CS254389B1 - Převodník frekvence/napětí - Google Patents

Abstract

Zapojení se týká oboru přenos informace. Řeší problém převodu frekvence na napětí. Podstata zapojení spočívá ve způsobu převodu frekvence signálu na napětí v každé periodě vstupního signálu. Po dobu periody vstupního signálu se čitá do Čítače z generátoru pulzů a načítané číslo pak ovlivňuje násobícího číslicově/analogového převodníku, který je zapojen ve zpětné vazbě operačního zesilovače. Na výstupu operačního zesilovače je na konci periody vstupního signálu napětí, které odpovídá frekvenci vstupního signálu. Toto napětí se zaznamenává do analogové paměti. Převodník uvedeného principu lze použít vý všude tam, kde je třeba provádět převod frekvence na napětí s rychlou odezvou výstupního napětí na změny vstupní frekvence, např. u galvanicky oddělených zesilovačů, přenos analogové informace ve formě frekvence signálu a obnovení analogové informace.

Description

Vynález se týká převodníku frekvence na napětí - f/U.

Až dosud se pro převod frekvence/napětí používalo zapojení, kde se po určitou dobu počítají periody vstupního signálu, fázové závěsy, nebo monostabilní klopné obvody dávající při každém vstupním pulzu, pulz konstantní délky, přičemž pulzy konstantní délky se pak převádějí na napětí.

Nevýhodou všech těchto zapojení je pomalá odezva výstupního napětí na změnu vstupní frekvence, zvláště při nízké vstupní frekvenci.

Uvedené nevýhody odstraňuje převodník frekvence/napětí, jehož podstatou je, že sestává z monostabilního Iklopného obvodu, na jehož výstup je připojen jednak řídící vstup analogové paměti,a dále pak nulovací vstup čítače, přičemž výstup generátorů pulzů je připojen na hodinový vstup čítače a datové výstupy čítače jsouppřipojeny na číslicové vstupy násobícího číslicově/analogového převodníku a na analogový vstup násobícího číslicově/analogového převodníku je připojen výstup operačního zesilovače, přičemž analogový výstup násobícího číslicově/analogového převodníku je připojen na jeden vývod druhého rezistoru a další vývod druhého rezistoru je připojen na invertující vstup operačního zesilovače a zároveň je připojen na jeden vývod prvního rezistoru, jehož další vývod je připojen na zápornou svorku zdroje napětí a kladná svorka zdroje jnapětí je uzemněna, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je uzemněn a výstup operačního zesilovače je připojen na vstup analogové paměti.

U převodníku frekvence/napětí, který je založen na uvedeném principu je dosaženo rychlé odezvy výstupního napětí v závislosti na změně vstupní frekvence, nebot dochází k převodu v každé periodě vstupního signálu.

Příkladné provedení předmětu vynálezu znázorňuje blokové schéma na obr.

Převodník frekvence/napětí sestává z monostabilního klopného obvodu JL, na jehož výstup 12 je připojen jednak řídící vstup 92 analogové paměti 2 ^a dále pak na nulovací vstup 21 čítače 2^ přičemž výstup 31 generátorů 2 pulzů je připojen na hodinový vstup 22 čítače 2 a datové výstupy 23 čítače 2 jsou připojeny na číslicové vstupy 81 násobícího číslicově/analogového převodníku a na analogový vstup 82 násobícího číslicově/analogového převodníku 2 Ď^e připojen výstup 63 operačního zesilovače,6^ přičemž analogový výstup 8_3 násobícího číslicově/analogového převodníku 2 3^€ připojen na jeden vývod druhého rezistoru J7 a další vývod druhého rezistoru 1_ 3^e připojen na invertující vstup 61 operačního zesilovače 6 a zároveň je připojen na jeden vývod prvního rezistoru 2/ jehož další vývod je připojen na zápornou svorku 41 zdroje £ napětí a kladná svorkaa42 zdroje _4 napětí je zuzemněna, přičemž neinvertující vstup 62 operačního zesilovače 2 J^e uzeměna výstup 63 operačního zesilovače 6 je připojen na vstup 91 analogové paměti 2·

Vstupní pulsy o frekvenci jsou přivedeny na svorku 11 monostabilního klopného obvodu 2* který na každé nástupní hraně (nebo odcházející hraně) vstupního pulsu generuje krátký puls, který je veden na řídící vstup 92 analogové paměti 2 ^a zároveň též na nulovací vstup 21 čítače 2. Generovaný puls z výstupu 12 monostabilního klopného obvodu 2 provede záznam analogového napětí, které je na vstupu 91 analogové paměti 9 do této paměti 2 a zaznamenané napětí se přenese na výstup 92 analogové paměti 2· Generovaný puls z výstupu 12 monostabilního klopného obvodu 2 dále nuluje čítač 2. Na hodinový vstup 22 čítače 2 jsou přivedeny hodinové pulsy z výstupu 31 generátoru 2 puslů. čítač 2 čítá nahoru a zvyšuje svůj obsah, který je v digitálním tvaru na datových výstupech 23 čítače 2 a je přiveden na číslicové vstupy 81 násobícího číslicově/analogového převodníku,2/ který je zapojen ve zpětné vazbě operačního zesilovače 2 ^v sérii s druhým rezistorem 2· Vzhledem k tomu, že neinvertující vstup 62 operačního zesilovače 6 je uzemněn, teče prvním rezistorem 2 proud, který je dán vztahem (1) kde U_z je napětí zdroje £ napětí je hodnota odporu prvního rezistoru 5.

Vzhledem k nekonečnému vstupnímu odporu operačního zesilovače _6 platí vztah (2)

L ^_Ip <²>

kde I je proud tekoucí druhým rezistorem T_.

Pro přenos násobícího číslicově/analogového převodníku 2 platí vztah (3)

U = U„.D/D (3) · p f max.

kde Up je výstupní napětí na svorce analogového výstupu 83, je vstupní napětí na svorce 82, tj. výstupní napětí operačního zesilovače 2· D je číselná hodnota přivedená na číslicové vstupy 81 z datových výstupů 23 čítače 2 a D_max je konstanta převodníku a pro převodník pracující v binárním kódu je dána vztahem (4)

D = 2ⁿ (4) max.

kde n - je počet bitů převodníku.

Číslo D uložené v čítači 2 za dobu jedné periody vstupního signálu nmá hodnotu

D = f_h.T. = f_h/f. (5) kde je frekvence generátoru 2 pulsů Ί\, f^ je perioda, resp. frekvence vstupního signálu přivedeného na vstup 11 monostabilního klopného obvodu jL·

Proud I ze vztahu (2) je dán poměrem (6)

I = U /R_n Ρ P 2 kde I<2 je hodnota odporu druhého rezistoru T_.

Podosazení do (6) z (3) a (5) vyjde

U .D E

Po dosazeni (1) a (7) do (2) vyjde ^Uf^fh (7) (8) ₃ R«.f..D 1 2 i max.

a z toho

f. - K.f.

(9) ^Rí *^f h kde K je konstanta celého převodníku frekvence/napětí.

Devátá rovnice udává vztah mezi frekvencí vstupního signálu a výstupním napětím operačního zesilovače 6_, které se zaznamenává do analogové paměti £ na konci každé periody vstupního signálu. Na výstupu 93 analogové paměti 9. je tedy hodnota napětí odpovídající frekvenci vstupního signálu.

Uvedený převodník frekvence/napětí lze použít všude tam, kde je třeba provádět rychlé vyhodnocení frekvence, v měřící technice, v galvanicky oddělených zesilovačích, které pracují na principu převodníků U/f a f/U, u řídících pačítačů při řízení spojitých procesů s galvanickým oddělením s převody číslo/f a f/U.

Změnou kmitočtu generátoru 3^ pulsů lze jednoduše měnit rozsah převodníku f/U.

Claims (1)

1. předmEt vynálezu

   Převodník frekvenoe/napětí, vyznačený tím, že sestává z monostabilního klopného obvodu (1), na jehož výstup (12) je připojen jednak řídící vstup (94) analogové paměti (9) a dále pak nulovací vstup (21) čitače (2), přičemž výstup (31) generátoru (3) pulsů je připojen na hodinový vstup (22) čítače (2), datové výstupy (23) čítače (2) jsou připojeny na číslicové vstupy (81) násobícího číslioově/analogového převodníku (8) je připojen výstup (63) operačního zesilovače (6), přičemž analogový výstup (83) násobícího číslicově/analogového převodníku (8) je připojen na jeden vývod druhého rezistoru (7),a další vývod druhého rezistoru (7) je připojen na invertující vstup (61) operačního zesilovače (6) a zárověň je připojen na jeden vývod prvního rezistoru (5), jehož dalši vývod je připojen ná zápornou svorku (41) zdroje (4) napětí, kladná svorka (42) zdroje (4) napětí je uzemněna, přičemž neinvertující vstup (62) operačního zesilovače (6) je uzemněn a výstup (63) operačního zesilovače (6), je připojen na vstup (91) analogové paměti (9).