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

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения высокочастотных сигналов.

Известен преобразователь напряжения в частоту с квадратичной функцией преобразования, принципдействия которого основан на циклическом заряде интегратора суммой входного и опорного напряженийи разряде того же интегратора разностьй) этих напряжений .

Данное устройство имеет низкую выходную частоту и поэтому не может быть использовано для преобразования высокочастотных сигналов. Низкая выходная частота ПНЧ обусловлена инерционностью усилителя, на котором выполнен интегратор, и задержкой срабатывания коммутирующих эле ментов.

Известен преобразователь напряжения S частоту, содержащий интегратор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с первым входом первого сравнивающего устройства, источник опорного напряжения и ключ

Недостатком такого преобразователя является ограниченный частотный диапазон, что обусловлено необходимостью периодического сброса интегратора с частотой равной выходной.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь на10пряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с первым входом первого сравнивающего устройства, источник

15 опорного напряжения и ключ, введены сумматор, второе сравнивающее устройство, триггер, первый и второй источники опорного тока и конденсатор, причем выходы источника опорного на20пряжения и интегратора подключены соответственно к первому и BTopor iy входам сумматора, выход сумматора подключен к ервому входу второго сравнивающе о устройства, вторые входы первого ивторого сравнивающих устройств соединены с конденсатором, второй вывод конденсатора соединен с общей шиной устройства, выходом первого источника опорного тока и через 30 ключ - с выходом второго источника

опорного тока, выходы первого и второго сравнивающих устройств подключены соответственно к входам уста.новки 1 и О триггера, выход триггера соединен с управляющим входом ключа.

На фиг.1 приведена схема предложенного преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит интегратор 1 источник опорного напряжения 2,сумматор 3, два сравнивающих устрой-ства 4 и 5, конденсатор 6, два источника опорного тока 7 и 8, ключ 9 и триггер 10.

Вход интегратора 1 соединен с входной шиной устройства, а выход с первым входом первого сравнивающего устройства 4 и первым входом сумматора 3,. второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения 2, выход сумматора 3 соединен с первым входом второго сравнивающего устройства 5, вторые входы обои сравнивающих устройств соединен с одним из выводов конденсатора б, второй вывод конденсатора б соединен с общей шиной устройства, выходом первого источника опорного тока 7 и через ключ 9 с выходом второго источника опорного тока 8, выход первого сравнивающего устройства 4 подключен к входу установки 1 триггера 10, а выход второго сравнивающего устройства 5 подключен к входу установки О триггера 10, прямой выход триггера 10 соединен с выходной шиной устройства, а инверсный выход триггера 10 подключен к управляющему входу ключа 9.

Устройство работает следующим образом.

В общем случае выходное напряжение интегратора 1 определяется выражением

А ,(t)dt,, О)

где постоянная времени интегратора.

Когда-выходной Уд сигнал интегратора 1 представляет собой напряжение синусоидальной формы Сем.фиг.2), в сумматоре 3 происходит сложение выходного сигнала интегратора 1 U и опорного.напряжения U.Таким образом, на первый вход первого сравнивающего устройства 4 подается напряжение Цд, представляющее собой интегральное значение входного сигнала U(t), а на первый вход второго сравнивающего устройства 5 - напряжение

в А UoЦикл преобразования состоит из

двух тактов. В первом такте триггер 10 находится в единичном состоянии.

ключ 9 разомкнут, т.е. происходит заряд конденсатора б током +1 от источника опорного тока 7.

Напряжение в точке С (фиг.1 и фиг.2) и,которое подается на вторые входы сравнивающих устройств 4, и 5, линейно нарастает до момента равенства его выходному напряжению сумматора 3 U. В момент равенства напряжений Ug U срабатывает второе сравнивающее устройство 5, переводя триггер 10 в нулевое состояние. В результате ключ 9 замыкается и начинается второй такт работы устройства.

В течение второго такта напряжение в точке С Up линейно убывает, так как в этом случае происходит перезаряд конденсатора б током -21 от второго источника опорного тока 8. В момент равенства напряжения в .точке С выходному напряжению интегратора lUt- Uf срабатывает сравнивающее устройство 4, переводя снова триггер 10 в единичное состояние. Далее цикл работы повторяется.

За время первого Т такта преобразования (фиг.2) приращение пилообразного напряжения U

и

f -( С С

подаваемого на вторые входы сравнивающих устройств 4 и 5, равно сумме опорного напряжения U и приращения интегрального значения входного напряжения за время этого такта

I Т

(2)

и.

где С - емкость конденсатора б; Uv - входное напряжение; Ти - КцС„- постоянная времени

интегратора 1.

Диалогично для второго такта преобразования можно записать уравление

-и...

(3)

Решив уравнение (2) и-(3) относительно Т и T.j , получают выражение . для выходной частоты ПНЧ f . -) -felcf-() VV iloUo/C .

(-)

iUoIoC ZloUo-Cj

Q ИЛИ,полагая, что емкости конденсатора интегратора (С„) и конденсатора б ( С) равны, получают

х

С ) (4)

ч

1

где S -711 т г - постоянный коэф

фициент, определяемый параметрами ПНЧ;

RW

- сопротивление интегратора .

В предложенном преобразователе интегратор работает только с частотой входного сигнала и не принимает участия в формировании пилообразного напряжения, в результате чего расширяется частотный диапазон, а также снижаются требования к интегратору по быстродействию и динамическому диапазону.

Формула изобретения

Преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а выход - с первым входом первого сравнивающего устройства, источник опорного напряжения и ключ ,отличающийсй тем, что, с целью расширения lacтотного диапазона,- в него введены сумматор, второе сравнивающее уст-

ройство, триггер, первый и второй источники опорного тока и конденсатор, причем выходы источника опорного напряжения и интегратора подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход сумтяатора подключен к первому входу второго сравнивающего устройства, втсрые входы первого и второго сравнивающих устройств соединены с кон0денсатором, второй вывод конденсатора сое.цинен с общей шиной устройства, выходом первого источника опорного тока и через ключ - с выходом второго источника опорного тока, выходы первого и второго сравнивающих устройств подключены соответственно к входам установки 1 и О т зиггера, выход триггера соединён с управляющим йходом ключа.

0 Источники информации,

принятые во внимание при зкспертизе

/ t

V А

t

/V /Г

:5А

Uo