CS268017B1 - Zapojení převodník napěti na kmitočet - Google Patents

Abstract

Řešeni Je z oboru převodu analogové­ ho signálu na signál diskrétní a týká se převodníku napěti na kmitočet. Podstata zapojeni spočívá ve využití dvou tranzistorových spínačů, která ve spojeni s vyváženým obvodem zpětnovazebního integrá­ toru a komparátorů umožňují dosáhnout lineárního převodu napětí na kmitočet při vysoké teplotní stabilitě a linearitě převodu a širokém dynamickém rozsahu převodu, Zapojení Je možné využít zejména u analogově - číslicových převodníků a galvanickým oddělením nebo v oboru teleme trie.

Description

Vynález se týká zapojeni převodníku napětí na kmitočet pro aplikace, ve kterých jo poiadována vysoká linearita a teplotní stabilita převodu. Těchto převodníků se často používá pro účely telemetric, kdy analogový signál je přeměněn ne kmitočet a v této formě přenášen přes spojovací vedení na místo určení. Dlnou aplikací je využití jako zvláštní druh analogově - číslicových převodníků, které ke své činnosti nepotřebují žádné řídící signály nebo u kterých se vyžaduje jednoduchá možnost galvanického oddělení vstupu a výstupu.

Dosud používaná zapojení převodníků napětí na kmitočet pracují bu3 na principu nulování integračního kondenzátorú po dosažení koaparaínl úrovni nebo na principu vyrovnáváni náboje v nabíjecím a vybíjecím cyklu Integračního kondenzátorú, případně na principu vnějěího řízení doby sepnutí vyrovnávacího normálového proudu. Nevýhodou převodníků pracujících na principu nulování integračního kondenzátorú je omezená linearita převodu v širším kmitočtovém pásmu zapříčiněná principiálně nutnou, nenulovou dobou vybíjení integračního kondenzátoru. Nevýhodou známých zapojení pracujících na principu vyrovnávání náboje je buč omezená teplotní stabilita obvodu v důsledku omezené teplotní stability zdroje referenčního proudu, která je způsobené obvykle teplotní nestabilitou tranzistoru ve zdroji normálového proudu, nebo nadměrná složitost obvodu. Nevýhodou převodníků s vnějším řízením doby sepnutí vyrovnávacího normálového proudu Je, že ke své činnosti potřebují zdroj hodinových impulsů. Společnou nevýhodou dosud známých převodníků napětí na kmitočet jo nesnadná úprava konkrétního zapojení při přechodu na vstupní signálové napětí opačné polarity.

Uvedené nevýhody Jsou ne minimum enlžeůy v zapojení převodníku na kmitočet podle vynálezu,' Jehož podstata spočívá v tom, že první p<51 zdroje signálového napětí Je připojen přes první odpor do ínver tuj í cí ho vstupu zpě tnovs zebního integrátoru. Jehož ne inver tuj í cl vstup Je připojen ne společný signální vodič e současně , že první pil zdroje signálového napětí Je připojen ne Jeden konec odporového děliče. Jehož dělicí odbočko je připojeno k neinvertujícímu vstupu komporátoru, přičemž druhý konec odporového děliče je připojen ne společný signální vodič, ne který Je také připojen druhý púl zdroje signálového napětí, dále, že výstup Integrátoru je připojen přes druhý odpor do invertujícího vetupu komporátoru, který Je součesně připojen přes třetí odpor no kolektor prvního trenzietorového spíneče, Jehož báze Je připojeno ne první vývod budtdího obvodu a Jehož emitor je připojen ne první púl prvního zdroje referenčního nepětí, jehož druhý pil je připojen na epolečný eignálnl vodič, dále, že invertující vstup zpětnovazebního Integrátoru Je, kromě propojení s Jedním vývodem prvního odporu, rovněž připojen přoe čtvrtý odpor ne kolektgr druhého trenzletorového spíneče, Jehož báze Jo připojena na íruhý vývod budicího obvodu a Jehož emitor je připojen ne první pil druhého zdroje referenčního nepětí, Jehož druhý pil jo připojen ne epolečný eignálnl vodič, e dále, že třetí vývod budicího obvodu je připojen ne výstup komporátoru.

Výhodou zepojení převodníku ne kmitočet podle vynálezu je velký dynamický rozeah a linearita převodu, neboř operační zeeilovač ve zpětnovazebním Integrátoru může pracovat až do mezní rychlosti přeběhu zvoleného typu operečního zeellovečo v obou precovních cyklech, eniž by došlo k nerušení přesnosti převodu, Oelší výhodou je vyeoká teplotní stebillte obvodu, neboř oba transistory pracují ve spínacím režimu, nemohou tedy vnášet dodetečné teplotní nestebllity typický pro lineární zdroje normálového proudu, pro dosežoni vysoké teplotní stability Je přitom postačující použít Jako zdroj referenčního napětí kladnou a zápornou vétev symetrického napájecího napětí operačních zesilovačů, které využí

CS 26Θ 017 Bl vá běžného monolitického stabilizátoru v jedné vétvi a vlečné regulace v druhé větvi. Výhodou zapojení převodníku napětí na kmitočet podle vynálezu Jo také jednoduchý přechod zo zpracování vstupního signálového napětí jedné polarity na vstupní signálové napětí o pa čně polarity a naopak.

Na výkresu Je ne obr. 1 schematicky znázorněno příkladné provedení zapojení podle vynálezu pro kladné vstupní signálové napětí. Na obr. 2 ja uvedeno zapojení pro vstupní signálové napětí záporné.’ '

Konkrétní provedení podle obr, 1 sestává zo zdroje 1 signálového napětí, jehož kladný pól je připojen přes první odpor 2 do inve r tu j í c í ho vstupu 31 zpětnovazebního Integrátoru 3, Jehož ne inve rtuj í cí vstup 32 je připojen na společný signální vodič, přičemž současně je kladný pól zdroje signálového napětí připojen na jeden konec 41 odporového děliče £, Jehož dělicí odbočka Je připojena k ne Invertuj í čímu vetupu 51 komparátoru 5 a druhý konec 43 odporového děliče 4 Je připojen na společný signální vodič, na který je též připojen záporný pól zdroje £ eignálového napětí. Výstup 33 integrátoru 3 Je připojen přes druhý odpor 6 do invertujíčího vetupu 52 komparétoru 5, přičemž tento vstup jo současně připojen přes třetí odpor 7 na kolektor prvního tranziatorového apínače 8 typu PNP, jehož báze je připojena na první vývod 91 budicího obvodu 9 a Jehož emitor Je připojen na kladný pól prvního zdroje 10 referenčního napětí. Záporný pól zdroje 10 referenčního napětí Je připojen na epolečný signální vodič a invertující vatup 31 zpětnovazebního integrátoru 3 Je, kromě propojení e Jedním vývodem prvního odporu 2, rovněž připojen přes čtvrtý odpor 11 na kolektor druhého tranzistorového spínače 12 typu NPN, Jehož báze Je připojena na druhý vývod 92 budicího obvodu 9 a jehož emitor Je připojen na záporný pól druhého zdroje 13 referenčního napětí, jehož kledný pól je připojen na společný signální vodič. Třetí vývod 93 budicího obvodu 9 je připojen na výstup 53 komparátoru 5. Mezi bázi a emitor prvního tranzistorového spínače B je připojen pátý odpor 14 a mezi bázi a emitor druhého tranzistorového spínače 12 Je připojen ěeatý odpor £5. Mezi ne inve r t u J í c í vatup 51 komparátoru 5 a výatup 53 komparátoru 5 je zapojen sériový RC - člen 16. Na obr. 2 Je varianta zapojení pro záporné vstupní signálové napětí. Toto provedení se liěí od provedení na obr. 1 Jen záměnou bodů připojení kolektorů prvního a druhého tranzistorového spínače 8, 12,

Funkce obvodu podle obr, 1 Je náeledující. Kladné vstupní signálové napětí Je přes odporový dělič 4 přivedeno na ne 1 nve r t u j í c í vatup komparátoru 5 a současně přes první odpor 2 do inve r tu J í c í ho vstupu zpětnovazebního Integrátoru 3. Výstup komparátoru 5 Je v kladné saturaci a přes budicí obvod 9 udržuje druhý tranzistorový spínač 12 sepnut a první tranzistorový spínač 8 rozepnut. Napětí na výstupu integrátoru se pohybuje na vzestupné části pily směrem ke kladnějším hodnotám napětí. V okamžiku dosažení hodnoty, která Je na neInvertuJicim vstupu komparátoru 5, dojde k překlopeni komparátoru 5 do záporné saturace a přes budicí obvod 9 k sepnutí prvního tranziatorového spínače Θ a rozepnutí druhého tranzistorového spínače 12. Následkem toho dojde k obrácení eměru integrece, při kterém se napětí na výstupu integrátoru 3 pohybuje ne sestupné části pily směrem k zápornějším hodnotám napětí. Tato opačná Integrace Jistou dobu trvá, nebol překlápěcí napětí komparátoru 5 Je nyní posunuto vložením kladného referenčního napětí přes sepnutý první tranzistorový spínač Θ a přes třetí odpor 7 na invertující vstup komparátoru 5, V okamžiku, kdy pří klesajícím napětí na výstupu integrátoru 3 dojde ke shodě napětí na obou vstupech komparátoru 5, dojde ke zpětnému překlopení komparátoru 5 do kladné saturace a celý pochod se opakuje. Pátý odpor 14 a šestý odpor 15 pouze urychluje uzavírání obou tranzistorových spínačů 8, £2. Sériový RC - člen 16 urychluje překlápěni komparátoru tak, že umožňuje na tomto místě použit 1 relativně méně rychlých ope

CS 260 017 01 3 řečních zesilovačů. Označíme-li odpory v obr. 1 příslušnými Indexy, pak za předpokladu rovnosti ^R41 * ^R43 ^R43 ^R11C ^R11 “ ^R7(2) a R₆ - A . R₇(3) kde A volíme z podmínky A , ^SAT. KOMPARÁTORU, můžeme pro výstupní kmitočet překlápění komparátoru odvodit vztah kde C je zpětnovazební kapacita integrátoru.

Tento vzteh dokumentuje lineární závislost výstupního opekovacího kmitočtu komparátoru na vstupním signálovém napětí U$.

Funkce zepojení podle obr. 2 je analogická.

Při praktickém využití může být Část odporového děliče 4 a čáat odporu 6 tvořena trlmrom, kterým ae nastaví rovnosti (1) a (2 J. při nastavení je vhodné postupovat tak, že trlmovací čáatí druhého odporu 6 se nejprve nastaví požadovaná strmost převodní charakteristiky na zlomku, např, na 1/10 vstupního napěťového rozsahu a trlmovací částí odporového děliče 4 se nastaví maximální výstupní kmitočet při maximálním vstupním napětí. Druhý odpor 6 je vhodné volit dostatečně veliký - řádově k “ pro ^ze“ jištění stability zpětnovazebního Integrátoru. Při návrhu obvodu se rovněž kontroluje správná polarita kolektorového napětí tranzistoru připojeného k třetímu odporu 7 podle vztahu

Vynález může gového signálu, u být využit v zařízeních, kdo ae vyžaduje galvanické oddělení analoanalogovš číslicových převodníků a v oboru talemetrle.

Claims (3)

1. P R ε 0 Μ £ T VYNÁLEZU

   1. Zapojení převodníku napětí na kmitočet a integrátorem a komparátorem vyznačující ee tím, že první pól zdroje (1) elgnálového napětí Je připojen pře» první odpor (2) k invertujícímu vstupu (31) zpětnovazebního Integrátoru (3), Jehož neinvertující vatup (32) Je připojen na společný signální vodič a současně, první pól zdroje (1) elgnálového napětí Je připojen na Jeden konec (41) odporového děliče (4), Jehož dělicí odbočko (42) Jo připojena k neInvertujícímu vstupu (51) komparátoru (5), přičemž druhý konec (43) odporového děliče (4) Je připojen na společný signální vodič, na který Je též připojen druhý pól zdroje signálového napětí, přičemž výstup (33) Integrátoru (3) je připojen přes druhý odpor (6) k invertujícímu vstupu (52) komporátoru (5), který Je současně připojen přee třetí odpor (7) na kolektor prvního tranzlstorového spínače (8), Jehož báze je připojena na první vývod (91) budicího obvodu (9) a Jehož emitor je připojen na první pól prvního zdroje (10) referenčního nepětí, jehož druhý pól Je připojen na společný signální vodič, zatímco Invertující vstup (31) zpětnovazebního integrátoru (3) je jednak propojen a Jedním vývodem prvního odporu (2) a jednak je připojen přee čtvrtý odpor (11) na kolektor druhého tranzistorového spínače (12), Jehož báze je připojena na druhý vývod (92) budicího obvodu (9) a jehož emitor je připojen ne první pól druhého zdroje (13) referenčního napětí, jehož druhý pól je připojen na apolečný signální vodič, přičemž třetí vývod (93) budicího obvodu 9 je připojen na výstup (53) komparátoru (5).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi bázi a emitor prvního trenzlstorového epínače (8) Je připojen pátý odpor (14) a mezi bázi a emitor druhého trenzlatorového spínače (12) je připojen íestý odpor (15).
3. 3. Zepojení podle bodu 1 a 2, vyznačující parátoru (5) a výstup (53) komparátoru ae tím, že mezi neinvertující vstup (51) kom(5) je zapojen sériový RC - člen (16).