SU1250977A1 - Преобразователь частоты следовани импульсов в напр жение посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управлени  и контрол . Цель изобретени  - повышение точности и расширение функциональных возможностей СЛ СО | 4

Description

прообразопател . Дл  этого в устройство , содержащее операционный усшти- тель 1, конденсатор 3 в цепи обратной св зи, входной резистор 2, блок 10 управлени , блок 4 установки начальных условий, источник 7 опорного напр жени , резисторы 8 и 9, ключи 5 и 6, введены управл ем ш импульсный генератор 15, реверсивный счетчик 16, четырехвходовые элементы И 17 и 18, дешифраторы 31 и 32, двух- вкодоЕые элементы И 21 - 30, компаратор 14, регистр 19 хранени , цифИзобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управлени  контрол .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение функциональных возможностей преобразовател  .

На фиг. 1 приведена функциональ- на  схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Устройство содержит операционньй усилитель 1 с входным резистором 2 и конденсатором 3 в цепи обратной св зи, блок 4 установки начальных условий с первым и вторым ключами 5 и 6, источником 7 опорного напр жени  и первым и вторым резисторами 8 и 9, блок Ш управлени  с первым 11 и вторым 12 выходами и входом 13,  вл ющимс  входом преобразовател , компаратор 14, управл ющий импульсны генератор 15, реверсивный счетчик 16, первый и второй четырехвходовые элементы И 17 и 18, регистр 19 хранени , цифроанапоговый преобразователь 20, двухвходоаые элементы И 21 30 первый и второй деши4фаторы 31 и 32.

Блок 4 установки начальных условий содержит последовательно соединенные источник 7 опорного напр жени , первьш 8 и второй 9 резисторы, а также первый 5 и второй 6 ключи, выход первого ключа 5 через входной резистор 2 соединен с входом операционного усилител  1, с конденсатороаналоговый преобразователь 20. В этом случае обеспечиваетс  одновременное преобразование частоты в напр жение посто нного тока и в код, что расшир ет облает его применени , В устройстве исключаетс  погрешность от дрейфа нул  второго интегрирующего усилител , исключаетс  погрешность от утечки запоми- наюишх конденсаторов. Преобразователь удобно использовать дл  построени  систем автоматического управлени  и контрол . 2 ил.

ром 3 в цепи обратной св зи и выходом второго ключа 6, вход которого через второй резистор 9 соединен с выходом операционного усилител  1 и входом компаратора 14, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 17 и второго 18 четырохвходо- вых элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммируюшкм и вычитающим входами реверсивного счетчика 16, выходы которого подключены к соответствующим входам первого 31 и второго 32 дешифраторов, а через двухвходовые элементы И 21-30 к входам регистра 19 хранени , выходы которого  вл ютс  цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразовател  20, выход которого  вл етс  аналоговым выходом устройства, соединенным с входом первого ключа 5 и управл ющим входом управл емого импульсного генератора 15, выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И 17 и 18, третьи входы которых соединены с управл ющим входом первого ключа 5 и первым выходом 11 блока 10 управлени , вход которого  вл етс  входом 13 устройства, а второй выход 12 блока 10 управлени , соединен с управл ющим входом второго ключа 6 и вторыми входами двухвходовых элементов И 21-30, при этом выходы первого 31 и второго 32 дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого 17 и второго 18 четырехвходовых элементов И.

Устройство работает следующим образом .

Под действием входного сигнала блок 10 управлени  раздел ет период входной частоты на четные и нечет- ные 0-Т1, Т2-ТЗ; Т4-Т5В нечетные периоды на первом выходе 11 блока 10 управлени  действует нулевой логический сигнал (), а на втором выходе 12 - единичный (Vj 1). При этом четырехвходовые элементы И 17 и 18 заблокированы и управл емый генератор 15 импульсов отключен от реверсивного счетчика 16, который находитс  в режиме хра- нени . Выходной код реверсивного счетчика 16 через двухвходовые элементы И 21-30, на первых входах которых действует единичный логический сигнал , записываетс  в ре- гистр 19 хранени  и преобразуетс  цифроаналоговым преобразователем 20 в напр жение V. Это напр жение не проходит на вход операционного уси

лител  1, поскольку ключ 5 разомк- нут (напр жение управлени  этого ключа Vj 0). В этом режиме операционный усилитель 1 охвачен отрицательной обратной св зью через замкнутый ключ 6 и на выходе oneради- онного усилител  1 устанавливаетс  напр жение начальных условий

R, R

(t)

8

где R

8

R. V

сопротивлени  резисторов 8 и 9, напр жение опорного источника 7.

В четные периоды входной частоты f ключ 5 замкнут, а ключ 6 - разомкнут . Напр жение Уц на выходе интегратора , образованного входным резистором 2, конденсатором-3 и операционным усилителем 1, измен етс  по линейному закону (интервалы времени Т1-Т2} ТЗ-Т4, Т5-Т6,... на фиг. 2), поскольку на вход 1штегра- тора 1 при этом подаетс  посто нное по величине выходное напр жение V цифроаналогового преобразовател  20 Неизменность напр жени  V в процессе интегрировани  обеспечиваетс  за счет того, что в процессе интегрровани  дзухвходовые элементы И 21 - 30 на входах регистра 19 хранени  блокируютс  нулевым напр жением с второго выхода блока 11 управлени .

За период интегрировани  Т выходное напр жение интегратора 1 достигает значени 

V(T)V(o)+ V Y

(2)

5 5

I

0

5

0

5

5

0

где Tj,RC - посто нна  интегрировани  интегратора 1J

R - сопротивление резистора 2;

С - емкость конденсатора 3. В интервале времени , , когда выходное напр жение интегратора отрицательно (Vj,0), компаратор 14 устанавливаетс  в состо ние, при котором элемент И 17 пропускает импульсы генератора 15 на вход сложени  (вход +) реверсивного счетчика 16. При V О компаратор 14 переходит в противоположное состо ние, благодар  чему элемент И 18 пропускает импульсы генератора 15 на вход вычитани  (вход -) реверсивного счетчика, Поэтому за период интегрировани  Т код N в счетчике получает приращение uN, определ емое различием дпи- тельностей интервалов t. и . Если в Процессе сложени  импульсов код в счетчике превысит максимально допустимое значение, то дешифратор 31 блокирует четырехвходовый элемент И 17 на входе сложени , предотвраща  даль нейшее поступление импульсов по этому входу. Аналогично в режиме вычитани  дешифратор 32 блокирует- четырехвходовый элемент И 18, когда код в счетчике становитс  меньше М1ти- мально допустимого значени , Изменение кода в счетчике в периоды записи начальных услобий передаетс  через регистр 19 хранени  в цифроанало- говый преобразователь 20, вызыва  пропорциональное изменение выходного напр жени  V. За счет отрицательной обратной св зи напр жение V принимает такое значение, что в установившемс  р ежиме приращение кода 4 . Это обеспечиваетс  при равенстве ин тервалов сложени  (f, ) и вычитани  ) импульсов счетчиком. При С,

Т J напр жение V (Т) V и,

как следует из (2), выходное напр жение преобразовател  пр мо пропорционально частоте следований импульсов f

2 |± Re

Vo-T,-f

kf

4

(3)

Tl

где - V h коэффициент про- 8 порциональности.

Поскольку напр жение V св зано линейной зависимостью с кодом в регистре 19, то одновременно с пред- ставлением частоты f в форме напр жени  посто нного тока преобразователь вырабатывает цифровое значение f в виде кода N, снимаемого с регистра 19.

Преимущества предлагаемого преобразовател  по сравнению с пгютотипом заключаетс  в том, что он обладает более широкими функциональными возможност ми , обеспечива  одновременно преобразование частоты в напр жение посто нного тока ив код, т.е. рас- пшр етс  область его применени . Такой преобразователь удобно, в частности , использовать дл  построени  систем автоматического управлени  и контрол . При этом выходной сигнал в виде напр жени  используетс  дл  .целей автоматического регулирова- ни  (например частоты вращени  турбины или двигател  внутреннего сго- раии ), а цифровой код - дл  контрол  и измерени  регулируемого параметра .

Кроме того, предлагаеиый преобразователь обеспечивает более высокую точность преобразовани  по сравнению с известными, поскольку в нем исключаетс  погрешность от дрейфа нул  второго интегрирующего уси- лител , котора  (благодар  тому, что коэффициент передачи первого интегратора обратно пропорционален частоте следовани  импульсов) возрастает пр мо пропорционально частоте . При этом исключаетс  погрешность от утечек запоминающих конденсаторов .

Таким образом, предлагаеммй пре- образователь по сравнению с извести- ными обладает большей точностью преобразовани  и более широкими фун- кисиональными возможност ми перед импульсными преобразовател ми час- тоты в напр жение посто нного тока.

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Преобразователь частоты следова- ни  импульсов в напр жение посто нного тока, содержащий операционный усилитель с конденсатором в цепи

   to

   5

   20

   5

   .

   5 0

   5

   0

   0

   обратной св зи, входной резистор, блок управлени , блок установки начальных условий, состо щий из последовательно Соединенных источника опорного напр жени , первого и второго резисторов, первого и второго ключей, причем выход первого ключа через входной резистор соединен с входом операционного усилител  и выходом второго ключа, вход которого через второй резистор соединен с выходом операционного усилител , при этом управл ющие входы первого и второго ключей соединены с первым и вторым входами блока управлени  соответственно, а вход первого ключа соединен с выходом устройства, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  и расширени  функциональных возможностей, в него введены уп- paвл e вJlй импульсный генератор, реверсивный счетчик, первый и второй четырехвходовые элементы И, первый и второй дешифратор, двухвходовые элементы И, компаратор, регистр хранени  и цифроаналоговый преобразователь , причем выход операционного усилител  непосредственно соединен с входом компаратора, первый и второй выходы Которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго четырехвходовых элементов И, выходы которьпс соединены соответственно с сум1в1руювим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам первого и второго дешифраторов, а через двухвходовые элементы И - к эходам регистра хранени , выходы которого  вл ютс  цифровым выходом устройства и подключены к входам цифроана- логового преобразовател , выход которого  вл етс  аналоговым выходом устройства и соединен с управл ющим входом управл емого импульсного генератора j выход которого подключен к вторым входам первого и второго четырехвходовых элементов И, третьи входы которых соединены с первым выходом блока управлени , а второй выход блока управлени  соединен с вторыми .входами двухвходовых элементов И, при этом выходы первого и второго дешифраторов подключены к четвертым входам соответственно первого и второго четырехвходовых элементов И.

   {/cfnafffffu tuai/cf pejfft/M

   .г/

   /7f/feito f A/J /r/yff(ecc/l/ tfycfr/

   Фи9. 2