CS267987B3

CS267987B3 - Fast voltage to frequency converter with separate outputs for each input voltage polarity

Info

Publication number: CS267987B3
Application number: CS454588A
Authority: CS
Inventors: Kamil Ml Doc Ing Csc Vrba; Jiri Ing Misurec
Original assignee: Vrba Kamil; Misurec Jiri
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS454588A1

Abstract

Zapojení se týká rychlého převodníku napětí na kmitočet se samostatnými výstupy pro každou polaritu vstupního napětí. Podstatou řeěeni je, že rychlý převodník napětí na kmitočet je doplněn druhým komparátorem, druhým zdrojem komparačního napětí, druhým monostabilním klopným obvodem, druhým elektronickým spínačem a druhým zdrojem referenčního proudu. Vstupní napětí se převede převodníkem napětí na proud a tímto proudem se při zápomémvBtupním napětí vybíjí kápaoitor. Vybíjeni kapaoitoru probíhá tak dlouho, az dosáhne komparační úrovně dané druhým zdrojem komparačního napětí. V tom okamžiku se překlopí druhý komparátor, čímž se aktivuje druhý monostabilní klopný obvod a po dobu trvání impulsu je sepnut druhý elektronický spínač a kapacitor se nabíjí konstantním proudem z druhého zdroje referenčního proudu. Celý proces se neustále opakuje, přičemž kmitočet impulsů na výstupu druhého monostabilního klopného obvodu Je přímo úměrný absolutní hodnotě vstupního napětí. Zapojení má obecné použití v měřicí a přístrojové technice, např. v číslicových multimetrech,' v číslicových korelátorech nebo v číslicových integrátorech.The connection concerns a fast voltage-to-frequency converter with separate outputs for each polarity of the input voltage. The essence of the solution is that the fast voltage-to-frequency converter is supplemented with a second comparator, a second source of comparison voltage, a second monostable flip-flop, a second electronic switch and a second source of reference current. The input voltage is converted by the voltage converter to current and this current discharges the capacitor when the input voltage is forgotten. The capacitor is discharged until it reaches the comparison level given by the second source of comparison voltage. At that moment, the second comparator is flipped, thereby activating the second monostable flip-flop and for the duration of the pulse, the second electronic switch is switched and the capacitor is charged with a constant current from the second source of reference current. The whole process is constantly repeated, while the frequency of pulses at the output of the second monostable flip-flop is directly proportional to the absolute value of the input voltage. The circuit has general use in measuring and instrumentation technology, e.g. in digital multimeters, in digital correlators or in digital integrators.

Description

Vynález se týká rychlého převodníku napětí na kmitočet ge samostatnými výstupy pro každou polaritu vstupního napětí závislého na základním autorském vynálezu chráněném autorským osvědčením 6. 266 190.The invention relates to a fast voltage-to-frequency converter with separate outputs for each polarity of the input voltage dependent on the basic author's invention protected by copyright certificate 6. 266 190.

Rychlý převodník napětí na kmitočet podle základního vynálezu je tvořen převodníkem napětí na proud, kapacitorem, prvním komparátorem, prvním zdrojem komparačního napětí, prvním monostabilním klopným obvodem, prvním elektronickým spínačem a prvním zdrojem referenčního proudu. Zapojení pracuje tak, že vstupní napětí se převede převodníkem napětí na proud a tímto proudem se nabíjí kapacitor. Napětí kapacitoru je sledováno prvním komparátorem, který po dosažení komparační úrovně aktivuje první monostabilní klopný obvod. Po dobu trvání impulsu na výstupu prvního monostabilního klopného obvodu je sepnut první elektronický spínač a kapacitor se vybíjí konstantním proudem z prvního zdroje referenčního proudu. Celý proces se neustále opakuje, přičemž kmitočet impulsů na výstupu prvního monostabilního klopného obvodu je přímo úměrný vstupnímu napětí.The fast voltage-to-frequency converter according to the basic invention consists of a voltage-to-current converter, a capacitor, a first comparator, a first source of comparison voltage, a first monostable flip-flop, a first electronic switch and a first source of reference current. The circuit works in such a way that the input voltage is converted by the voltage-to-current converter and the capacitor is charged with this current. The capacitor voltage is monitored by the first comparator, which activates the first monostable flip-flop after reaching the comparison level. For the duration of the pulse at the output of the first monostable flip-flop, the first electronic switch is closed and the capacitor is discharged with a constant current from the first source of reference current. The whole process is constantly repeated, while the frequency of the pulses at the output of the first monostable flip-flop is directly proportional to the input voltage.

Nevýhodou tohoto zapojení je ta skutečnost, že neumožňuje zpracovávat vstupní napětí obojí polarity, přičemž by výstupní signál byl navíc rozdělen podle polarity vstupního napětí. Toho lze docílit vhodným posunutím převodní charakteristiky a výstupní signál přepínat pomocí demultiplexoru podle polarity vstupního signálu. Řešení je nevýhodné jednak z toho důvodu, že nulovému vstupnímu napětí odpovídá střední výstupní kmitočet, který je zapotřebí při dalším zpracování uvažovat.The disadvantage of this connection is the fact that it does not allow processing input voltages of both polarities, and the output signal would also be divided according to the polarity of the input voltage. This can be achieved by appropriately shifting the conversion characteristic and switching the output signal using a demultiplexer according to the polarity of the input signal. The solution is disadvantageous, firstly, because the zero input voltage corresponds to the average output frequency, which needs to be considered in further processing.

Lze rovněž zapojit dva samostatné převodníky napětí na kmitočet, kde každý by byl určen pro jednu polaritu vstupního napětí. Tento způsob je však poměrně obvodově složitý a cenově náročný.It is also possible to connect two separate voltage-to-frequency converters, each designed for one polarity of the input voltage. However, this method is relatively complex in terms of circuitry and expensive.

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje rychlý převodník napětí na kmitočet podle autorského osvědčení č. 266 190 se samostatnými výstupy pro každou polaritu vstupního napětí podle vynálezu, jehož podstatou je, že k prvnímu konci kapacitoru je rovněž připojen první vstup druhého komparátoru a první vývod druhého elektronického spínače. Druhý vstup druhého komparátoru je spojen s druhým zdrojem komparačního napětí. Výstup druhého komparátoru je připojen na vstup druhého monostabilního klopného obvodu jehož výstup je spojen s druhou výstupní svorkou a s řídícím vstupem druhého elektronického spínače, jehož druhý vývod je připojen ke druhému zdroji referenčního proudu.The above disadvantages are largely eliminated by a fast voltage-to-frequency converter according to the author's certificate No. 266 190 with separate outputs for each polarity of the input voltage according to the invention, the essence of which is that the first input of the second comparator and the first output of the second electronic switch are also connected to the first end of the capacitor. The second input of the second comparator is connected to the second source of the comparison voltage. The output of the second comparator is connected to the input of the second monostable flip-flop whose output is connected to the second output terminal and to the control input of the second electronic switch, whose second output is connected to the second source of the reference current.

Výhody zapojení rychlého převodníku napětí na kmitočet se samostatnými výstupy pro každou polaritu vstupního napětí podle vynálezu spočívají zejména v tom, že lze zracovávat vstupní signál obojí polarity, podle níž je pak na samostatných výstupech k dispozici výstupní signál, jehož kmitočet je úměrný absolutní hodnotě vstupního signálu. Přitom jsou zachovány výhodné vlastnosti základního vynálezu.The advantages of connecting a fast voltage-to-frequency converter with separate outputs for each polarity of the input voltage according to the invention lie mainly in the fact that the input signal of both polarities can be compared, according to which an output signal is then available at separate outputs, the frequency of which is proportional to the absolute value of the input signal. In this case, the advantageous properties of the basic invention are preserved.

Vynález bude dále blíže popsán podle přiloženého výkresu, na němž je znázorněno zapojení příkladného provedení rychlého převodníku napětí na kmitočet se samostatnými výstupy pro každou polaritu vstupního napětí podle vynálezu.The invention will be further described in more detail with reference to the attached drawing, which shows the connection of an exemplary embodiment of a fast voltage-to-frequency converter with separate outputs for each polarity of the input voltage according to the invention.

Vstupní svorka 2 je spojena se vstupem převodníku 2 napětí na proud, na jehož výstup je připojen první konec kapacitoru 5, dále tamtéž je připojen první vývod prvního elektronického spínače 4 a první vývod druhého elektronického spínače 11 a dále rovněž první vstup prvního komparátoru 7 a první vstup druhého komparátoru 21» přičemž druhý konec kapacitoru 2 spojen se společným vodičem 6. bruhý vstup prvního komparátoru 7 je spojen s prvním zdrojem 8 komparačního napětí a druhý vstup druhého komparátoru 14 je spojen s druhým zdrojem 13 komparačního napětí. Výstup prvního komparátoru 7 je propojen se vstupem prvního monostabilního klopného obvodu £, jehož výstup je spojen a první výstupní svorkou 10 a také s řídícím vstupem prvního elektronického spínače 4, přičemž jeho druhý vývod je spojen s prvním zdrojem 3 referenčního proudu. Výstup druhého komparátoru 14 je propojen se vstupem druhého monostabilního klopného obvodu 15, jehož výstup je spojen s druhou výstupní svorkou 16 a také s řídicím vstupem druhého elektronického spínače 11, Jehož druhý vývod je spojen s druhým zdrojem 12 referenčního proudu.The input terminal 2 is connected to the input of the voltage-to-current converter 2, to the output of which the first end of the capacitor 5 is connected, further connected there is the first terminal of the first electronic switch 4 and the first terminal of the second electronic switch 11 and further also the first input of the first comparator 7 and the first input of the second comparator 21», while the second end of the capacitor 2 is connected to the common conductor 6. The second input of the first comparator 7 is connected to the first source 8 of the comparison voltage and the second input of the second comparator 14 is connected to the second source 13 of the comparison voltage. The output of the first comparator 7 is connected to the input of the first monostable flip-flop £, the output of which is connected to the first output terminal 10 and also to the control input of the first electronic switch 4, while its second output is connected to the first source 3 of the reference current. The output of the second comparator 14 is connected to the input of a second monostable flip-flop 15, the output of which is connected to the second output terminal 16 and also to the control input of the second electronic switch 11, the second terminal of which is connected to the second reference current source 12.

V činnosti se vstupní napětí U přivede na vstupní svorku 1 proti společnému vodiči 6 a kapacitor £ je z výstupu převodníku £ napětí na proud nabíjen, nebo při záporné polaritě vstupního napětí vybíjen proudemIn operation, the input voltage U is applied to the input terminal 1 against the common conductor 6 and the capacitor £ is charged from the output of the voltage-to-current converter £, or, if the input voltage is negative, discharged by a current

I » k U , kde k značí převodní konstantu převodníku 2 napětí na proud a U vstupní napětí. Předpokládejme, že komparační napětí υ^₂ β vstupní napětí ϋ má kladnou polaritu. Pak nabíjení kapacitorem 2 probíhá tak dlouho, až napětí na něm dosáhne komparačního napětí U_k1 daného prvním zdrojem 8 komparačního napětí. V tom okamžiku se překlopí první komparátor 7 a je aktivován první monostabilní klopný obvod 9, který generuje Impuls po dobu T_R1. Po tuto dobu je sepnut první elektronický spínač 4 a kapacitor 5 Je vybíjen referenčním proudem T_R^ z prvního zdroje 2 referenčního proudu. Celý proces se periodicky opakuje. Je-li vstupní napětí U 7>0, pak výstupní signál odebíraný z první výstupní svorky 10 má kmitočetI » k U , where k denotes the conversion constant of the voltage-to-current converter 2 and U the input voltage. Let us assume that the comparison voltage υ^ ₂ β the input voltage ϋ has a positive polarity. Then the capacitor 2 is charged until the voltage on it reaches the comparison voltage U _k1 given by the first source 8 of the comparison voltage. At that moment, the first comparator 7 is switched and the first monostable flip-flop 9 is activated, which generates a pulse for a period of T _R1 . During this time, the first electronic switch 4 is switched on and the capacitor 5 is discharged by the reference current T _R ^ from the first source 2 of the reference current. The whole process is repeated periodically. If the input voltage U 7>0, then the output signal taken from the first output terminal 10 has a frequency

UAT

E₁ = k---------- , ^TR1 ^TR1 přičemž značení Jednotlivých veličin Je shodné jako v předchozím.E ₁ = k------ , ^T R1 ^T R1 where the notation of the individual quantities is the same as in the previous one.

Přivedeme-li na vstupní svorku 2 proti společnému vodiči 6 napětí U záporné polarity, je nyní kapacitor 2 vybíjen proudem z převodníku 2 napětí na proud a v činnosti je druhá větev tvořená druhým komparátorem 14, druhým zdrojem 13 komparačního napětí, druhým monostabilním klopným obvodem 15, druhým elektronickým spínačem 11 a druhým zdrojem 12 referenčního proudu. Činnost zapojení je analogická jako u první větve s tím, že druhý monostabilní klopný obvod 15 generuje impuls po dobu T_R2 ^a P° tu*^{0 dotu} J^e sepnut druhý elektronický spínač 11 a kapacitor 5 Je nabíjen referenčním proudem I_R2 z druhého zdroje 12 referenčního proudu. Výstupní signál, při 0, odebíraný z druhé výstupní svorky 16 má kmitočetIf we apply a voltage U of negative polarity to the input terminal 2 against the common conductor 6, the capacitor 2 is now discharged by the current from the voltage-to-current converter 2 and the second branch formed by the second comparator 14, the second source 13 of the comparison voltage, the second monostable flip-flop 15, the second electronic switch 11 and the second source 12 of the reference current is in operation. The operation of the circuit is analogous to that of the first branch, with the proviso that the second monostable flip-flop 15 generates a pulse for a period of T _R2 ^and P° tu* ^{0 dotu} The second electronic switch 11 ^is switched on and the capacitor 5 is charged by the reference current I _R2 from the second source 12 of the reference current. The output signal, at 0, taken from the second output terminal 16 has a frequency

UAT

F ₂ - - k ---------- , ^IR2 ^TR2 přičemž značení jednotlivých veličin zůstává jako v předchozím.F ₂ - - k ---------- , ^I R2 ^T R2 while the notation of individual quantities remains as in the previous one.

Pro stejný kmitočtový zdvih při obou polaritách vstupního napětí Je vhodné volit referenční proudy I_R^ = - I_R2 a dobu trvání impulsu prvního a druhého monostabilního klopného obvodu 2» 22 shodnou, tj. T_R1 » T_R2 a je rovněž výhodné volit komparační napětí ^2 - - D_k1 .For the same frequency range at both input voltage polarities, it is advisable to choose the reference currents I _R ^ = - I _R2 and the pulse duration of the first and second monostable flip-flops 2» 22 to be the same, i.e. T _R1 » T _R2 and it is also advisable to choose the comparison voltage ^2 - - D _k1 .

Menší nevýhodou je, že přesnost převodu závisí na citlivosti prvního a druhého komparátoru 7 a 14, které určují okamžik aktivace prvního nebo druhého monostabilního klopného obvodu 2» 22 ^a o® stabilitě časových konstant prvního a druhého monostabilního klopného obvodu 9, 22, které určují dobu vybíjení nebo nabíjení kapacitoru 2 z prvního zdroje 2 nebo druhého zdroje 12 referenčního proudu. Při vhodném výběru obvodových prvků lze však tuto nevýhodu potlačit při relativně nízké ceně celého převodníku.A minor disadvantage is that the accuracy of the conversion depends on the sensitivity of the first and second comparators 7 and 14, which determine the moment of activation of the first or second monostable flip-flop 2» 22 ^and on the stability of the time constants of the first and second monostable flip-flops 9, 22, which determine the time of discharge or charging of the capacitor 2 from the first source 2 or the second source 12 of the reference current. However, with a suitable selection of circuit elements, this disadvantage can be overcome at a relatively low price of the entire converter.

Rychlý převodník napětí má kmitočet se samostatnými výstupy pro každou polaritu vstupního napětí podle vynálezu má obecné využití a je ho možno s výhodou aplikovatThe fast voltage converter has a frequency with separate outputs for each polarity of the input voltage according to the invention has general use and can be advantageously applied

CS 267987 B3 3 všude tam, kde je zapotřebí rychlý převodník napětí na kmitočet s oddělenými výstupy podle polarity vstupního napětí. Zejména lze tento převodník napětí na kmitočet využít v měřicí a přístrojové technice, např. v číslicových multimetrech, v číslicových korelátorech nebo v číslicových integrátorech.CS 267987 B3 3 wherever a fast voltage-to-frequency converter with separate outputs according to the polarity of the input voltage is needed. In particular, this voltage-to-frequency converter can be used in measuring and instrumentation technology, e.g. in digital multimeters, in digital correlators or in digital integrators.

Vzhledem k tomu, že obvodové řešení převodníku podle vynálezu je velmi jednoduché, je obvod vhodný pro realizaci v integrované nebo hybridní podobě.Since the circuit design of the converter according to the invention is very simple, the circuit is suitable for implementation in integrated or hybrid form.

Claims

Fast voltage-to-frequency converter according to copyright certificate No. 266 190 with separate outputs for each polarity of the input voltage, characterized in that the first input of the second comparator (14) and at the same time the first terminal of the second electronic switch are also connected to the first end of the capacitor (5) (11), the second input of the second comparator (14) is connected to a second source (13) of comparative voltage, the output of the second comparator (14) being connected to the input of a second monostable flip-flop (15), the output of which is connected to the second output terminal. (16) and on the one hand with the control input of the second electronic switch (11), the second terminal of which is connected to the second source (12) of reference current.