CS246506B1

CS246506B1 - Connection of a voltage frequency converter

Info

Publication number: CS246506B1
Application number: CS838680A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Prchlik; Zdenek Vavra; Vladimir Vurm; Jan Sykora
Original assignee: Vojtech Prchlik; Zdenek Vavra; Vladimir Vurm; Jan Sykora
Priority date: 1983-11-22
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS868083A1

Abstract

Řešení se týká zapojení napěťově frekvenčního převodníku, jež může být využito v různých automatizačních zařízeních, například v obvodech řízení posuvů obráběcích strojů či odměřování polohy. Výhodou tohoto zapojení je dobrá linearita převodu napětí frekvence a velmi vysoký regulační rozsah. Podstata spočívá v propojení na následující bloky podle připojeného výkresu: první vazební odpor, kondenzátor, zpětnovazební odpor, hrubý napěťově frekvenční převodník, monostabilní klopný obvod, filtr, zesilovač s řízeným zesílením, přesný usměrňovač, operační zesilovač, komparátor.The solution relates to a voltage-frequency connection converter that can be used in various automation devices, for example in machining feed control circuits machines or position measuring. The advantage of this wiring is good linearity of voltage conversion frequency and very high control range. The essence lies in linking to the following blocks according to the attached drawing: first coupling resistor, capacitor, feedback resistance coarse voltage frequency converter monostable flip-flop, filter, amplifier s controlled amplification, precision rectifier, operational amplifier, comparator.

Description

Vynález se týká zapojení napěťově frekvenčního převodníku.The invention relates to a voltage-frequency converter connection.

Je známo větší množství zapojení napěťově frekvenčních převodníků. Nejčastěji používané zapojení využívá integračního zapojení operačního zesilovače, kde kondenzátor je nabíjen proudem úměrným vstupnímu napětí a vybíjen konstantním nábojem. Toto zapojení má výborné vlastnosti — linearitu a zaručenou funkci od nulové frekvence, klade však vysoké nároky na dynamické vlastnosti operačního zesilovače, je-li požadována vysoká frekvence a velký regulační rozsah.A larger number of voltage-frequency converters are known. The most commonly used circuit uses an integration circuit of an operational amplifier, where the capacitor is charged by a current proportional to the input voltage and discharged by a constant charge. This circuit has excellent characteristics - linearity and guaranteed function from zero frequency, but places high demands on the dynamic characteristics of the operational amplifier if high frequency and large control range is required.

Jiná zapojení, vyžadující relaxační oscilátory, oscilátory s integrovanými číslicovými obvody apod. mívají možnost vysoké frekvence, nemají však dobré vlastnosti v oblasti nízkých frekvencí, linearitu apod.Other circuits requiring relaxation oscillators, oscillators with integrated digital circuits, etc. tend to have high frequency capability but do not have good low frequency properties, linearity, etc.

Mnohé z těchto nevýhod odstraňuje zapojení napěťově frekvenčního převodníku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první vazební odpor je propojen na invertující vstup operačního zesilovače, na který je zároveň připojen přes sériovou kombinací tvořenou zpětnovazebním odporem a kondenzátorem výstup operačního zesilovače. Výstup operačního zesilovače je rovněž propojen jednak na vstup přesného usměrňovače, jednak na vstup komparátoru. Výstup komparátoru je jednak propojen s řídicím vstupem zesilovače s řízeným zesílením, jednak je znaménkovým výstupem převodníku. Výstup přesného usměrňovače je propojen na vstup hrubého napěťově frekvenčního převodníku, jehož výstup je propojen na vstup monostábilního klopného obvodu. Výstup monostábilního klopného obvodu je jednak frekvenčním výstupem převodníku, jednak je propojen se vstupem filtru, jehož výstup je propojen se signálním vstupem zesilovače s řízeným zesílením, jehož výstup je propojen přes druhý vazební odpor s invertujícím vstupem operačního zesilovače.Many of these disadvantages are overcome by the wiring of the voltage-to-frequency converter of the present invention, wherein the first coupling resistor is coupled to an inverting input of an operational amplifier to which it is connected via a series combination of a feedback resistor and a capacitor output of the operational amplifier. The output of the operational amplifier is also connected to the input of the precision rectifier and to the comparator input. The comparator output is connected to the control input of the amplifier with controlled gain and it is the sign output of the converter. The output of the precision rectifier is connected to the input of the coarse voltage frequency converter, whose output is connected to the input of the mono-stable flip-flop. The output of the mono-stable flip-flop is both the frequency output of the converter and connected to the input of the filter, the output of which is connected to the signal input of the amplified amplifier, whose output is connected via the second coupling resistor to the inverting input of the operational amplifier.

Výhodou zapojení napěťově frekvenčního převodníku podle vynálezu je velmi dobrá linearita převodu napětí — frekvence, velmi vysoký dynamický rozsah od nulové frekvence až do frekvencí, které při použití obvyklých zapojení s integračním zapojením operačního zesilovače již nejsou dosažitelné.The advantage of the voltage-frequency converter connection according to the invention is the very good linearity of the voltage-to-frequency conversion, a very high dynamic range from zero frequency to frequencies which are no longer achievable when using conventional operational amplifier integration circuits.

Příklad zapojení podle vynálezu je uveden na obr., který znázorňuje blokové schéma zapojení: zdroj vstupních napětí je přes první vazební odpor 1 připojen na invertující vstup operačního zesilovače 9, kam je zaveden rovněž jeho výstup přes zpětnovazební odpor 3 a kondenzátor 2. Neinvertující vstup operačního zesilovače 9 je přímo nebo přes odpor připojen na střed napájení. Výstup operačního zesilovače 9 je připojen na vstup přesného usměrňovače 8, jehož výstup je propojen na vstup hrubého napěťově frekvenčního převodníku 4, na který nejsou kladeny žádné nároky ani co se týče linearity, ani spojité činnosti od nulové frekvence.An example of a circuit according to the invention is shown in the figure, which shows a block diagram: the input voltage source is connected via the first coupling resistor 1 to the inverting input of the operational amplifier 9, where its output is also fed through the feedback resistor 3 and capacitor 2. The amplifier 9 is connected directly or through a resistor to the center of the power supply. The output of the operational amplifier 9 is connected to the input of the precision rectifier 8, the output of which is connected to the input of the coarse voltage-to-frequency converter 4, to which no demands are made in terms of linearity or continuous operation from zero frequency.

Jeho výstup je propojen na vstup monostabilního klopného obvodu 5. jehož výstup je propojen na vstup filtru 6, jehož výstup je propojen na signální vstup zesilovače 7 s řízeným zesílením, který lze signálem na řídicím vstupu nastavit jako invertující nebo neinvertující, jehož výstup je propojen přes druhý vazební odpor 8 na neinvertující vstup operačního zesilovače 0. Výstup operačního zesilovače 9 je připojen na vstup komparátoru 5, který porovnává jeho výstupní napětí s nulou (střed napájení] a jehož výstup je propojen na řídicí vstup zesilovače 7 s řízeným zesílením.Its output is connected to the input of the monostable flip-flop 5, the output of which is connected to the filter input 6, the output of which is connected to the signal input of the amplified amplifier 7, which can be set as inverting or non-inverting The output of the operational amplifier 9 is connected to the comparator input 5, which compares its output voltage to zero (power center) and whose output is connected to the control input of the amplified amplifier 7.

Zapojení pracuje tak, že přiložením vstupního napětí na vazební odpor 1 je vyvoláno lineárně rostoucí napětí na výstupu operačního zesilovače 9. Toto napětí je usměrněno v přesném usměrňovači 3, takže má stále stejnou polaritu. Informace o polaritě je zpracována v komparátoru 10, na jehož výstupu je logický signál závislý na polaritě napětí na výstupu operačního zesilovače 9. Napětí na výstupu přesného usměrňovače 3 je zavedeno na vstup hrubého napěťově frekvenčního převodníku 4. V okamžiku, kdy toto napětí dosáhne úrovně, kdy nasadí oscilace hrubého napěťově frekvenčního převodníku 4, se objeví impuls na výstupu monostabilního klopného obvodu 5, který je zaveden na vstup filtru 6. Pokud je frekvence nízká, objeví se na výstupu filtru modifikovaný impuls, který přes příslušně nastavený zesilovač s řízeným zesílením 7 vybije kondenzátor 2 a cyklus se opakuje. Pokud je frekvence vysoká, objeví se na výstupu filtru 6 stejnosměrné napětí se superponovanou střídavou složkou nepřímo úměrnou frekvenci. Operační zesilovač 9 funguje potom jako PI regulátor uzavřené smyčky a pracuje ve spojitém režimu. Činností této uzavřené regulační smyčky je docíleno lineární závislostí mezi řídicím napětím a frekvencí, která je určena vlastnostmi zpětnovazební větve — filtru 6 a zesilovače s řízeným zesílením 7. V oblasti nízkých frekvencí pracuje tedy tento převodník stejně jako obvyklé zapojení s integračním zesilovačem, vysoké frekvence jsou omezeny jen možnostmi hrubého napěťově frekvenčního převodníku, který lze bez nesnází provozovat do vysokých frekvencí. Převodník pracuje pro obě polarity vstupního signálu, kdy nulovému napětí odpovídá nulová frekvence, kladnému napětí frekvence na výstupu monostábilního klopného obvodu 5 úměrná tomuto napětí a kladná logická úroveň na výstupu komparátoru 5, záporném napětí frekvence úměrná tomuto napětí a opačná logická úroveň na výstupu komparátoru 5.The circuit works by applying an input voltage to the coupling resistor 1 to induce a linearly increasing voltage at the output of the operational amplifier 9. This voltage is rectified in the precision rectifier 3 so that it always has the same polarity. The polarity information is processed in a comparator 10 whose output is a logic signal dependent on the polarity of the voltage at the output of the operational amplifier 9. The voltage at the output of the precision rectifier 3 is applied to the coarse voltage converter 4 input. when the oscillations of the coarse voltage converter 4 are applied, a pulse appears at the output of the monostable flip-flop 5 which is applied to the filter input 6. If the frequency is low, a modified pulse appears at the filter output. capacitor 2 and the cycle is repeated. If the frequency is high, a DC voltage with a superimposed AC component appears inversely proportional to the frequency at the filter output 6. The operational amplifier 9 then acts as a closed loop PI controller and operates in a continuous mode. The operation of this closed loop is achieved by linear dependence between the control voltage and the frequency, which is determined by the characteristics of the feedback branch - filter 6 and amplifier with controlled gain 7. Therefore, in the low frequencies this converter works the same as usual circuit with integration amplifier. limited only by the possibilities of a coarse voltage-frequency converter, which can be operated without difficulty at high frequencies. The converter works for both polarities of the input signal, when zero voltage corresponds to zero frequency, positive frequency voltage at the output of mono-stable flip-flop 5 proportional to this voltage and positive logical level at comparator output 5, negative frequency voltage proportional to this voltage and opposite logical level at comparator 5 .

Zapojení může být využito v různých automatizačních zařízeních, například v obvodech řízení posuvů obráběcích strojů čl odměřování polohy.The wiring can be used in various automation devices, for example in machine tool feed control circuits.

Claims

Subject

Voltage-frequency converter connection, characterized in that the first coupling resistor (1j) is connected to an inverting input of an operational amplifier (9), the output of which is connected both to the input of a precision rectifier (3) and comparator (5), ) and the inverting input of the operational amplifier (9) are connected by a serial combination of the feedback resistor (3) and the capacitance (2j), the comparator output (5j is connected to the control input of the amplifier (7) with controlled gain). the rectifier (8j) is connected to the input of the coarse voltage frequency converter (4), whose output is connected to the input of the monostable flip-flop (5), whose output is both the frequency output of the converter and the filter input (6j) connected to the signal input of an amplified controlled amplifier (7), its output is connected via a second coupling resistor (8) to an inverting input of the operational amplifier (9).