SU1218467A1 - Измерительный преобразователь напр жени в частоту - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель изобретени  упрощение устройства и повышение надежности его работы. Устройство содержит интегратор 2, подключенный к входной шине 3 и содержащий усилитель 4 с входным резистором R и конденсатором 5 в цепи обратной св зи. В устройство введен триггер Шмит- та 6, счетный триггер 7, конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11, сглаживающий -фильтр 12 и источник стабиль - ного напр жени  1. Введение простой схемной реализации цепи разр да интегратора обеспечивает требуемую точность преобразовани . Использование сглаживающего фильтра позвол ет устранить сбои работы устройства , возникаю1цие вследствие различных помех. 2 ил. f/Afx Фиг. 1

Description

f

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах в качестве В1усокоточного измерительного преобразовател  напр жени  в частоту.

Целью изобретени   вл етс  упрощение устройства и повышение надежности его работы путем введени  простой схемввй реализации цепи разр да интегратора, обеспечивающей требуемую точность преобразовани . При этом вследствие применени  сглаживающего фильтра устран ютс  сбои работы устройства из-за воздействи  различных помех.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - диаграммы, по сн ющие работу устрой с тва .

Устройство содержит источник 1 стабильного напр жени , интегратор 2, подключенный к входной шине 3 устройства и выполненный; например, на усилителе 4 с входным резисто ром R и конденсатором 5 в цепи обрат|Ной св зи, триггер Шмитта 6, счетный триггер 7, конденсаторы 8 и 9, ключи 10 и 11 и сглаживающий фильтр 12. Выход интегратора соединен с входом триггера Шмитта 6, к выходу которого подключён счетный вход триггера 7.- Конденсаторы 8 и- 9 соединены последовательно один с другим и включены между выходом источника 1 опорного напр жени  и суммирующей точкой интегратора. Параллельно конденсаторам 8 и 9 включены ключи 10 и 1, управл ющие входы которых подключены к разноименным выходам счетного триггера 7. К выходу триггера Ымитта 6 подключен вход сглаживающего фильтра 12, выход которого соединен с установочными входами триггера 7. Выходное напр жение устройства, представл ющее собой симметричные пр моугольные импульсы типа Меандр, образуетс  на

.выходах триггеров 7, один из которых подключен к выходной шине 13 устрой ства .

На фиг. 2 использованы следующие обозначени : - входное напр жение; Upyj - выходное напр жение; 1} т выходное напр жение интеграто- ра 2; - выходное напр жение фильтра 12; Ij - входной ток; 1 - ток зар да конденсаторов 8 и 9.

672

Устройство работает следующим образом .

Входное напр жение U| интегрируетс  интегратором 2, и Р.ГО вьЬсодное напр жение вследствие этого нарастает . Когда оно достигает первого (более высокогр) уровн  срабатывани  триггера Шмитта 6, последний переключаетс  в единичное состо ние и возникающий при этом на его инверсном выходе. Q отрицательный перепад переключает счетный триггер 7 в про- тивоположйое, например нулевое, положение . Это приводит к размыканию клю- ча 10 и замыканию ключа 11, разр жающего конденсатор 9, и конденсатор 8 зар жаетс  от источника стабильного напр жени  и, через ключ 11 .

Поскольку напр жени  Ugj и UQ  в- л ютс  разнопол рными, ток зар да Ь конденсатора проходит через входную цепь интегратора в направлении, противоположном направлению входного тока Ig , создаваемого напр жением Ugjj , вызыва  разр д конденсатора 5 интегратора, что приводит к уменьшению его выходного напр жени . Когда оно достигает второго (более низкого ) уровн  срабатывани  Оср триг- гера Шмитта 6 ( ) , послед НИИ возвращаетс  в исходное (нулевое ) состо ние, переключени  счетного триггера 7 при этом не происходит. После того, как убывающий ток зар :- да конденсатора 8 достигает значени  входного тока Ig , выходное напр жение интегратора вновь начинает нарастать, и когда оно достигает значени  Ucp, триггер Шмитта 6 снова переключаетс  в единичное состо ние . Это приводит к переключению триггера 7 во второе устойчивое (единичное) состо ние, что вызывает Замыкание ключа 10 и размыкание клю- ча 11. Через замкнувшийс  ключ 10 происходит разр д конденсатора 8 и зар д, конденсатора 9 от источни- ка УОМ. ТОК зар да 1, проход  через входную цепь интегратора, вызы- вает уменьшение его выходного напр - жени ; когда оно достигает значени  Uj.p триггер Шмитта 6 вновь переключаетс  в нулевое состо ние, не вызыва  переключени  счетного тригге- ра 7.

По мере зар да конденсатора 9 ток зар да Ij уменьшаетс , и когда он становитс  равным входному току

Ij, выходное напр жение интегратора начинает снова нарастать. Когда оно достигает значени  Vfp , триггер Шмитта 6 вновь переключаетс  в единичное состо ние, вызыва  переключение счетного триггера 7. В далЬ иейшем цикл работы устройства повтор етс  .

Применение в качестве порогового устройства триггера Шмитта, имеющего гистереэисную характеристику, вместо обычного компаратора позвол ет устранить ложные срабатывани  счетного триггера 7, происход щие вследствие возникновени  высокочастотных затухающих колебаний небольшой амплитуды на выходе интегратора 2 в момент переключени  ключей 10 и 11. Посколь ку амплитуда колебаний значительно меньше зоны нечувствительности - UCP триггера 111митта, дополнительных переключений триггеров 6 и 7 они не вызывают.,

При нормальной работе устройства процесс зар да конденсаторов 8 и 9, происход щий через малое сопротивление замкнутого ключа 10 или 11, завершаетс  быстро, так что большую часть времени триггер Шмитта 6, как видно из фиг. 2, находитс  в нулевом положении. Вследствие этого на выходе сглаживающего фильтра 12, подключенного к инверсному выходу триггера Шмитта, устанавливаетс  высокое напр жение , соответствующее логической 1 (фиг. 2). Это напр жение подаетс  на установочные входы R- и S-триггера 7,не оказыва  вли ни  на работу последнего. Если однако , например, в результате воздействи  помех очередное переключение триггера 7 не происходит, состо ние ключей после перехода триггера Шмитта 6 в единичное состо ние не измен етс , зар д соответствующего конденсатора также не происходит и выходное напр жение интегратора продолжает нарастать и после достижени  значени  Ucp . В результате на выходе интегратора устанавливаетс  максимально возможное положительное напр жение и генераци  в схеме прекращаетс .

Устранение такого нерабочего режима осуществл етс  с помощью сглаживающего фильтра 12. Поскольку в случае возникновени  нерабочего режима на выходе интегратора дей218467

ствует максимально возможное положительное напр жение, на инверсном выходе триггера Шмитта в этом режиме действует посто нное напр жение

5 низкого уровн , соответствующее логическому О. На выходе фильтра 12 также устанавливаетс  напр жение Uq,, соответствующее логическому О. Поскольку это напр жение

10 подаетс  на установочные входы R- и S-триггера 7, на обоих выходах триггера устанавливаютс  единичные потенциалы, вызывающие одновременное замыкание обоих ключей 10 и 11. ЧеfS рез замкнутые ключи во входную цепь интегратора от источника 1 опорного напр жени  поступает большой ток, значительно превосход щий входной, что приводит к быстрому уменьшению

20 выходного напр жени  интегратора. Когда последнее становитс  меньше значени  ,, , триггер Шмитта переключаетс  в нулевое положение, на его инверсном выходе, а значит, и

25 на входе фильтра 12 устанавливаетс  высокий потенциал, соответствующий логической 1, и после окончани - переходных процессов в фильтре 12 на выходе фильтра, а следовательно,

30 и на входах R- и S-триггера 7 также устанавливаетс  напр жение , соответствующее логической 1. В результате триггер 7 переходит в одно из двух устойчивых положений, например в единичное, соответствующий ключ, (в данном случае ключ 11) размыкаетс  и соответствующий конденсатор (в данном случае конденсатор 9) зар жаетс  . После окончани  зар да

g выходное напр жение интегратора под действием входного тока нарастает и достигает уровн  U(.p, , вызыва  переключение триггера Шмитта в единичное положение. При этом происходит переключение триггера 7 по счетному входу и нормальна  работа схемы возобновл етс .

Дл  определени  частоты выходного напр жени  устройства учтем, что I

5Q количество электричества Q , получаемое конденсатором 5 интегратора в течение полупериода Т/2 выходного напр жени  и , равно количеству электричества Q, тер емому конденJJ сатором 5 в результате зар да конденсаторов 8 или 9, имеющих емкость CQ, от нулевого напр жени , до которого конденсатор разр дилс  в предьщу35

45

щий полупериод через замкнутый ключ, до напр жени  ,.

Зар ды Q и QJ равны соответствен- ио

Q -|--f; ,u

R 2 где Т - период выходного напр жени .

Приравнива  Q и Q, находим частоту напр жени  UBJ,,

f T 2R fu;:Следовательно , частота f пр мо пропорциональна напр жению Ug , обратно пропорциональна значени м R, GO и UQ и не зависит от. нестабильных параметров ключей.

В рассмотренной схеме напр жение Ug имеет отрицательную пол рность, а напр жение Uo - положительную. К концу каждого подупериода напр жение на выходе интегратора достигает , как видно из фиг. 2, наибольшего значени , равного , и .происходит переключение триггера Шмитта в единичное положение. В случае, если пол рность Ugjj положительна, пол рность UQJ должна быть отрицательной, при этом напр жение на выходе интегратора к концу каждого полупериода достигает наименьшего значени , равного .Utp , и происходит переключение триггера Шмитта в нулевое положение . Следовательно, в этом случае большую часть полупериода триггер Шмитта находитс  в единичном положении , на его пр мом выходе Q действует высокий потенциал и вход фильтра 12 вместе со счетным входом триггера 7 должны подключатьс  не к ин- версному (Q), а к пр мому (Q) выходу триггера Шмитта 6.

Схема отличаетс  высокой точностью и простотой, все ее узлы выполн ютс  на основе серийно выпускаемых микросхем. Например, в качестве триггера 6 можао применить микросхему К155ТЛ1; в качестве триггера 7 - микросхему К155ТВ1о Фильтр 12 представл ет собой простейший однозвенньй пассивный С-фильтр. Блок импульсной обратной св зи состоит из двух ключей и двух конденсаторов; в качеств.е ключей могут быть использованы , например, два из четырех клю вй микросхемы К590КН1 , имеющих «встроенные схемы управлени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Измерительный преобразователь

   напр жени  в частоту, содержащий

   источник стабильного напр жени  и интегратор , вход которого подключен .к входной шине устройства, отличающийс  тем, что, с целью

   упрощени  устройства и повышени  надежности, в него уведены триггер Шмитта, счетный триггер, два конденсатора , два ключа и сглаживающий фильтр, включенный между выходом

   триггера Шмитта и установочными входами счетного триггера, конденсаторы соединены последовательно и включены между источником стабильного напр жени  и суммирующей точкой

   интегратора, выход которого соединен с В5СОДОМ триггера Шмитта, каждый из ключей подключен параллельно соответствующему конденсатору, а управл ющие входы ключей соединены

   с соответствующими выходами счетного триггера, один из выходов которого подключен к выходной шине устройства.

   Фиг I