Частотно-импульсный преобразователь
Патент 961139
Авторы
Классы МПК
Частотно-импульсный преобразователь
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 961139 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл.
Н 02 К 13/20//
Н 03 В 19/00 (22) Заявлено 20. 02. 81 (2I ) 3247797/18-21 с присоединением заявки J4
1ЪоуАарстеенньй комитет
СССР (23) Приоритет оо делом изобретений и открытий
Опубликовано 23. 09. 82 ° Бюллетень Рй 35 (53) УДК 621 ° 317 (088. 8) Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Авторы изобретения
Л.П.Колобаев и С.В ° Куликов (7I ) Заявитель (54) ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и предназначено для использования в энергетике для измерения расхода электроэнер гии.
Из вестны частотно-импульсныег ум5 ножители частоты, которые осуществляют умножение частот, либо умножение частоты на код. Эти устройства построены в виде частотно-импульс сной следящей системы, в контуре которой имеется элемент задержки, например, в виде делителя частоты в цепи обратной связи (1).
Однако указанные устройства характеризуются низким быстродействием.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотно-импульсный преобразователь, 2о содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом клю2 ча, обладающий высокой точностью и быстродействием (2).
Однако известный преобразователь не дает возможности получить выходную частоту, пропорциональную произведению двух входных величин.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно создание частотно-импульсного преобразователя, выходная частота которого пропорциональна произведению входного тока и входной частоты с высокими показателями по точности и быстродейст вию, Указанная цель достигается тем, что частотно-импульсный преобразователь, содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом ключа, источник эталонного тока, выход которого связан с выходом ключа, дополнительно содер961
Э жит преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, .дешифратор, первый и второй генераторы импульсов опорной частоты, первый и второй распределители импульсов, дифференцирующую цепь, диод и выходной
RS-тригер, при этом выход первого генератора импульсов опорной частоты через последовательно соединенные первый распределитель импульсов, преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор и второй распределитель связан с R-входом RS-триггера и с входной клеммой опорной частоты, а также с вто" рым входом преобразователя периода в код непосредственно, второй вход второго распределителя импульсов через последовательно соединенные дифференцирующую цепь и диод связан с выходом сравнивающего блока, а его третий вход соединен с выходом второго генератора импульсов опорной частоты,второй выход второго распределителя импульсов связан с управляющи входом блока переписи кода,а его третий выход . соединен с S-входом выходного RSтриггера и с вычитающим входом счетчика, причем выход RS-триггера связан с управляющим входом ключа.
На фиг. 1 приведена блок-схема частотно-импульсного преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы напряжений.
Частотно-импульсный преобразователь содержит источник 1 входного тока, интегрирующий конденсатор 2, соединенный с входом сравнивающего блока 3, источник 4 эталонного тока, ключ 5, преобразователь 6 периода в код, блок 7 переписи кода, счетчик 8, дешифратор 9, первый 10 и второй ;ll генераторы импульсов опорной частоты, первый 12 и второй 13 . распределители и выходной RS-триггер
14. При этом первый вход 15 первого распределителя 12 связан с выходом генератора импульсов входной частоты через клемму 16 первый выход 17 "„ с управляющим счетным входом 18, второй выход 19 - с кпеммой 20 перепи" си кода, а третий выход 21 - с клем» мой 22 обнуления преобразователя периода в код 6, выход rlepaoro генератора 10 импульсов опорной частоты связан с вторым входом 23 первого распределителя 12 импульсов и с входной клеммой 24 опорной частоты преобразователя 6 периода в код. Первый вход 25 второго распределителя 13
139 4 импульсов через . последовательно соединенные дифференцирующую цепь 26 и диод 27 связан с выходом сравнивающего блока 3, второй вход 28 - с выs ходом второго генератора 11 импульсов опорной частоты., а третий вход 29с выходом дешифратора 9, связанного своими входами с выходами счетчика 8.
Первый выход 30 второго распреде10 лителя 13 связан с управляющим входом 31 блока 7переписи кода, второй выход 32- с S-входом выходного RS-триг" гера и с вычитающим счетным входом
33 счетчика 8, а третий выход 341З с R-входом выходного RS-триггера 14, выход которого связан с выходной клеммой 35 преобразователя и с управляющим входом 36 ключа, Выход преобразователя 6 периода в код связан
20 через блок 7 переписи кода с устано- вочными входами счетчика 8.
Входными параметрами преобразователя являются входной ток 3ЗХ источника 1 и частота следования импуль2$ сов Г „на входной клемме 16; выходной величиной является частота следования импульсов на выходной клемме 35, которая равна
Ю
Of Вьц у ВХ Вх
ОП I ЭТ где foe " fonz частота следования
Оп4 импульсов на выходе первого и второго 11 генераторов опорной частоты.
Преобразователь работает следующим образом.
Входной ток (фиг. 2а) интегрируется на интегрирующем конденсаторе
2, напряжение на котором изменяется в соответствии с диаграммой (фиг.2и).
При достижении напряжением уровня срабатывания сравнивающего блока 3 по сигналу с выхода последнего вырабатывается импульс необходимой длительности на выходе RS-триггера 14 (фиr. 2ж), который поступает на управляющий вход ключа 5, подающего на интегрирующий конденсатор 2 уравно 0 вешивающий импульс тока от источника
4 эталонного тока. Частота следования укаэанных импульсов есть выходная частота преобразователя. -Формирование длительности уравновешива ющих импульсов происходит следующим образом.
Импульсы входной частоты (фиг.2б) через клемму 16 подаются на первый
5 9611 вход 15 распределителя 12, на второй вход 23 которого подаются импульсы опорной. частоты от генератора 10.
Распределитель 12 импульсов управляет работой преобразователя 6 перио- и да в код, который содержит счетный триггер, два счетчика, осуществляющих поочередный счет импульсов опорной частоты по суммирующим входам, а также запоминающий регистр. После поступления импульса входной частоты на вход 15 первый импульс опорной частоты поступает с первого выхода
17 распределителя 12 на управляющий счетный вход 18 преобразователя 1З
6 периода в код. Счетный триггер меняет свое состояние, открывая вход предварительно обнуленного счетчика, который начинает заполняться импульсами опорной частоты первого гене- 20 ратора 10, поступающими на входную клемму 24. Второй импульс опорчой частоты с второго выхода 19 распреде лителя 12, поступая на клемму 20 переписи кода, производит перепись в запоминающий регистр преобразователя период - код значение кода, накопленного в другом счетчике за предыдущий период. Третий импульс с третьего выхода 21 распределителя 12, ЭФ поступая на клемму 22, производит обнуление счетчика, код которого был записан в запоминающий регистр преобразователя периода в код.
Диаграмма изменения кодов на счет- з чиках представлена на фиг. 2б и г, а на запоминающем регистре, т.е. на выходе преобразователя периода в кодна фиг. 2д. Таким образом, на выхо-. де преобразователя 6 периода в код все
Д 40 се время хранится код, соответствующий текущему значению периода входной частоты.
При появлении положительного скач45 ка напряжения на выходе сравнивающего блока 3 он через дифференциру- . ющую цепь 26 и диод 27 поступает на первый вход 25 второго распределителя.
После этого первый импульс с выхода второго генератора. 11 опорной частоты проходит на первый выход 30 распределителя 13 и на управляющий вход 31 блока 7 переписи кода, после чего код с выхода преобразователя периода в код записывается в счетчик
8. Второй импульс генератора 11 проходит на второй выход 32 распределителя 13, откуда поступает íà S-вход
39 d ,выходного триггера 14, переводя его в единичное состояние, второй импульс и последующие поступают также на вычитающий счетный вход 33 счетчика
8. Когда значение кода на выходе последнего примет нулевое значение, появляется сигнал на выходе дешифратора 9, который поступает на третий вход 29 распределителя 13. При этом формирование импульсов на втором выходе 32 распределителя 13 прекращается, а на третьем выходе 34 появляется один импульс, который поступает на R-вход выходного RS-триг гера 14 и переводит его в исходное состояние. Длительность импульса на выходе RS-триггера
ОП 1
I
Оп ьх
Выходная частота равна: р &Х оп 2
sblx vg f . g 8x &х эт ОП эт т.е. выходная частота пропорциональна произведению входного тока и входной частоты.
Основные качественные показатели частотно-импульсного преобразователя.
ПредлаГаемая схема позволяет получить высокую точность преобразователя. Действительно, точность преобразователей следящего уравновешивания зависит от точности стабилизатора эталонного тока 3 т и точности выработки длительности эталонного импульса. Соответствующим выбором величин опорных частот fpg u
О п Оп можно легко обеспечить требуемую дискретность измерения периода следования выходных импульсов и необходимый масштаб преобразования. Стабильность опорных частот также может быть высокой при применении, например, кварцевого резонатора. Стабильный источник эталонного тока так,же хорошо реализуется.
Предлагаемая схема позволяет получить высокое быстродействие при формировании выходных импульсов, частота которых пропорциональна произведению двух величин. Известно, что переходный процесс в преобразователе следящего уравновешивания заканчивается за один такт, так как к началу каждого такта напряжение на интегрирующем конденсаторе равно одному и тому же пороговому напряжению сраба39 формула изобретения
7 9611 тывания сравнивающего блока. Небольшие отклонения от номинального напряжения срабатывания обусловлены только дискретностью опорной частоты, а также в случае необходимой за держки в формировании уравновешивающего импульса при совпадении моментов срабатывания сравнивающего блока и блока переписи кода. Однако эти отклонения можно свести к достаточно малым величинам увеличением опорных частот.
Важным динамическим показателем предлагаемого преобразователя является высокая равномерность выход- 1З ной частоты. Он выгодно отличается от частотных умножителей, оперирующих с пачками импульсов или имеющих в контуре обратной связи элемент задержки. 26
Предлагаемая схема позволяет при сравнительно небольших схемных затратах обеспечить высокие показатели по точности и быстродействию при умножении .двух или более, величин. 25
Частотно-импульсный преобразова- 3Е тель, содержащий источник входного тока, выход которого соединен с обкладкой интегрирующего конденсатора, с входом сравнивающего блока и выходом ключа, и сточни к эт алонного тока, выход которого связан с выходом ключа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей .устройст ва, оно дополни тел ьно содержит преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор, первый и второй генераторы импульсов опорной частоты, первый и второй распределители импульсов, дифференцирующую цепь, диод и выходной
RS-триггер, при этом выход первого генератора импульсов опорной частоты через последовательно соединенные первый распределитель импульсов, преобразователь периода в код, блок переписи кода, счетчик, дешифратор и второй распределитель импульсов, связан с R-входом RS-триггера и с входной клеммой опорной частоты, а также с вторым входом преобразователя периода в код .непосредственно, второй вход второго распределителя импульсов через последовательно соединенные дифференцир„"ющую цепь и диод связан с выходом сравнивающего блока, а его третий вход соединен с выходом второго генератора импульсов опорной частоты, второй выход второго распредел ителя импульсов связан с управляющим входом блока переписи кода, а его третий вход соединен с
S-входом выходного RS-триггера и с вычитаащим входом счетчика, причем выход RS-триггера связан с управляющим входом ключа.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
14 420082, кл. Н 03 В 19/00,. 1974.
2. Авторское свидетельство СССР 1 464970, кл. H 03 К 13/20, 1975.
961139
75 Тираж 721 Подписное
ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делаи изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 731 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель В.Муляр
Редактор Н. Джуган Техред М. Надь Корректор В. Бутя га