SU1510087A1 - Преобразователь ток-частота с импульсной обратной св зью - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управлени  и обработки аналоговой информации. Цель изобретени  - повышение точности преобразовани . Преобразователь содержит источник 1 входного тока, первый интегрирующий элемент 2, выполненный на первом конденсаторе, формирователь бипол рного эталонного тока, выполненный на ключах 4 - 7 и источнике 8 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор 9, компаратор 15, D - триггер 18, элементы 20, 21 И, генератор 17 тактовых импульсов. В преобразователь введены второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе, выпр мительные элементы 13, 14, выполненные на диодах, компаратор 16, D - триггер 19. 2 ил.

Description

(Риг.

1510

Изобретение относитс  к импульс- ной технике и может быть использовано в. автоматических системах управлени  и обработки аналоговой информации .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани .

На фиг.1 приведена функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник 1 входного тока, первый интегрирующий элемент 2, выполненный на первом кон- денсаторе, второй интегрирующий элемент 3, выполненный на втором конденсаторе , формирователь бипол рного эталонного тока, выполненный на ключах 4-7 и источник 8 эталонного то- ка, интегрирующий усилитель-сумматор 9, сост  щий из резистора 10, операционного усилител  11 и конденсатора 12, выпр мительные элементы 13 и 14, выполненные на диодах, ком- параторы 15 и 16, генератор 17 тактовых импульсов D-триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21.

Совокупность конденсатора 3 диодов 13 и 14. компаратора 16, триггер 19 представл ет собой детектор знака входного тока.

Совокупность детектора знака, мостового коммутатора, выполненного на ключах 4-7, источника 8 и триггера 18 представл ет собой формирователь нормированных импульсов обратной св зи .

На фиг.2 прин ты следующие обоз- начени : а - импульсы тактовой час- тоты; б,ж,м-эпюры выходного напр жени  интегратора 2; в,з,и - эпюры выход ного напр жени  интегрирующего усили- л -сумматора 9; г,и,о,- импульсы на прмом выходе триггера 18; д,к,п,-логичес кие сигналы на пр мом выходе триггера 9 отражающие текущий знак входного тока} е,р,-выходные частотные импульсы преобразовател  на выходе элемента 21j л - выходные частотные импульсы преобразовател  на выходе элемента 20. ..

На фиг.2 эпюры б - е раскрьшают процесс преобразовани  положительного входного тока равного Q + /7Тэпюры ж - л - отрицательного входного тока равного 1 gy -1/7 эпюры м-р - положительного входного тока равного 1в, +6/7 15т

Преобразование входного тока в выходную частоту основано на принципе сравнени  и уравновешивани  зар дов конденсатора 2 от входного тока источника 1 и импульсов обратной св зи формировател , нормированных по амплитуде и длительности. Преобразователь образует след щую систему с замкнутой петлей отрицательной обратной св зи, работающей на принципе дельта- сигма модул тора. В системе происхо-. д т автоколебани  с частотой, .кратной тактовой частоте генератора 17.

Устройство работает следующим образом . i

. В исходном состо нии напр жение на выводах конденсаторов 2 и 3 равно нулю. При подаче положительного входного тока напр жение на конденсаторе 3 начинает увеличиватьс  в таком направлении, что откроетс  диоД 13 и ограничит дальнейший его зар д. На выходе компаратора 16 установитс  логическа  1, а по-приходу очередного фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состо ние логической 1 установитс  D-триггер 19 детектора знака. При этом ключ 4 будет откры ,.а ключ 5 - закрыт. По мере увеличени  напр жени  на выводах конденсатора 2 на выходе компаратора 15 установитс  логический О, а по приходу фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состо ние логического О установитс  D-триггер 18. При этом откроетс  ключ 7 и закроетс  ключ 6. Источник 8 эталонного тока через открытые ключи 4 и 7 будет разр жать конденсатор 2 и уменьшать напр жение на его выводах. По мере разр да конденсатора 2 в область отрицательного напр жени  и приходу фронта очередного импульса тактовой частоты компаратор 15 и D-триггер 18 установ тс  в состо ние логической 1. При этом ключ

7закроетс , а ключ 6 откроетс , источник 8 замкнут через открытые ключи 4 и 6, Этот режим соответствует состо нию паузы формировател  импульсов обратной св зи, так как при этом ключи 5 и 7 закрыты и формирователь тока в конденсатор 2 не выдает.В данный момент времени конденсатор 2 зар жаетс  только под воздействием входного тока источника 1.

8итоге на его выводах возникают ко5151

лебани  напр жени  пилообразной формы (эпюра б, фиг.2).

При подаче отрицательного входного тока напр жение на выводах конденсатора 3 измен етс  в таком направлении , что открываетс  диод 14. При этом на выходе компаратора 16

установитс  логический

О , а по

приходу очередного фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состо нии логического О установитс  D-триггер 19.

В этом состо нии ключ 5 будет открыт , а ключ 4 - закрыт. По мере уменьшени  напр жени  на выводах конденсатора 2 под воздействием отрицательного входного тока на выходе компаратора 15 установитс  логическа 

а по приходу

фронта импульса тактовой частоты генератора 17 в состо ние логической 1 установитс  D-триггер 18. При этом откроетс  ключ 6 и закроетс  ключ 7. Источник 8 через открытые ключи 5 и 6 будет зар жать конденсатор 2 и увеличивать напр жение на его выводах. По мере зар да конденсатора 2 в область положительного напр жени  под действием алгебраической суммы токов источника 1 и формировател  импульсов обратной св зи и приходу фронта импульса тактовой частоты компаратор 15 и D-триггер 18 установ тс  в состо ние логического О. При этом ключ 6 закроетс  и откроетс  ключ 7, источник 8 замкнут через открытые ключи 5 и 7 Этот режим вновь будет соответствовать состо нию паузы формирова-. тел  импульсов обратной св зи, так как при этом ключи 6 и 4 закрыты и формирователь тока в конденсатор 2 не выдает.

. В устройстве формирователь импульсов обратной св зи имеет четыре устойчивых состо ни , соответствующих четырем возможным состо ни м D-триг- гера. Б двух противофазных состо ни х D-триггеров формирователь выдает нормированные импульсы положительной и отрицательной пол рности, а в двух совпадающих состо ни х D- . триггеров формирователь находитс  в состо нии паузы и выдает нулевой ток

Частота выходных импульсов преобразовател  с выходов элементов 20 и 21 определ етс  выражением:

0087

Bt/

lax-fr /I

т

где

«величина входного тока; величина эталонного тока

источника 8; - тактова  частота генератора 17.

В предлагаемом устройстве между выводами конденсатора 2 и входами паратора 15 включен интегрирующий усилитель-сумматор 9, имеющий передаточную характеристику

15

W (Р) Г + 1/ Р

Си

0

5

0

5

0

5

0

5

где С, R - номиналы конденсатора 12 и резистора 10,

Работа компаратора 15 по сумме напр жени  конденсатора 2 и напр жени , пропорционального интегралу от напр жени  конденсатора 2, позвол ет непрерывно чувствовать среднее значение напр жени  интегратора и автоматически сводить ее к нулю во всем диапазоне входных токов (эпюры в,з и н, фиг.2). Такое построение обеспеч ша- ет высокую точность уравновешивани  зар дов интегратора от входного тока и нормированных импульсов формировател . При этом среднее значение входного тока за много периодов тактовой частоты с высокой точностью равно среднему значению нормированных импульсов эталонного тока формировател . Напр жение пилообразной формы на выводах конденсатора 2 всегда симметрично около нул , данное свойство сводит к миннмз му вли ние сопротивлений утечки интегратора и параллельно подключенных к нему элементов.

В устройстве наличие детектора знака входного тока позвол ет непрерывно чувствовать пол рность входного тока и определ ть необход1- мую пол рность импульсов эталонного тока формировател . При этом положительньй входной ток уравновешиваетс  импульсами эталонного тока отрицательной пол рности , а отрицательный входной ток - импульсами эталонного тока положительной пол рности. При нулевом входном токе ключи мостового коммутатора практически не переключаютс , а формирователь импульсов обратной св зи находитс  в состо нии паузы или нулевого выходного тока. Дл  малых входных токов формирователь большую часть времени находитс  в состо нии

11510087

паузы и редко выдает импульсы эталонного тока противоположной пол рности. Т кое построение практически исключает по вление ненулевой выходной частоты преобразовател  при нулевом входном токе.

Claims (1)

1. В преобразователе достигнуто также уменьшение размаха пилообразного напр жени  на выводах интегратора. Формула изобретени 

   10

   Преобразователь ток - частота с импульсной обратной св зью, содержаий источники входного тока, первый интегрирующий элемент, выполненный на первом конденсаторе, формирователь бипол рного эталонного тока, выполненный на мостовом коммутаторе и источни- ке эталонного тока, включенном в первую диагональ мостового коммутатора, втора  диагональ которого подключена к вьюодам первого конденсатора, первый вывод которого соединен с первым

   .1

   8

   0

   динен с выходом первого компаратора, С-вход соединен с выходом генератора тактойых импульсов и объединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых  вл ютс  соответственно первой и второй выходными шинами, отлича-ющийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены второй интегрирующий элемент, выполненный на втором конденсаторе, два выпр мительных элемента, выполненных на первом и втором диодах, второй компаратор и

   5 и второй D-триггер, пр мой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым управл ющим входом мостового коммутатора, инверсный выход соединен с третьим входом

   0 первого элемента И и третьим управл ющим входом мостового коммутатора, D-вход второго D-триггера соединен с выходом второго компаратора, С-вход соединей с выходом генератора такто

   выходом источника входного тока и пер-25 вых импульсов, первый вход второго

   вым входом интегрирующего усилител - сумматора, второй вход которого объединен с первым входом первого компаратора и вторым выводом первого конденсатора , второй вход первого компа- ЗО дом второго конденсатора, второй выратора соединен с выходом интегрирующего усилител -сумматора, первый D- триггер пр мой выход которого соединен с первым входом первого элемента И и первым управл ющим входом мостового кою1утатора, инверсный выход соединен с первым входом второго элемен- Тй И, D-вход первого D-триггера соекомпаратора объединен с первым входом первого компаратора и соединен с катодом и анодом соответственно первого и второго диодов и первым выво

   вод которого соединен с вторым выходом источника входного тока, анодом и катодом соответственно первого и второго диодов и вторым входом второго компаратора, причем инверсный выход первого D-триггера соединен с четвертым управл ющим входом мостового коммутатора.