SU1587633A1 - Преобразователь аналогового сигнала в частоту с импульсной обратной св зью - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных и управл ющих системах дл  прецизионного преобразовани  бипол рного напр жени  или тока в частоту следовани  импульсов. Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  в области сигналов малого уровн . Преобразователь содержит измерительный преобразователь напр жени  в ток, в состав которого вход т первый и второй источники входного напр жени , резисторы первый и второй операционные усилители и резистор, интегратор на конденсаторе, интегрирующий усилитель-сумматор, включающий операционный усилитель, резистор и конденсатор, источник порогового напр жени , первый и второй компараторы, генератор тактовых импульсов, знаковый триггер, логический элемент 2И-2ИЛИ, управл ющий триггер, формирователь нормированных импульсов обратной св зи, выполненный в виде мостового коммутатора из четырех ключей и источника эталонного тока, элемент И и элемент ИЛИ. В преобразователе производитс  интегрированное определение пол рности входного сигнала. При этом в области малых сигналов при наличии знакопеременных помех уменьшаетс  частота переключени  ключей мостового коммутатора, что приводит к уменьшению нелинейности преобразовани . Исключен разрыв цепи, соедин ющей выходы источника входного тока с выводами интегратора, что расшир ет область применени  преобразовател . 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных и управл ющих системах дл  преобразовани  бипол рного напр жени  или тока в частоту следовани  импульсов.

Цель изобретени  - повьппение точности преобразовани .

На фиг. 1 представлена функциональна  схема преобразовател ; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Преобразовате. (фиг.1) содержит источник 1 входного тока, выполненный на первом 2 и втором 3 источниках входного напр жени , резисторах 4-8, первом 9 и втором 10 операционных усилител х и резисторе 11, интегратор 12 на конденсаторе, интегрирующий усилитель-сумматор 13, вьтолненный на операционном усилителе 14, резисторе 15 и .конденсаторе 16, источник 17 порогового напр же00 00

Hi-т , первый 18 и второй 19 компараторы , генератор 20 тактовых импуль- сЬв, триггер 21, элемент 2И-2ИЛИ 22j триггер 23, формирователь нормирован кых и fflyльcoв обратной св зи, выполненный в виде мостового коммутатора из четырех ключей 24-27 и источника 28 эталонного тока, элемент И 29, э пемент ШШ 30.

I На фиг. 2 представлены следующие в|ремеНные диаграммы: а - импульсы трактовой частоты f генератора 20; б,к,т - эпюры пилообразного напр же- Н|и .на выводах интегратора 12; в,,л, у| - эпюры выходного напр жени  интег р ирующего усилител -сумматора 13; г| - импульсы на выходе второго ком- Наратора 19; д,и,х - значени  текуще rjo знака на выходе триггера 21; е,о, Ц - импульсы на выходе элемента 2И- 2|ИЛИ 22; ж,п,ч - импульсы на выходе ijpHrrepa 23; з,р,ш - импульсы эталон його тока на выходе формировател ; Ц,с,щ - выходные импульсы преобразо- ател  на выходе элемента ИЛИ 30,

; Источник 1 входного тока обеспечивает высокое выходное сопротивление г|ри выполнении услови 

I Н. Н

i R2 R4

де R1,R2,R3,R4 - номиналы сопротив- з 1ений резисторов 4-7. Значение вьгход його тока источника 1 , затекающего в интегратор 12, описываетс  выражением

)n«T K«,,R,/R2-R3.r, Где и sU . напр жени  входных источников 2 и 3;

К

40

пит

ос аг

коэффициент передачи источника 1 ;

номиналы сопротивлений резисторов 8 и 1 1. На фиг.2 эпюры б-и раскрывают про- есс преобразовани  входного напр же1

ИЯ,

равного , у и

эпюры к-с - входного напр жени  , - у -и, ,, а эпюры т-щ - входного

напр жени  , -у

и.. - максимально

W о(КС

нов напр жение.

и

возможное вход- определ емое как где I ,, - значение

- п I . -

28 эталонного тока. Ключи мостового коммутатора включаютс  при по влении на соответствую|лакс источника

1,г/Кпцг

0

5

0

5

0

0

5

щем управл ющем входе лог. О, а выключаютс  лог. 1 (например, может быть применена микросхема аналоговых ключей 590 КН 5),

Элемент ИЛИ 30, стробируемый импульсами генератора 20, фиксирует моменты времени, когда оказываютс  включенными диагональные ключи мостового коммутатора и формирователь нормированных иьшульсов обратной св зи выдает импульсы эталонного ток- ка.

Преобразование входного напр жени  в выходную частоту основано на принципе сравнени  и уравновешивани  зар дов интегратора 12 от входного тока источника 1 и уравновешивающих импульсов обратной св зи формировател , нормированных по амплитуде источником 28 эталонного тока и длительности генератором 20 и триггерами 21 и 23. Преобразователь тока в частоту образует след щую систему с замкнутой петлей отрицательной обратной св зи, работающей на принципе дельта-сигма модул тора. В замкнутой системе происход т автоколебани  с частотой, кратной тактовой частоте генератора 20.

Преобразователь работает следую- щим образом.

Измер емое напр жение источников 2 и 3 преобразуетс  в пропорциональ- ньй ток и непрерывно зар жает конденсатор 12. При превышении напр жени  и л источника 3 над напр жением U, источника 2 напр жение на выводах конденсатора 12 начинает увеличиватьс  (фиг.2б). Напр жение на выходе интегрирующего усилител -сумматора 13 равно сумме напр жени  на выводах конденсатора 12 и напр жени  на выводах конденсатора 16, поэтому по форме оно повтор ет входное напр жение (фиг.2в). При превышении напр жени  Ufjijp порога срабатывани  второго компаратора 19, определ емого положительным источником 17, второй компаратор выдает единичный импульс (фиг.2г) и триггер 21 устанавливаетс  в состо ние лог.О (Фиг.2д), фиксиру  текущее значение пол рности входного напр жени . Информаци  второго компаратора 9 будет также передана через элемент 2И-2ИЖ 22 на триггер 23 и в момент времени, когда на выходе по витс  лог, 1, формирователь нормированных импульсов обратной

св зи выдаст эталонный импульс отрицательной пол рности, компенсирующий зар д конденсатора 12, накопленный от входного сигнала (фиг.2е,ж,з). На выходе элемента ИЛИ 30 по в тс  импульсы,  вл ющиес  частью импульсов генератора 20, частота котсьрых будет пропорциональна входному напр жению .

В общем случае мостовой коммутатор может иметь четыре состо ни . Первые два случа  соответствуют моментам времени, когда триггеры 21 и 23 наход тс  в одинаковых состо ни х и оказываютс  включенными ключами 24 26 или 25,27. При этом источник 28 эталонного тока оказываетс  замкну- тым через указанные ключи и формирователь импульсов обратной св зи выдает в интегратор 12 нулевой ток. Вторые два случа  соответствуют моментам времени, когда триггеры 21 и 23 наход тс  в противоположных состо ни х и оказываютс  включенными диагональные ключи 24, 27 или 25,- 26 При этом источник 28 эталонного тока через указанные ключи подключаетс  к выводам интегратора 12 и формирователь импульсов обратной св зи выдает положительный или отрицательный импульс эталонного тока.

При превышении напр жени  U источника 2 над напр жением источника 3 напр жение на выводах конденсатора 12 уменьшаетс  до момента срабатывани  первого компаратора 18. При этом единичный импульс на его выходе устанавливает триггер 21 в состо ние лог. 1, фиксиру  текущее значение отрицательной пол рности входного сигнала (фиг.2к,л,м,н), Информаци  первого компаратора 18 через его инверсный выход будет передана через элемент 2И-2ИЛИ 22 на триггер 23, и формирователь нормированных импульсов обратной св зи выдаст эталонный импульс положительной пол рности, компенсирующий зар д конденсатора 12, накопленный от отрицательного входного сигнала (фиг.2с,п,р). На выходе элемента ИЛИ 30 по в тс  выходные частотные импульсы преобразовател  (фиг.2с).

Дл  устойчивого разделени  пол рности входного сигнала на выходе триггера 21 пороги срабатывани  первого 18 и второго 19 компараторов должны быть разнесены на величину на7 , определ емого

пр жени  источника из услови 

пор - - эг - г

где Т - период тактовой частоты генератора 20; С - емкость конденсатора 12.

В устройстве показани  на выходе схемы формировани  разр да преобразовател  будут измен тьс  только при на- накоплении на конденсаторе 12 напр жени  U(, , превышающего U лдр . При преобразовании входного напр жени  малого уровн  на уровне знакопеременных помех снижаетс  чувствительность изменени  показаний знакового разр да и уменьшаетс  частота переключени  ключей мостового коммутатора, что улучшает линейность преобразовани  напр жени  в частоту.

Частота выходных импульсов преобразовател  с выхода элемента ИЛИ 30 определ етс  выражением

П«т ПТЧ

вих (,).К,

где - коэффициент передачи преобразовател  тока в частоту .

В устройстве между выводами интегратора 12 и входами устройства сравнени  включен интегрирующий усилитель-сумматор 13, имеющий передаточную характеристику

Claims (2)

1. Преобразователь аналогового С1 гнала в частоту с импульсной обратной св зью, содержащий источник вход Hdro тока, выход которого соединен с соответствующим первым выводом интег р4тора, выполненного на конденсаторе первый и второй выводы которого соединены с первым и вторым входами ин{тегрирующего усилител -сумматора и со|ответствую1цими выходами формирова- те|л  нормированных импульсов обратно , выполненного на мостовом ком- м таторе из четырех ключей и источни кё эталонного тока, включенном в пер диагона; ь мостового коммутатора, вт| ора  диагональ которого  вл етс  выходами формировател  нормированных и4пульсов обратной св зи, к первому и: которых подключен неинвертирующий В1:од первого компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом

тегрирующего усилител -сумматора.

И

а I пр мой выход подключен к первому первого триггера, второй вход кёторого объединен с первым входом второго триггера и первыми входам1  первого и второго элементов И, и подключен к выходу генератора тактовых И1|тульсов, второй вход первого эле- м(нта И объединен с первым управл ю- lUjjiM входом мостового коммутатора и пфдключен к пр мому выходу второго )иггера, инверсный выход которого соединен с вторым управл ющим входом мостового коммутатора и подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого объединен с третьим управл ющим входом мостового коммутатора и подключен к пр мому выходу первого триггера, инверсный выход которого соединен с четвертым управл ющим входом мостового коммутатора и третьим входом первого элемента И, неинвертирующий вход второг компаратора соединен с выходом интегрирующего усилител -сумматора, о т- лич ающийс  тем, что, с де- лЬю повышени  точности.преобразовани , в него введены источник порогового напр жени , элемент ШШ, эле

мент 2И-2ИЛИ, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого компаратора, второй вход - с пр мым выходом первого триггера, инверсный выход которого подключен к третьему входу элемента 2И-2ИЛИ, четвертый вход которого объединен с третьим входом первого триггера и подключен к выходу второго компаратора, второй вход которого через источник порогового напр жени  соединен с общей г ш- ной и первым входом формировател  нормированных импульсов обратной св - зи, пр мой и инверсный выходы элемента 2И-2ИЛИ подключены соответственно к второму и.третьему входам второго триггера, выходы первого и второго элементов И соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ,выход которого  вл етс  выходной информадион- ной шиной, а пр мой ход первого триггера  вл етс  выходной знаковой шиной ,

2. Преобразователь по п. 1, о т - личающийс  тем, что источник входного тока выполнен в виде измерительного преобразовател  на- . пр жени  в ток на двух операционных усилител х, и шести резисторах, первые выводы первого и второго из которых подключены соответственно к первым выходам первого и второго источников входного напр жени , вторые выводы подключены соответственно к инвертирующим входам первого и второго операционных усилителей и к первым выводам соответственно третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых подключены к выходам первого и второго операционных усилителей соответственно и к первым выводам соответственно п того и шестого резисторов , второй вывод п того резистора объединен с первым выводом четверто0

5

0

5

0

5

0

го, а второй вывод шестого резистора подключен к неинвертирующим входам первого и второго операционных усилителей и  вл етс  выходом измерителх- ного преобразовател , вторые выходы первого и второго источников входного напр жени  подключены к общей шине.

П

c«