импульсный преобразователь, содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом ключа, источник эталонного тока, выход которого связан с выходом ключа, дополнительно содер39жит преобразователь периода в код, блок перепмси кода, счетчик, дешифратор, первый и второй генераторы импульсов опорной частоты, первый и второй распределители импульсов, диф ференцирующую цепь, диод и выходной RS-Tpn.rep, при этом выход первого генератора.импульсов опорной частоты через последовательно соединенные первый распределитель импульсов, преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор и второй распределитель связан с R-вХо дом RS-триггера и с входной клеммой опорной частоты, а также с вторым входом преобразователя периода в код непосредственно, второй вход второго распределителя импульсов через последовательно соединенные дифференцирующую цепь и диод связан с в ходом сравнивающего блока, а его тре тий вход соединен с выходом второго генератора импульсов опорной частоты, второй выход второго распределителя импульсов связан с управляющи входом блока переписи кода,а его третий выход соединен с S-входом выходного RSтригг ра и с вычитакмцим входом счетчика, причем выход RS-триггера связан с управляющим входом ключа. На фиг. 1 приведена блок-схема ча стотно-импульсного преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы напряжений. Частотно-импульсный преобразователь содержит источник 1 входного то ка, интегрирующий конденсатор 2, соединенньй с входом сравнивающего блока 3, источник эталонного тока, ключ 5, преобразователь 6 периода в код, блок 7 переписи кода, счетчик 8, дешифратор 9, первый 10 и вто рой ;11 генераторы импульсов опорной частоты, первый 12 и второй t3 распределители и выходной RS-тpиг0эp }k. При этом первый вход 15 первого распределителя 12 связан с выходом генератора импульсов входной частоты через клемму 16, первый выход 17 с управляющим счетным входом 18, вто рой выход 19 - с клеммой 20 переписи кода, а третий выход 21 - с клемт мой 22 обнуления зреобразователя периода в код 6, выход первого генератора 10 имг1ульсов опорной частоты связан с вторым входом 23 первого распределителя 12 .импульсов и с вход ной клеммой 2 опорной частоты преобразователя 6 периода в код. Первы вход 25 второго распределителя 13 4 импульсов через последовательно соединенные дифференцирующую цепь 26 и диод 27 связан с выходом сравнивающего блока 3, второй вход 28 - с выходом второго генератора 11 импульсов опорной частоты, а третий вход 29 с выходом дешифратора 9, связанного своими входами с выходами счетчика 8. Первый выход 30 второго распределителя 13 связан с-управляющим входом 31 блока 7переписи кода, второй выход 32- cS-входом выходного RS-триггера и с вычитающим счетным входом 33 счетчика 8, а третий выход З с R-входом выходного RS-триггера 1, выход которого связан с выходной клеммой 35 преобразователя и с управляющим входом 36 ключа. Выход преобразователя 6 периода в код связан через блок 7 переписи кода с установочными входами счетчика 8. Входными параметрами преобразователя являются входной ток 3gyисточника 1 и частота следования импульсов Fg на входной клемме 16 выходной величиной является частота следования импульсов на выходной клем Ае 35, которая равна с т .р «ь,х |-з;7 где fpn. и foni 3 03 следования импульсов на выходе первого и второго 11 генераторов опорной частоты. Преобразователь работает следующим образом. .Входной ток (фиг. 2а) интегрируется на интегрирующем конденсаторе 2, напряжение на котором изменяется в соответствии с диаграммой (фиг.2и). При достижении напряжением уровня срабатывания сравнивающего блока 3 по сигналу с выхода последнего вырабатывается импульс необходимой длительности на выходе RS-триггера 14 (фиг. 2ж), который поступает на управляющий вход ключа 5, подающего на интегрирующий конденсатор 2 уравновешивающий импульс тока от источника k эталонного тока.. Частота следования указанных импульсов есть выходная частота преобразователя. Формирование длительности уравновешивающих импульсов происходит следующим образом. Импульсы входной частоты (фиг.26) через клемму 16 подаются на первый вход 15 распределителя 12, на второй вход 23 которого подаются импульсы опорной частоты от генератора 10. Распределитель 12 импульсов управляет работой преобразователя 6 периода в код, который содержит счетный триггер, два счетчика,осуществляющих поочередный счет импульсов опорной частоты по суммирующим входам, а также запоминающий регистр. После поступления импульса входной частоты на вход 15 первый импульс опорной частоты поступает с первого выхода 17 распределителя 12 на управляющий счетный вход 18 преобразователя 6 периода в код. Счетный триггер меняет свое состояние, открывая вход предварительно обнуленного счетчика который начинает заполняться импульсами опорной частоты первого генератора 10, пос-/упающими на входную клемму 2Ц. Второй импульс опорной ча стоты с второго выхода 19 распределителя 12, поступая на клемму 20 переписи кода, производит перепись в запоминающий регистр преобразователя период - код значение кода, накопленного в другом счетчике за предыдущий период. Третий импульс с тре тьего выхода 21 распределителя 12, поступая на клемму 22, производит обнуление счетчика, код которого был записан в запоминающий регистр преобразователя периода в код. Диаграмма изменения кодов на счет чиках представлена на фиг. 26 и г, а на запоминающем регистре, т.е. на выходе преобразователя периода в код на фиг. 2д. Таким образом, на выхо-де преобразователя 6 периода в код все время хранится код, соответствующий текущему значению периода входной частоты. При появлении положительного скач ка напряжения на выходе сравнивающего блока 3 он через дифференцирующую цепь 2б и диод 27 поступает на первый вход 25 второго распределител После этого первый импульс с выхода второго генератора 11 опорной частоты проходит на первый выход 30 распределителя 13 и на управляющий вход 31 блока 7 переписи кода, после чего код с выхода преобразователя периода в код записывается в счетчик 8. Второй импульс генератора 11 проходит на второй выход 32 распределителя 13, откуда поступает на S-вход ВЫХОДНОГО Триггера Т, переводя его в единичное состояние, второй импульс и последующие поступают также на вычитающий счетный вход -33 счетчика 8. Когда значение кода на выходе последнего примет нулевое значение, появляется сигнал на выходе дешифратора 9, который поступает на третий вход 29 распределителя 13. При этом формирование импульсов на втором выходе 32 распределителя 13 прекращается, а на третьем выходе 3 появляется один импульс, который поступает на R-вход выходного RS-триг|Гера 1 и переводит его в исходное состояние. Длительность импульса на выходе RS-триггера г- , ОП1 , I, - . , ОП1вх Выходная частота равна: . -Звх . эт опч -эт т.е. выходная частота пропорциональна произведению входного тока и входной частоты. Основные качественные показатели частотно-импульсного преобразователя. Предлагаемая схема позволяет получить высокую точность преобразователя. Действительно, точность преобразователей следящего уравновешивания зависит от точности стабилизатора эталонного тока точности выработки длительности эталонного импульса. Соответствующим выбором величин опорных частот fo можно легко обеспечить требуемую дискретность измерения периода следования выходных импульсов и необходимый -масштаб преобразования. Стабильность опорных частот также может быть высокой при применении, например, кварцевого резонатора. Стабильный источник эталонного тока также хорошо реализуется. Предлагаемая схема позволяет получить высокое быстродействие при формировании выходных импульсов, частота которых пропорциональна произведению двух величин. Известно, что переходный процесс в преобразователе следящего уравновешивания заканчивается за один такт, так как к началу каждого такта напряжение на интегрирующем конденсаторе равно одному и тому же пороговому напряжению сраба79

тывания сравнивающего блока Небольшие отклонения от номинального напряжения срабатывания обусловлены только дискретностью опорной частоты, а также в случае необходимой задержки в формировании уравновешивающего импульса при совпадении моментов срабатывания сравнивающего блока и блока переписи кода. Однако эти отклонения можно свести к достаточно малым величинам увеличением опорных частот.

Важным динамическим показателем предлагаемого преобразователя является высокая равномерность выходной частоты. Он выгодно отличается от частотных умножителей, оперирующих с пачками импульсов или имеющих в контуре обратной связи элемент задержки.

Предлагаемая схема позволяет при сравнительно небольших схемных затратах обеспечить высокие показатели по точности и быстродействию при умножении -двух или более .величин.

Формула изобретения

Частотно-импульсный преобразователь, содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом ключа, источник эталонного тока, выход которого связан с выходом ключа, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устрой98

ства, оно дополнительно содержит преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик,дешифратор, первый и второй генераторы импульсов опорной частоты, первый и второй распределители импульсов, дифференцирующую цепь, диод и выходной RS-триггер, при этом выход первого генератора импульсов опорной частоты через последовательно соединенные первый распределитель импульсов, преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор и второй распределитель импульсов, связан с R-входом RS-триггера и с входной клеммой опорной частоты, а также с вторым входом преобразователя периода в код-непосредственно, второй вход второго распределителя импульсов через последовательно соединенные дифференцирующую цепь и диод связан с выходом сравнивающего блока, а его третий вход соединен с выходом второго генератора импульсов порной частоты, второй выход втоого распреде/(ителя импульсов связан с управляющим входом блока переписи кода, а его третий вход соединен с S-входом выходного RS-триггера и с. вычитающим входом счетчика, причем ыход RS-триггера связан с управляюим входом ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР tf 420082, кл. Н 03 В 19/00,. IS.

2.Авторское свидетельство СССР № 6it970, кл. Н 03 К 13/20, 1975.

f

.- хЛ . ,.

П Г1

(JJuzZ

П П П г

-/f