SU762168A1

SU762168A1 - Voltage to frequency converter

Info

Publication number: SU762168A1
Application number: SU742028731A
Authority: SU
Inventors: Mikhail N Glazov; Eduard S Nikulin
Original assignee: Mikhail N Glazov; Eduard S Nikulin
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1980-09-07

Description

681.325 (088.8)681.325 (088.8)

(72) Авторы(72) Authors

изобретенияinventions

(71) Заявитель(71) Applicant

Μ. Н. Глазов и Э. С. НикулинΜ. N. Glazov and E. S. Nikulin

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(54) CONVERTER

1one

НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУVOLTAGE VOLTAGE

Π Т δΠ T δ

Изобретение относится к элементам автоматики и измерительной техники, предназначено для применения в системах управления и контроля с шаговыми двигателями и реверсивными счетчиками импульсов.The invention relates to the elements of automation and measuring equipment, intended for use in control systems and control with stepper motors and reversible pulse counters.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегратор, выход которого соединен с входом порогового устройства, и инвертор, вход которого соединен с выходом преобразователя, а выход — ] с входом инвертора через ключ, управляющий вход которого подключен к выходу порогового устройства [1].Known voltage Converter in the frequency that contains the integrator, the output of which is connected to the input of the threshold device, and the inverter, the input of which is connected to the output of the converter, and the output -] with the input of the inverter through the key, the control input of which is connected to the output of the threshold device [1].

Недостаток схемы — сложность.The disadvantage of the scheme is complexity.

Известен также преобразователь напря- / жения в частоту, выполненный на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, шунтированным цепью исток — сток полевого транзистора, блок переключения, первый вход 2 которого соединен с выходом операционного усилителя, а первый выход — с затвором полевого транзистора, источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу блока переключения, причем блок 2 переключения выполнен на втором операционном усилителе с положительной пороговой обратной связью [2].A voltage / frequency converter is also known, performed on an operational amplifier with a capacitor in a negative feedback circuit, a source bypass circuit is a drain of a field-effect transistor, a switching unit whose first input 2 is connected to the output of an operational amplifier, and the first output is connected to a field gate transistor, the reference voltage source connected to the second input of the switching unit, and the switching unit 2 is performed on the second operational amplifier with a positive threshold feedback [2].

Недостатки данного преобразователя заключаются в пониженной надежности и по- <The disadvantages of this converter are reduced reliability and

вышеином энергопотреблении, что связано с наличием двух операционных усилителей.higher power consumption due to the presence of two operational amplifiers.

Целью изобретения является снижение энергопотребления и повышение надежно5 сти преобразователя.The aim of the invention is to reduce power consumption and increase the reliability of the converter.

Поставленная цель достигается тем, чтоThis goal is achieved by the fact that

в известном преобразователе напряжения в частоту, выполненном на операционном усилителе с конденсатором в цепи отрица0 тельной обратной связи, шунтированным цепью исток — сток полевого транзистора, блок переключения, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а первый выход — с затвором поле5 вого транзистора, источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу блока переключения, между выходом операционного усилителя и конденсатором включен резистор, точка соединения кон0 денсатора и резистора соединена с общей шиной через нелинейный элемент, а второй выход блока переключения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя через делитель напряжения.in a known voltage-to-frequency converter, made on an operational amplifier with a capacitor in the negative feedback circuit, a source bypass circuit - a drain of the field-effect transistor, a switching unit, the first input of which is connected to the output of the operational amplifier, and the first output is connected to the gate of the 5th transistor, a reference voltage source connected to the second input of the switching unit, a resistor is connected between the output of the operational amplifier and a capacitor, the junction point of the capacitor and resistor is connected general bus via a nonlinear element, and the second output switching unit coupled to the non-inverting input of the operational amplifier via a voltage divider.

5 На чертеже представлена функциональная электрическая схема преобразователя.5 The drawing shows the functional electrical circuit of the converter.

Устройство содержит операционный усилитель 1 с дифференциальными входами, охваченный отрицательной обратной связьюThe device contains an operational amplifier 1 with differential inputs, covered by negative feedback

0 через последовательно включенные конден7621680 through consecutive konden762168

Г‘А^Г" 3G'A ^G "3

сатор 2 и резистор 3, блок переключения 4, в состав которого входят диодные ключи 5, 6 с диодами 7, 8, входными резисторами 9, 10 и резисторами смещения 11, 12 и инверторы 13, 14, связанные с выходами диодных ключей 5, 6. При этом база транзистора инвертора 14 через резистор 15 соединена с источником питания Е, выход этого инвертора подключен к дополнительному входу инвертора 13 через резистор 16. Первый вход 17 блока переключения 4 соединен с выходом операционного усилителя 1, второй вход 18 — с источником положительного опорного напряжения, а третий вход 19 — с источником опорного напряжения Е, Первый выход 20 блока переключения 4 соединен с затвором полевого транзистора 21, шунтирующего конденсатор 2. Второй выход 22 блока переключения 4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 23 и 24. Третий выход 25 блока переключения 4 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 1 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 24, 26. Блок переключения имеет также выходы 27, 28. Точка соединения конденсатора 2 и резистора 3 соединена с общей шиной через нелинейный элемент 29, выполненный на встречно включенных стабилитронах 30, 31.Sator 2 and resistor 3, switching unit 4, which includes diode switches 5, 6 with diodes 7, 8, input resistors 9, 10, and bias resistors 11, 12 and inverters 13, 14 connected to the outputs of diode switches 5, 6 The base of the transistor of the inverter 14 through a resistor 15 is connected to the power source E, the output of this inverter is connected to the auxiliary input of the inverter 13 via a resistor 16. The first input 17 of the switching unit 4 is connected to the output of the operational amplifier 1, the second input 18 is connected to the positive reference source voltage, and the third input is 19 and The reference voltage source E, the first output 20 of the switching unit 4 is connected to the gate of the field-effect transistor 21, shunting the capacitor 2. The second output 22 of the switching unit 4 is connected to the inverting input of the operational amplifier 1 through a voltage divider made on resistors 23 and 24. The third output 25 of the unit switch 4 is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 1 through a voltage divider, made on resistors 24, 26. The switching unit also has outputs 27, 28. The connection point of the capacitor 2 and the resistor 3 is connected and with a common bus through a nonlinear element 29, made on counter-included Zener diodes 30, 31.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

При положительном входном напряжении отрицательное напряжение на выходе интегратора нарастает до момента пробоя стабилитрона 30. После этого выходной ток усилителя 1 замыкается через открытые стабилитроны 30, 31, что приводит к выключению отрицательной обратной связи и резкому изменению напряжения на выходе интегратора. Через короткий промежуток времени это напряжение достигает значения, соответствующего открыванию диодного ключа 6, который обеспечивает включение положительной обратной связи. В результате усилитель 1 скачком переходит в состояние отрицательного насыщения. Отрицательное напряжение на выходе ключа 6 закрывает транзистор инвертора 14, что приводит к открыванию транзистора инвертора 13. Напряжение коллектора этого транзистора снижается практически до нуля и полевой транзистор 21 открывается, обеспечивая быстрый разряд конденсатора 2.With a positive input voltage, the negative voltage at the integrator output rises until the breakdown of the Zener diode 30. After that, the output current of the amplifier 1 is closed through the open Zener diodes 30, 31, which leads to the switching off of the negative feedback and a sharp change in the voltage at the integrator output. After a short period of time, this voltage reaches the value corresponding to the opening of the diode switch 6, which ensures the inclusion of positive feedback. As a result, the amplifier 1 abruptly goes into a state of negative saturation. Negative voltage at the output of the switch 6 closes the transistor of the inverter 14, which leads to the opening of the transistor of the inverter 13. The collector voltage of this transistor decreases to almost zero and the field-effect transistor 21 opens, providing a fast discharge of the capacitor 2.

По мере разряда конденсатора 2 напряжение на инвертирующем входе усилителя 1 приближается к уровню напряжения, действующего на его неинтертирующем входе, т. е. к напряжению, которое возникает на резисторе 24 после включения диодного ключа 6 и перехода усилителя 1 в состояние отрицательного насыщения. При близ⁴ As the capacitor 2 discharges, the voltage at the inverting input of amplifier 1 approaches the voltage level acting on its noninterrupting input, i.e. the voltage that occurs on resistor 24 after switching on diode switch 6 and switching amplifier 1 to negative saturation. At about ⁴

ких напряжениях на входах усилитель 1 переходит в линейный режим, и напряжение на его выходе изменяется до значения, при котором диодный ключ 6 выключается, в результате чего полевой транзистор 21 закрывается, и разряд конденсатора 2 прекращается. При закрывании диодного ключа 6 напряжение на неинвертирующем входе усилителя падает до нуля, что приводит к дальнейшему изменению выходного напряжения интегратора. Когда оно достигает уровня, при котором происходит выключение нелинейного элемента 29 (закрываются стабилитроны 30, 31), усилитель 1 охватывается отрицательной обратной связью через конденсатор 2 и резистор 3. В результате на выходе усилителя устанавливается напряжение, равное остаточному напряжению на конденсаторе 2, т. е. тому напряжению, которое было на нем к моменту окончания разряда (выключения полевого транзистора 21).The voltage at the inputs of the amplifier 1 goes into a linear mode, and the voltage at its output changes to the value at which the diode switch 6 turns off, with the result that the field-effect transistor 21 closes and the discharge of the capacitor 2 stops. When closing the diode key 6, the voltage at the non-inverting input of the amplifier drops to zero, which leads to a further change in the output voltage of the integrator. When it reaches the level at which the nonlinear element 29 is turned off (zener diodes 30, 31 are closed), amplifier 1 is covered by negative feedback through a capacitor 2 and a resistor 3. As a result, a voltage equal to the residual voltage on the capacitor 2 is established at the amplifier output. E. The voltage that was on it at the time of the end of the discharge (turning off the field-effect transistor 21).

Далее усилитель 1 переходит в режим интегрирования входного сигнала и весь процесс повторяется. На выходе 28 блока переключения 4 возникают положительные импульсы, частота следования которых пропорциональна входному сигналу.Next, the amplifier 1 enters the mode of integrating the input signal and the whole process repeats. At the output 28 of the switching unit 4, positive pulses occur, the frequency of which is proportional to the input signal.

Работа схемы при другой полярности входного сигнала протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что напряжение на выходе усилителя принимает положительные значения. Поэтому происходит периодическое открывание диодного ключа 5, благодаря чему открывается транзистор инвертора 13 и соответственно полевой транзистор 21. Импульсы положительной полярности с частотой следования, пропорциональной входному сигналу, снимаются в этом случае с выхода 27 блока переключателя 4. На выходе 20 блока переключения 4 формируется частотный сигнал, определяемый модулем входного напряжения.The operation of the circuit with a different polarity of the input signal proceeds in a similar way with the only difference that the voltage at the amplifier output takes positive values. Therefore, the diode switch 5 is periodically opened, so that the inverter transistor 13 opens and, accordingly, the field-effect transistor 21. Positive pulses with a repetition frequency proportional to the input signal are removed in this case from the output 27 of the switch unit 4. At the output 20 of the switching unit 4, a frequency signal determined by the input voltage module.

Благодаря отличительным признакам изобретения операционный усилитель интегратора в момент переключения оказывается охваченным пороговой положительной обратной связью, что выгодно отличает данный преобразователь от прототипа, где для получения данного режима используется отдельный операционный усилитель. В результате этого снижается энергопотребление и повышается надежность преобразователя.Due to the distinctive features of the invention at the time of switching, the operational amplifier of the integrator is covered by a positive threshold feedback, which distinguishes this converter from the prototype, where a separate operational amplifier is used to obtain this mode. As a result, the power consumption is reduced and the converter reliability is increased.

Благодаря наличию второго источника опорного напряжения Е+, второго делителя напряжения (резистор 26) и дополнительных выходов 27, 28 блока переключения 4 появляется возможность работы устройства при входном сигнале любой полярности.Due to the presence of the second source of the reference voltage E +, the second voltage divider (resistor 26) and the additional outputs 27, 28 of the switching unit 4, it becomes possible to operate the device with an input signal of either polarity.

Claims

Claim

Voltage to frequency converter

performed on an operational amplifier with

762168

five

a capacitor in the negative feedback circuit, a shunt source circuit of the field-effect transistor, a switching unit whose first input is connected to the output of the operational amplifier, and the first output is connected to the gate of the field-effect transistor, the reference voltage source connected to the second input of the switching unit, different “That, in order to reduce power consumption and increase the reliability of the converter, between the output of the operational amplifier and the capacitor a resistor is connected, the connection point of the capacitor and the resistor with it

dinene with a common bus through a nonlinear element, and the second output of the switching unit is connected to the non-inverting input of the operational amplifier through a voltage divider.