Квадратичный преобразователь напряжения в частоту

Квадратичный преобразователь напряжения в частоту

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCNOhAY СВИДВтеЛЬСтвЮ

< 962994

Союз Советскмх

Соцмапмстмческмх

Республмк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено09.04.81 (2l) 3271119118 24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.82. бюллетень М 36

Дата опубликования описания 03.10.82 (5I)M. K .

GO6G .7/20

9кудеротееииый комитет

CCCP ю делам изаоретеиий в открытий (53) УДКЛ81.33m (088.8) П. П. Першенков, Э. К. Шахов, В., А. Юрманов и В. М. Шлянднн (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАХ)ВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ B ЧАСТОТУ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в. аналоговых вычислитель- . ных машинах, а также для предварительной обработки переменных высокочас тот

5 ных сигналов.

Известен квадратор, содержащий последовательно соединенные блок интегрирования, нуль-орган, переключатель и источники опорных напряжений (11 . !

О

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь низких частот с квадратичной функцией преобразования, содержащий интегратор, первый вход которого является входом преобразователя, а выход соединен со входом блока сравнения; выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом двухпо«. зиционного переключателя, информационные о входы которого подключены к источнику положительнто и отрицательного опорного напряжения, а выход,двухпозиционного переключателя соединен со вторым входом интегратора (2) .

Недостатком данных устройств являет ся узкий частотный диапазон преобразования, обусловленный невозможностью использования этих устройств для преобразования высокочастотных сигналов, так как в этом случае значительно возрастает методическая погрешность преобразования.

Пель изобретения — расширение частот ного диапазона преобразуемых напряжений в область высших частот.

Поставленная цель достигается тем, что в квадратичный преобразователь напряжения в частоту, содержащий интегра- тор, вход которого является входом преобразователя, пороговый элемент, выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом двухпоэиционного переключателя, введены повторитель напряжения, зарядный конденсатор и источник образцового положитель— ного и отрицательного тока, причем вход

3 9629 повторителя напряжения соединен с вы« ходом интегратора, а выход повторителя напряжения через зарядный конденсатор соединен со входом noporoaoro элемента и с выходом двухпозйционного переключа тепя, информационные входы которого соединены с источником обраэцвого положительного и отрицательного тока.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразователя. 10

Схема содержит интегратор 1, повторитель 2 напряжения, конденсатор 3, пороговый элемент 4, состоящий из диффе-, ренциального усилителя 5 и двух резисторов C и 7, переключатель 8 и источник 1з

9 образцового тока.

Устройство представляет собой преобразователь напряжение-частота с квадра- тичной функцией преобразования и работает следующим образом. го

Рассмотрим работу при отсутствии входного напряжения. Пусть на вход поро» гового элемента 4 подано пороговое напряжение отрицательной полярности -() 25 и и переключатель 8 находится в нижнем положении. В этом случае происходит заряд конденсатора 3 постоянным током -3o источника 9 образцового тока через малое выходное сопротивление повторителя 2.щ

Напряжение в точке А изменяется линейно (заряд идет постоянным током) до мо» мента равенства его пороговому напряжению — \Jn В момент равенства напряжепия в точке А пороговому напряжению

UA =- — 0И срабатывает пороговый элемент.

В результате изменяется полярность порогового напряжения, а переключатель 8 перводится в верхнее положение. Происхо дит процесс переэаряда конденсатора током + )о, при этом напряжение в точке А изменяется также линейно, но в противоположную сторону до момента равенства его пороговому напряжению + U> . В мо« мент равенства UA = + U вновь срабаты- вает пороговый элемент, изменяя тем самым полярность порогового напряжения и положение переключателя 8. Далее цикл повторяется. Таким образом, цикл преобразования состоит иэ двух тактов в пЕрвом такте переключатель 8 находится в нижнем положении и пороговое напряжение от рицательно-О, во втором такте переключатель находится в верхнем положении и пороговое напряжение положительно +OH ..

Sf

Работа схемы в течение одного цикла преобразования, при отсутствии входного сш нала, описывается уравнениями

3 1 З вЂ” — t J ®=- — т =-Й3 (1)

80 C 1 Nl о — j3 (31=, =20И, (2) где Т и Т - длительности соответст, ветственно первого и второго тактов;

С - емкость конденсатора 3.

Решая уравнения (1) и (2) относительно. и Т, определим частоту следования импульсов на выходе преобразо3О

1 о „Т„+Т 4-0„C которая носит название начальной частоты преобразователя.

Рассмотрим работу преобразователя при подключении на вход переменного напряжения. Выходное напряжение повторителя 2 равно выходному напряжению интегратора 1 и представляет собой интегральное значение входного сигнала ОХ (1).

В общем случае выходное напряжение интегратора определяется выражением (3)

О„= У0„()«, "о где Ч. = Rt — постоянная времени

4 интегратора.

Так как входное напряжение (-)Х() величина переменная, то и интеграл от нее по времени также величина переменная.

В точке A происходит суммирование выходного напряжения интегратора 1 и пилообразного напряжения, формируемого зарядом емкости 3, опорным током ДО, В остальном работа схемы не отличается от вышеописанной при отсутствии входнои: сигнала.

Процессы в течение одного цикла преобразования описываются уравнениями

ЭоТ

=-Ми (4)

С

Охт . ЭОТ4

+ —.. =20 С С И (5)

Решив уравнения (4) и (5) относительно Т и Т, получим выражение для выходной частоты преобразователя а д Я.

Вьа „„ФС0„40„з т;и пнч 4 и о и пнч где,б= - постоянный коэффициент, С о и определяемый параметрами преобразователя, 9629

Последнее выражение представляет собой функцию преобразования предлагаемого преобразователя.

В отличие от известного, где суммирование текущих значений преобразуемого 3 напряжения и опорного сигнала осуществ-ляется в интеграторе, в предлагаемом устройстве суммирование интегральных значений преобразуемого напряжения и опорного сигнала происходит на входе срав-1о ниваюшего устройства, чем достигается получение значительно более высокой начальной частоты преобразователя, чем в известном, так как интегратор 1 в ее формировании участия не принимает. ,Действительно, максимальная начальная частота в известном ограничивается инерционностью усилителя,. на котором вы« полнен интегратор, задержкой сравниваю- . щего устройства и задержкой переключа- 20

1 теля, причем инерционность усилителя играет доминирующую роль.

В предлагаемом преобразователе инерционность усилителя интератора 1 не оказывает влияния на формирование на- 2$ чальной частоты, поэтому она может быть получена значительно более высокой.

Таким образом, предлагаемый преобразователь может быть использован для преобразования высокочастотных сигна- 3р лов, так как соотношение Х I 5< будет мало и методическая погрешность из-за изменения входного сигнала в течение одного цикла преобразования незначительна. Дополнительным преимуществом устройства является то, что снижаются требования к интегратору, так как он, во-первых, работает с частотой преобразуемого Uy(4P сигнала, а не с частотой выходного сигнала %8цу, как это имеет место в известном (частота выходного сигнала по крайней мере в 10- 50 раз выше частоты входного сигнала) и, во-вторых, интегратор работает в g раз более узком динамическом диапазоне (А, — допустимое значение пик-фактора в известном), так

94 d как в известном интегрируется сумма преобразуемого и опорного напряжения, а в предлагаемом устройстве - только преобразуемое напряжение.

Таким образом, диапазон преобразуемых напряжений расширяется в область высоких частот (до 200 - 300 кГц), а известное используется для преобразования сигналов, частота которых не превышает 5 - 10 кГц. формула изобретения

Квадратичный преобразователь напря-.

41 жения в частоту, содержащий интегратор, вход которого является входом преобразователя, пороговый элемент, выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя, о т личаюшийся тем, что, с цельк расширения частотного диапазона преобразуемых напряжений в область высших частот, в него введены повторитель на пряжения, зарядный конденсатор и источ ник образцового положительного и отрицательного тока, причем вход повторителя напряжения соединен с выходом интег ратора, а выход повторителя напряжения через зарядный конденсатор соединен со входом порогового -элемента и с выходом . двухпозиционного переключателя, информационные входы которого соединены с источником образцового положительного и ртрицательного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 643907, кл. 806 6 7/20, 1977.

2. Мартяшин A. И. и др. Преобразова» тели электрических параметров для систем контроля и измерения. М., "Энергия", 1976, с. 175 — 176, рис. 3- 31 (прототип).