Биполярный преобразователь ток-частота

Биполярный преобразователь ток-частота

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

, Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычис- .лительной техники для аналого-цифрового преобразования информации. Цель ;изобретения - повышение точности преобразования и упрощение устройства . Цель достигается за счет того, что в биполярный преобразователь .ток - частота, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, вьтолненный на кольцевом модуляторе, источники эталонного и входного тог ков, интегрирующий элемент, компаратор , первый триггер, элементь И и генератор тактовых импульсов, введены второй , третий и четвертый триггеры и два элемента И-НЕ. КЬмпаратор выполнен на дефференциальНом Усилителе , а кольцевой модулятор - на . ключах. 1 з.п. ф-лы, 2 йп. (П

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

CNI

РЕСПУБЛИК

400 А1 (1% (11) (594 Н 03 М! 60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASYOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3ф

5 (21) 3850039/24-24 (22) 31.01.85 (46) 15.12.86. Бюл. У 46 (72) В.Н . Науменко, В.С. Малов, А.П. Смирнов и А.В. Готовцев (53) 681.325 (088.8) (53) Авторское свидетельство СССР

11 746923, кл. Н 03 К 13/20, 1978 °

Авторское свидетельство СССР

В 836794, кл. Н 03 К 13/20, 1979. (54) БИПОЛЯРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ТОКЧАСТОТА (57), Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычис.лительной техники для аналого-цифрового преобразования информации. Цель

:изобретения — повышение точности преобразования и упрощение устройства. Цель достигается за счет того, что в биполярный преобразователь ,ток — частота, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, выполненный на кольцевом модуляторе, источники эталонного и входного то". ков, интегрирующий элемент, компаратор, первый триггер, элементы И и генератор тактовых импульсов, введены второй; третий и четвертый триггеры и два элемента И-НЕ. Кбмпаратор выполнен на дефференциальном усилителе, а кольцевой модулятор — на ключах. 1 s.ï. ф-лы, 2 ип.

1277400 2

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники для аналого-цифрового преобразования информации.

Цель изобретения — повышение точности преобразования и упрощение устройства, На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя ток— частота; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Устройство содержит формирователь

1 биполярного эталонного сигнала, кольцевой модулятор 2, источник 3 эталонного тока, интегрирующий элемент 4, компаратор 5, источник 6 входного тока, первый., второй, третий и четвертый триггеры 7-10 соответственно, генератор ll тактовых импульсов (ГТИ), первый 12 и второй

13 элементы И, первый 14 и второй

15 элементы И-НЕ, ключи 16-19,. Триггеры 7-10 включены по схеме четырехразрядного сдвигающего регистра.

На временных диаграммах (фиг. 2) для разных величин и преобразуемого сигнала показаны следующие сигналы:

20 — импульсы тактовой частота f

21 — пилообразное напряжение на эле— менте 4; 22 — импульсы на прямом выходе гервого триггера 7; 23 — импульсы на прямом выходе второго триггера 8," 24 — импульсы на прямом выходе третьего триггера 9; 25 — импульсы на прямом выходе четвертого триггера 10; 26 — выходHblp- HMrljJIbcbl преобразователя

Преобразование входного биполярного тока в выходную частоту основано на принципе сравнения интегралов от входпого и эталонного токов. 3аряд интегрирующего элемента 4 происходит под действием тока, определяемого алгебраической суммой Тд„ () .источника 6 входного тока и lÄ (+ ) формирователя 1 биполярного эталонного сигнала.

Предположим, что,в момент включения преобразователя напряженис на интегрирующем элементе .4 равнс нулю, а первый триггер 7 находится -=. состоянии, когда на его прямом выходе присутствует "1", на инверсном — 0".

Логика рабрты модулятора 2 формирователя 1 организована так, что при этом ключи 16 и 19 ныклн>челы, а 17 и 18 — включены. При этом тск Т.,ис5

1О

3Q

Щ с> >

r. i >>

55 точника 3 эталонного тока протекает через ключ 17, элемент 4, ключ 18.

Интегрирующий элемент заряжается в направлении, при котором напряжение между инвертирующим и пеинвертирующим входами компаратора 5 положительно. Это приводит к тому, что выходной сигнал компаратора 5 принимает значение "0". По приходу отрицательного фронта тактового .импульса ГТИ 11 первый триггер 7 изменит свое состояние, при этом на его прямом выходе будет присутствовать 0"., на инверсном — "l". Модулятор 2 также меняет свое состояние, и ключи 17 и 18 выключаются, а ключи 16 и 19 включаются. Направл.ение заряда интегрирующего эле.1ента 4 изменяется на противоположное, Необходимым условием переключения первого триггера 7 и вследствие этого моцулятора 2 является изменение полярности напряже ния на элементе 4 и вследствие этсго изменение состояния компаратора 5.

Достаточным условием переключения первого тригг".ða 7 и модулятора 2 является приход на вход триггера 7 отрицательного фронта тактового импульса генератора l. Первый триггер 7 работает в режиме, аналогичном счетному, т„е. его переключение осуществляется по отрицательному фронту тактового импульса при условии, что сигнал на его первом входе совпадает с сигналом :a его инверсном выходе, И тегрирующий элемент 4, формит>ователь 1 биполярно.-о эталонно-о c:.зг нала, компаратор 5 и первый pvrrер

7 образуют =ледящуэ управлук>щую сис",ему с замкнутой петлей импульсной обратной связи. В этой системе происходят автоколебапия с частотой, рот -oA т"к овой f, Цби вциом оке, равном нулю, частота автоколебаний равна . 12, а скважность импульсов на выходе первого триггера равla 2. При входном токе, отличном от нуля, ток .,„, ) прослеживается при помощи квантова::лного сигнала в цепи опратнои св> .-IH. ljBQH líÿÿ последов а ..ельность на выходе первого триггера 7 модулируется по закону двухполярной ииротно-импульсной модуляции и однозначно отображает входной ток .С ьм (- ) .

Среднее значение входного тока Т.„(1.,) равно среднему значению бипо— лярного эталонного: тока Тэ-„("в) за

3 1277 много периодов Т> тактовой частоты генератора 11. При этом среднее значение алгебраической суммы токов

I „(1) и I„ (t), протекающих через интегрирующий элемент 4 за много периодов Т, равно нулю. Таким образом, выход первого триггера 7 является выходом преобразователя ток — временной интервал. Преобразователь работает в диапазоне входных токов, 1О непревьш ающих значение эталонного тока источника 6, т.е. /I „(t)/+ I„,, при этом выделение импульсов выходной частоты Г ы„ осуществляется при помощи четырехразрядного сдвигающе- 15 го регистра на триггерах 7-10, первого 12 и второго 13 элементов И, первого 14 и второго 15 элементов

И-НЕ и генератора 11.

Двоичная последовательность на вы-20 ходе первого триггера 7 по каждому отрицательному фронту импульса тактовой частоты переписывается пооче— редно во второй 8, третий 9 и четвертьй )О тр геры сдвигающего ре- 25 гистра. Импульсы выходной частоты Г,х преобразователя выделяются путем стробирования на первом элементе И !2 импульсов тактовой частоты с импульсами с прямых выходов пер- 30 вого 7 и второго 8 триггеров для входного тока одной полярности и с импульсами с инверсных выходов первого 7 и второго 8 триггеров на втором элементе И !3 для входного тока другой полярности. Выделяются импульсы с выходов первого триггера, имеющие длительность более или равно 2 Т-. Стробирование первого 12 и второго 13 элементов И по четвертым 40 входам с выходов второго 15 и первого 14 элементов И†HE соответственно необходимо при применении компаратора, имеющего гистерезис входной характеристики. Этим исключается появ- 45 .ление выходных импульсов по двум выходам t u f. для малых вход. вых >blÌ ных токов на уровне /I,„„(t ) /<0, 1 . .Х

В общем виде выходная частота предлагаемого преобразователя определяет- 50 ся соотношением (t) вх () вых

Выходные импульсы преобразователя являются частью импульсов тактовой частоты.

На фиг. 2 временные. диаграммы иллюстрируют процесс выделения выход400 4 ной частоты 1 „х для Твх(С)=1/4.Т. и входных и ульсов Гбых при токе

I „(t) = -3/4-I„ . Таким образом, в предлагаемом преобразователе входной ток одной полярности определяется числом импульсов в единицу времени по одному частотному выходу преобразователя, а входной ток другой полярности — числом импульсов в единицы времени по второму частотному выходу преобразователя.

Повышение точности преобразователя достигнуто благодаря применению компаратора с дифференциальными входами. Выполнение ключей на К-МОП ключах позволяет практически исключить погрешность преобразователя, вызываемую токами утечки ключей в закрытом состоянии. Работа предлагаемого преобразователя не зависит от длительности импульсов тактовой частоты.

Погрешность коэффициента передачи преобразователя определяется погрешностью работы источника эталонного тока и тактового генератора.

Дифференциальное включение входов компаратора и структура предлагаемого преобразователя позволяют в целом упростить источник питания преобразователя путем использования общего источника напряжения питания для компаратора и источника эталонного тока.

Общий источник питания может быть использован и в многоканальном исполнении преобразователя.

При применении в преобразователе триггеров, работающих по переднему фронту, для исключения ложных выходных импульсов подачу импульсов тактовой частоты на С-входы триггеров необходимо проводить с инверсного выхода ГТИ.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Биполярный преобразователь токчастота, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, вы-, полненный на кольцевом модуляторе, в первую диагональ которого включен систочник эталонного тока, а первый вывод второй диагонали соединен с первым выходом источника входного тока, первым выводом интегрирующего элемента и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с вторым выводом интегрирующего элемента и вторым выходом источника входного тока, а выход компаратора соединен с первым входом первого триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом формирователя биполярного эталонного сигнала и первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента

И и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом первого триггера, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности првобразования и упрощения устройства, в него введены два элемента И-НЕ, второй, третий, четвертый триггеры, причем первый вход второго триггера соединен с прямым выходом первого триггера, выход — с третьим входом первого элемента И и первым входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ и первым входом четвертого триггера, прямой выход которого соединен:с вторым входом 77400 6 первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, четвертый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, а инверсный выход третьего триггера соедийен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а выtO ход — к четвертому входу первого элемента И, вторые входы триггеров подключены к выходу генератора тактовых импульсов, при этом второй вывод второй диагонали кольцевого модулятора

f5 формирователя биполярного эталонного сигнала соединен с вторым выходом источника входного сигнала..

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что в нем

29 компаратор выполнен на дифференциальном усилителе, а кольцевой модулятор выполнен на ключах, управляющие входы которых объединены с управляющим входом формирователя биполяр25 ного эталонного сигнала.

1277400

Составитель В. Махнанов

Техред Л.Олейник

Редактор M. Петрова

Корректор В Вутяга

Заказ 6760/57

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 816

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5