SU1190509A2 - Преобразователь частоты в напр жение - Google Patents

Abstract

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ по авт. св. № 671029, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, в него введены источник опорного напр жени , цифроаналоговый преобразователь, счетчик импульсов и генератор тактовых импульсов, подключенный к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к выходу одновибратора, выходы источника опорного напр жени  и счетчика импульсов подключены к соответствующим входам цифроана.логового преобразовател , выход которого соединен с входом интегратора . (Л со о ел о со

Description

Изобретение относитс  к информационноизмерительной технике, может использоватьс  в системах автоматических измерений, контрол  и управлени  и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт. св. № 671029.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет введени  источника опорного напр жени , цифроаналогового преобразовател , счетчика импульсов , генератора тактовых импульсов и соответствующих св зей, что обеспечивает получение различных функциональных зависимостей выходного напр жени  от входной частоты.

Это позвол ет, например, линеаризовать частотные датчики, обладаюш,ие, как правило , существенной нелинейностью.

На фиг. 1 приведена структурна  схема преобразовател ; на фиг. 2 - диаграммы, по сн ющие его работу.

Преобразователь частоты в напр жение содержит формирователь 1 импульсов, подключенный к входу преобразовател , выход которого через интегратор 2 и ключ 3 соединен с входом повторител  4 напр жени , к которому подключен также конденсатор 5, одновибратор 6 включен между входом преобразовател  и управл ющим входом ключа 3, управл емый усилитель 7 подключен к повторителю 4 напр жени , к входу и к выходу преобразовател , источник 8 опорного напр жени  подключен к цифроаналоговому преобразователю 9, к которому подключен также счетчик 10 импульсов, к счетному входу которого подключен генератор 11 тактовых импульсов, выход цифроаналогового преобразовател  9 подключен к входу интегратора 2, а установочный вход счетчика 10 импульсов подключен к выходу одиовибратора 6. Цифроаналоговый преобразователь 9 может быть построен, например, путем последовательного включени  коммутатора 12 и матрицы 13 резисторов. Интегратор 2 может быть построен на операционном усилителе с включенным в цепь обратной св зи конденсатором.

Преобразователь частоты в напр жение работает циклично. Циклы задаютс  импульсами входной частоты {вх, каждый из которых запускает формирователь 1 импульсов, формирующий импульс стабильного зар да qo (временна  диаграмма УФН на фиг. 2), поступающий на вход интегратора 2, и запускает одновибратор 6, выходной короткий импульс которого (диаграмма Utg. на фиг. 2 на короткий промежуток времени подключает выход интегратора 2 через ключ 3 к конденсатору 5, т. е. осуществл етс  выборка и запоминание выходного напр жени  интегратора 2. Напр жение с конденсатора 5 через повторитель 4 напр жени  и усилитель 7 подаетс  на выход преобразовател , а также на вход интегратора 2. Выходной импульс одновибратора 6 осуществл ет установку в нулевое состо ние счетчика 10, на счетный вход которого поступают импульсы с генератора 11 тактовых импульсов. Частота тактовых импульсов выше частоты f и выбираетс  такой, чтобы при минимальной /вх (т. е. при максимальном периоде входных импульсов) счетчик 10 успевал просчитать до переполнени . Соответственно при fBx большей, чем минимальна ,

счетчик 10 успевает просчитывать до значени , завис щего от /вх. Каждому значению кода счетчика 10 соответствует выходной ток цифроаналогового преобразовател  9. Примером реализации цифроаиалогового

j преобразовател  9 может быть совокупность коммутатора 12 и матрицы резисторов 13. В этом случае каждому коду счетчика 10 соответствует подключение коммутатором 12 соответствующего резистора матрицы 13 между выходом источника 8 опорного напр жени  и входом интегратора 2. В результате на вход интегратора 2 поступает ток, значение которого зависит от напр жени  опорного источника 8 и сопротивлени  выбранного резистора матрицы 13.

При изменении кода счетчика 10 от начального (соответствующего состо нию начальной установки) до переполнени  на вход интегратора окажутс  поданными последовательно импульсы тока /«i, IR2...IR, (на фиг. 2

соответствующие временные диаграммы приведены дл  случа  числа резисторов матрицы 1 ). Длительность каждого из этих импульсов равна периоду следовани  тактовых импульсов генератора 11, а их число зависит от периода следовани  импульсов входной частоты /вх.

Предположим, что в начальный момент (например, в момент изменени  входной частоты f#x.). выходное напр жение U 6r. U/. В течение одного цикла преобразовани  (т.е. одного периода входной частоты f(.) интегратор проинтегрирует один импульс тока 1.. от формировател , i импульс тока от цифроаналогового преобразовател  9 и выходное напр жение. Тогда после окончани  первого цикла преобразовани  (т. е. по истечении одного периода Т частоты ,.) выходное напр жение равно

1T-U-I- «iKnKvи ТКпК

ппу I

1/1- RC 1

,JinK:j 5 El 2С tSi Ri

(i-l)/o +Sign(r-i/o)/o+ -f-Sing 7-(/-l)/o -Sign(r-i/o) (/-1) ;о } -5«- К- +U«Q-f + -| -|Л1-И о+.В I Т- a-1) to),

qo - зар д, поступающий с выхода формировател  1 импульсов; К,пК,у - коэффициенты передачи повторител  4 и усилител  7 соответственно;

С - емкость врем задающего конденсатора интегратора 2; Q -TK-KylRC R - сопротивление врем задающего

резистора интегратора 2; 1//вх - период следовани  импульсов

входной частоты;

, - напр жение источника опорного напр жени  8, подключаемое к г-му резистору матрицы 13; RI - сопротивление г-го резистора матрицы 13;

1//о - период следовани  импульсов тактовой частоты /о генератора 11; t - пор дковый номер резистора матрицы 13; / 1,т

m - количество резисторов матрицы 13 ignA -знакова  функци :

Sign X I +1 при , 1-1 при ,

L-1 при ,

,ign Т-(i-)io +Sign(Г-г/о) Sign Т- (i-1) /о -Sign ()

Аналогично, последовательно рассматрива  последующие циклы (периоды /вх), можно записать выражени  дл  выходного напр жени . Так, дл  «-го цикла получим

и п ( JinJxf + S Г bt- Hi L

-fi-Uto) +UMQ

Последнее выражение состоит из двух частей - геометрической прогрессии, сход щейс  при условии (здесь Q - знаменатель геометрической прогрессии) и убывающего при выполнении услови  члена UnQ. В результате если неравенство выполн етс , то в установивщемс  режиме (т. е. при ) напр жение на выходе преобразовател  равно

Uc« limU, oA+-|-f {Жо +

П- 12It.:lKtL

+ fi qoRfEx +

+ f , + 5 r-(i-i;to }.

Таким образом, процесс установлени  выходного напр жени  после изменени  входной частоты описываетс  геометрической

прогрессией, т. е. в устройстве осуществл етс  итерационна  аддитивна  коррекци  погрещности преобразовани  - корректируютс  погрещности, обусловленные неидеальнос , тью коэффициентов передачи повторител  4, усилител  7 и конденсатора интегратора 2 (К,К.у и С - отсутствуют в уравнении преобразовани  дл  установившегос  режима и лишь вли ют на характер переходного процесса установлени ). Это позвол ет не предъ0  вл ть к указанным блокам высоких требовами и при достижении высокой точности преобразовани .

Условием сходимости переходного процесса установлени  выходного напр жени  (или процесса коррекции погрешности преобразовани )  вл етс  неравенство . При этом максимальна  скорость сходимости соответствует равенству . Затем, что Q зависит от fsx. В результате существует така  частота /н (при ), при которой

0 переходной процесс заканчиваетс  за один период /вх, т. е. быстродействие на этой частоте чрезвычайно высокое. Из услови  можно определить диапазон частоты, в котором это условие соблюдаетс .

Уравнение преобразовани  состоит из двух слагаемых - линейного члена , завис щего от часоты /вх и нелинейного члена, завис щего не только от частоты /вх, но и от сопротивлений резисторов матрицы 13 и соответствующих напр жений, подключаемых к матрице 13 коммутатором 12. На фиг. 2 на графике 1/вых /(/) первому члену соответствует пр ма  1, а крива  2 соответствует сумме обоих членов. Эта крива  реализует нелинейную зависимость дл  приведенного в качестве примера случа . Характер получаемой нелинейности зависит от пол рности и амплитуды импульсов тока IKI,...IRS (пол рность определ етс  пол рностью Ei, а амплитуда - сопротивлением /,. Поскольку результат интегрировани  каждого импульса тока от цифро0 аналогового преобразовател  9 описываетс  отрезком пр мой, то следовательно аппроксимаци  требуемой нелинейности кусачнолинейна , а угол наклона каждого участка аппроксимации выбираетс  сопротивлением резистора /,- -матрицы 13 и пол рностью подключаемого к нему напр жени . Таким образом,предлагаемый преобразователь позвол ет реализовать различные функциональные зависимости напр жени  от частоты, которые задаютс  с требуемой

точностью при сравнительно малых аппаратурных затратах (число резисторов составл ет 6-10), причем перестройка с одной заданной функции на другую может быть легко осуществлена, например, путем замены резисторов матрицы, к точности и стабиль5 ности которых не предъ вл ютс  высокие требовани .

Claims (1)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ по авт. св. № 671029, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены источник опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь, счетчик импульсов и генератор тактовых импульсов, подключенный к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к выходу одновибратора, выходы источника опорного напряжения и счетчика импульсов подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом интегратора.

   Фиг. /