Квадратичный преобразователь напряжения в частоту Советский патент 1982 года по МПК G06G7/20 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, а также для предварительной обработки переменных высокочастотных сигналов.

Известен квадр&тор, содержащий последовательно соединенные блок интегрирования, нуль-орган, переключатель и источники опорных напряжений |.lj ю

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь низких частот с квадратичной функцией преобразования, содержащий интегратор, первый вход- которого является is входом преобразователя, а выход соединен со входом блока сравнения,- выход которо- го, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом двухпо-. зиционного переключателя, информационные 20 входы которого подключены к источнику положительного и отрицательного опорного напряжения, а выход двухпозиционного

переключателя соединен со вторым входом интегратора f 21 .

Недостатком данных устройств являетсй узкий частотный диапазон преобразования, обусловленный невозможностью использования устройств для преобразования высокочастотных сигналов, так как в этом случае значительно возрастает методическая погрещность преобразования.

Цель изобретения - расщирение частотного диапазона преобразуемых напряжений в область высщих частот.

Поставленная цель достигается тем, что в квадратичный преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого является входом преобразователя, пороговый элемент, выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом .двухпозиционного переключателя, введены повторитель напряжения, зарядный конденсатор и источник образцового nonoxurenf,ного и отрицательного тока, причем вход 396 гювторитепя напряжения соединен с выходом интегратора, а выход повторителя напряжения через зарядный конденсатор соединен со входом порогового элемента и с выходом двухлозйционного перекпючатепя, информационные входы которого соединены с источником образцвого положительного и отрицательного тока. На чертеже приведена блок-схема пред лагаемого преобразователя. Схема содержит интегратор 1, повторитель 2 напряжения, конденсатор 3, пороговый элемент 4, состоящий из дифферелниального усилителя 5 и двух резисторов 6 и 7, переключатель 8 и источник 9 образцового тока, Устройство представляет собой преобразователь напряжение-частота с квадратичной функщшй преобразования и работает след}аощим образом. Рассмотрим работу при отсутствии входного напряжения. Пусть .на вход поро гопого элемента 4 подано пороговое на- иряжемпе отрицательной полярности - Un а тшреключатель 8 находится в нижнем Иоложении. В этом случае происходит заряд конденсатора 3 постоянным током -0 источника 9 образцового тока через малое выходное сопротивление повторителя 2 Напряжение в точке А изменяется линейно (заряд идет постоянным током) до момента равенства его пороговому напряженшо - В момент равенства напряягепия в точке А пороговому напряжению Уд -Uy, срабатывает пороговый элемент В результате изменяется полярность порогового напряжения, а переключатель 8 перв0(цится в верхнее положение. Происходит процесс перезаряда конденсатора тоКом + DO, при этом напряжение в точке А изменяется также линейно, но в противоположную сторону до момента равенства его пороговому напряжению + Uy . В момент равенства Уд + U вновь срабатывает пороговый элемент, изменяя тем самым полярность порогового напряжения и положение переключателя 8. Далее цикл повторяется. Таким образом, цикл преобразования состоит из двух тактов ija nepso такте переключатель .8 находится в нижнем положении и пороговое напряжение от рицательно-Uy,; во втором такте переключатель находится в верхнем положении и пороговое напряжение положительно. 4-Urf.. Работа схемы в течение одного цикла преобразования, при отсутствии входного сигнала, описывается уравнениями . Ti D Jг С .| где Т и Т - длительности соответст ветственно первого и вторЪго тактов; С - емкость конденсатора 3. Решая уравнения (1) и (2) относительно. Ъ и , определим частоту следования импульсов на выходе преобразователя. . л) -- J- ПНЧ иС которая носит название начальной частоты преобразователя. Рассмотрим работу преобразователя при подключении на вход переменного напряжения. Выходное напряжение повторителя 2 равно выходному напряжению интегратора 1 и представляет собой интегральное значение входного сигнала U WВ общем случае выходное напряи ение интегратора определяется выражением .-4::K(t)dt, где Х RC - постоянная времени интегратора Так как входное напряжение Uj((t) величина переменная, то и интеграл от нее по времени также величина переменная. В точке А происходит суммирование выходного напряжения интегратора 1 и пилообразного напряжения, формируемого зарядом емкости 3, опорным током ±ЛоВ остальном работа схемы не отличается от вышеописанной при отсутствии входноГ- сигнала. Процессы в течение одного цикла преобразования описываются уравнениями -аии, (4) - - --zuH Решив уравнения (4) и (5) относительно Т и получим выражение для выходной частоты преобразователя 4и„ЭоГЙ иЬ -с -SU, °пнч 4Uv,Dor, пич .- постоянный коэффициент. 4Uv,DoX пределяемый параметрами преобразователя.

Последнее выражение представляет собой функцию преобразования предлагаемого преобразователя.

В отличие от известного, где суммирование текущих значений преобразуемого напряжения и опорного сигнала осуществляется в интеграторе, в предлагаемом устройстве суммирование интегральных значений преобразуемого напряжения и опорного сигнала происходит на входе сра

нивающего устройства, чем достигается получение значительно более высокой начальной частоты преобразователя, чем в известном, так как интегратор 1 в ее формировании участия не принимает.

Действительно, максимальная начальная частота в известном ограничивается инерционностью усилителя,, на котором выполнен интегратор, задержкой сравнивающего устройства и задержкой переключателя, причем инерционность усилителя

. играет доминирующую роль.

В предлагаемом преобразователе инерционность усилителя интератора 1 не оказывает влияния на формирование начальной частоты, поэтому она может быт получена значительно более высокой.

Таким образом, предлагаемый преобразователь может быть использован для преобразования высокочастотных сигналов, так как соотношениех Цд будетмал и методическая погрешность из-за изменения входного сигнала в течение одного цикла преобразования незначительна. Дополнительным преимуществом устройства является то, что снижаются требования к интегратору, так как он, во-первых, работает с частотой преобразуемого UyCt сигнала, а не с частотой выходного сигнала- 3,1 , как это имеет место в известном (частота выходного сигнала по крайней мере в 1Q - 50 раз вьппе частоты входного сигнала) и, во-вторых, интегратор работает в X рзз более узком динамическом диапазоне (X - допустимо значение пик-фактора в известном), так

как в известном интегрируется сумма преобразуемого и опорного напряжения, а в предлагаемом устройстве - только преобразуемое напряжение.

Таким образом, диапазон преобразуемых напряжений расширяется в область высоких частот (до 200 - ЗОО кГц), а известное используется для преобразования сигналов, частота которых не превышает 5 - 1О кГц.

Формула изобретения

Квадратичный преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого является входом преобразователя, пороговый элемент, выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя, .о т - личающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона преобразуемых напряжений в область высших частот, в него введены повторитель напряжения, зарядный конденсатор и источник образцового положительного и отрицательного тока, причем вход повтхэрите- ля напряжения соединен с выходом интегратора, а выход повторителя напряжения через зарядный конденсатор соединен со входом порогового -элемента и с выходом двухпозиционного переключателя, информационные входы которого соединены с источником образцового положительного р ртрицательного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 643907, кл. G06 G 7/2О, 1977.

2.Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систе контроля и измерения. М., Энергия, 1976, с. 175- 176, рис. 3-31 (прототип) .