SU1117834A1 - Преобразователь частоты в напр жение - Google Patents

Abstract

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПР}ШЕНИБ, содержащий формирователь импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор и интегратор с узлом установки начальных условий. выход которого подключен к входу фиксирукщего блока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к источнику эталонного напр жени ,- первый выхсщ форкшровател  импульсов подключен к управл н цему входу фиксирукщего блока, а второй выход формировател  импульсов подключен к-управл ющему входу интегратора с узлом установки начальных условий, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  в широком диапазоне преобразуемых Частот, в него введены ключ, компаратор и дополнительный интегратор с узлом установки начальных условий, выход коV ) торого соединен с первым входом комс паратора, а вход - с источником зталонного напр жени , вход ключа соеди§ нен с выходом сумматора, выход ключа соединен с входом выходного интегра , тЬра,управл кт(ий вход ключа соединен с выходом компаратор а, второй вход которого подключен к выходу выходного интегч ратора, а управл ющий вход дополнительэо ного интегратора с узлом установки с начальных условий соединен с вторым 4 выходом формировател  импульсов.

Description

1 Изобретение относитс  к информаци онно-измерительной технике и может использоватьс  в системах автоматического контрол  и регулировани . Известны устройства преобразовани частоты в напр жение, использующие линейные цепи с частотно зависимыми свойствами f} Недостатками данных устройств  вл ютс  низкие точность и быстродейст вие, обусловленные зависимостью вы ходного сигнала от величины входного и необходимостью фильтрации выходног сигнала. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство преобразовани  частоты следо вани  импульсов в напр жение посто нного тока, содержащее формирователь Пимпульсов, выходной интегратор и интегратор с узлом установки начальных условий фиксирующего блока, сумматор, источник эталонного напр жени , причем интегратор с узлом установки начальных условий соединен через фиксирукнций блок, сумматор и блок с выходным интегратором, выход которого соединен с входом интегратора , с блоком установки начальных условий, источник эталонного напр жени  соединен с одним из входов сум матора. Преобразователь построен как замкнута  импульсна  система, поддер живающа  на выходе фиксирующего устройства напр жение, близкое к нулю, благодар  наличию выходного интегрирующего усилител  2, Недостатком известного устройства  вл етс  то, что высокое быстродейст вие достигаетс  в узком диапазоне измер емых частот. Цель изобретени  - повышение быст родействи  в широком диапазоне преобразуемых частот. Поставленна  цель достигаетс  Тем, что в преобразователь частоты в напр жение, содержащий формирователь импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор и интегратор с узлом установки начальных условий, выход которого подключен к входу фик сирующего блок&, выход которого подключен к первому входу сумматора, вход которого подключен к источнику эталонного напр жени , пер вый выход формировател  импульсов - к управл ющему входу фиксирующего блока , а второй выход формировател  им34 пульсов - к управл ннцему входу интегратора с узлом установки начальных условий, введены ключ, компаратор и дополнительный интегратор с узлом установки начальных условий, выход которого соединен с первым входом компаратора , а вход - с источником этаг лонного напр жени , вход ключа - с выходом сумматора, выход ключа - с входом выходного интегратора, управ л ющий вход ключа - с выходом компаf aTopa , второй вход которого подключен к выходу выходного интегратора, а управл ющий вход дополнительного интегратора с узлом установки начальных условий соединен с вторым выходом формировател  импульсов. . На фиг.1 представлена функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - электрическа  схема предлагаемого устройства; нафиг.З - временные диаграммы его работы. Преобразователь частоты в напр жение содер ит формирователь 1 импульсов , последовательно соединенные выходной инт.егратор 2 и интегратор 3 с узлом установки начальных условий, выходы которого подключены к входу фиксирунщего блока 4, выход которого подключен к перв1ому входу сумматора 5, второй вход которого подключен к источнику 6 эталонного напр  жени , первый выход формировател  импульсовк управл ющему входу фиксирующего блока 4, а второй выход формировател  импульсов - к управл ющему входу интегратора 3 с узлом установки начальных условий, ключ 7, компаратор 8 и дополнительный интегратор 9 с узлом установки начальных условий, выход которого соединен с первым входом компаратора 8, а вход - с источником 6 эталонного напр жени , вход ключа с выходом сумматора 5, вьпсод ключас входом выходного Интегратора 2, управл ющий вход ключа - с выходом компаратора 8, второй вход которого подключен к выходу выходного интегратора 2, а управл ющий вход дополнительного интегратора 9 с узлом установки начальных условий соединен с вторым выходом формировател  1 импульсов . Устройство работает следующим образом . С приходом очередного импульсного сигнала преобразуемой частоты U (фиг.З) на первом выходе формировател  1 формируетс  импульсный сигнал 0 (на фиг.З), поступающий на управл ющий вход фиксирующего блока 4, и осуществл етс  запоминание значени выходного напр жени  Uj (фиг.З) ин тегратора 3, достигнутого на предыду щем такте работы устройства. По окон чании импульса (} фиксирующий блок переходит в режим хранени , и напр жение на его выходе U (фиг.З) остаетс  неизменным вплоть до прохода следукщего импульсного сигнала Ор . Одновременно по окончании импульса и на втором выходе формировател  формируетс  импульсный сигнал U (фиг.З), поступающий на управл ющие входы узлов установки начальных усло вий интеграторов 3 и 9, и происходит обнуление выходного напр жени  интеграторов Uj и Ug (фиг.З). При уменьшении выходного напр жени  интегратора 9 до величины выходного напр  интегратора 2 (фиг.З) жени  и на выходе компаратора 8 формируетс  :передний фронт импульсного сигнала Ug (фиг.З), поступающего на управл ющий вход ключа 7. Ключ 7 включаетс , и напр жение с выхода сумматора 5, равное сумме эталонного напр жени  UQ источника 6 и выходного напр жени  фиксирукнцёго блока U (фиг.З), поступает на вход интеграто ра 2. Выходное напр жение Ug,,, интегратора 2 (фиг.З),  вл ющеес  выходным сигналом всего устройства, начинает измен тьс  в зависимости от величины и пол рности выходного напр жени  сумматора 5. По окончании импульса интеграторы 3 и 9 переход т в режим интегрировани  напр жени  ( и их выходные напр жени  U и Ug (фиг.З) нарастают. По достижении выходным напр жением интегратора 9 величины, равной напр жению U g, , на вьпсоде компаратора В формируетс  задний фронт импульсного сигнала Од (фиг.З), ключ 7 выключаетс , и интег ратор 2 переходит в режим хранени  вплоть до момента прихода .следующего импульсного сигнала Ug. С npH ходом следующего импульса пор док операций повтор етс . Интегратор 2, охваченный обратной св зью, в цепь которой включены интегратор 3 и фиксирующий блок 4,  вл етс  астатическим усилителем. Поэтому в установившемс  режиме при посто нной частоте входного сигнала обеспечиваетс  равенство нулю выходного напр жени  сумматора 5, т.е. установившеес  значение U4 ( U ) равно по V U4y противоположно по пол рносличине и ти эталонному напр жении U{j:U|.p -Ujj В то же врем  значение (J. значению пилообразного выходного напр жени  интегратора 3 в моменты прихода очередных входных импульсных сигналов, пр мо пропорциональному периоду преобразуемой частоты Т и установившемус  значению выходного напр жени  устройства и, ВЫХ.УСТ т Vrx.YCT) посто нна  времени интегратора 3. Таким образом. -UdT.f где - частота входного сигнала. Следовательно, установившеес  значение выходного напр жени  устройства пр мо пропорционально частоте следовани  входньк импульсных сигналов. На фиг.З установившемус  режиму работы устройства соответствуют первый и третий такт работы устройства. Установившеес  значение выходного напр жени  устройства не зависит от длительности t импульсного сигнала Оа (фиг.З), поступакицего на управл ющий вход ключа 7. Однако дл  обеспечени  устойчивости и высокого быстродействи  устройства в широком диапазоне изменени  преобразуемой частоты необходимо , чтобы равна  tr длительность провод щего состо ни  ключа 7 на ка адом такте работы устройства измен лась- пр мо пропорционально величине выходного напр жени  Ug . fl предлагаемом устройстве это условие обеспечиваеГс . Действительно, длительность импульсного сигнала Ug равна интервалу нарастани  выходного напр жени  интегратора 9 от нулевого значени  дл  значени , равного выходному напр жению устройстра i.v,u,,, посто нна  времени интегратора 9. Следовательно, К вых/Ч,); т.е. пр мо пропорционально значению выходного напр жени . При наличии такой зависимости можно, выбрав определенные соотношени  междУ посто нными времени интеграторов устройства добитьс  максимально возможного быстродействи  устройства при отработке скачка частоты входного импульсного сигнала независимо от начального значени  частоты. Дл  доказательства последнего утвер щеии  рассмотрим работу устройства на двух следующих друг за другом интервалах повтор емости - (п) и (п + 1), полага  начало ка дцого из интервалов совпаданицим с выходным импульсом формировател 1 импульсов U. (фиг.З). Значени  выходного напр жени  устройства после запирани  ключа 7 на п-м и (h+1)-M интервалах св заны между собой соотношением e6,,(Vo-y4Cn 0), (1) где Tj посто нна  времени интегратора 2j и - значение напр жени  на выходе 4в1ксирую1цего блока на (n+t)-M интервале повтор емости , равное напр жению на выходе интегратора 3 в момент окончани  h-го интервала повтор емости. .TCn}u,,,n , (2) где Tj - посто нна  времени интегра- о тора 3; - длительность h-ro интервала . Подставив (2) в (t), получим разностное уравнение, описывающее работу устройства (-).w в установившемс  режиме T t TCn+iJs:r cohst ; выxl: eыД 8ыx..cr. ВДПп-Г|. Значение Ug, определ етс  из (3)/7 Т, ,Mct , (4) 1 где установившеес  значение измер емой частоты следовани  входных импульсов. Условие устойчивой работы устройства в соответствии с (3) имеет вид -,-l№M Условие максимального быстррдействи  устройства - достижени  выходным напр жением устройства установившегос  значени  за один интервал и повтор емости - имеет вид )/ТЫ . Напр жение на выходе интегратора 9 за интервал времени достигает значени  UgyxCb-nj , Ueb., (f где T - посто нна  времени интегратора 9. Подставив в (7) значение (h+lJ из (3), получим f-VWf)f..(.. При равенстве посто нных времени и Т- из (8) получим Т Р равенстве посто нных интегрировани  интеграторов 2 и 9 предлагаемре устройство обладает максимальным быстродействием во всем диапазоне изменени  изъгёр емой частоты: при изменении скачком частоты следовани  входных импульсов от значени  { до значени  f установившеес  значение напр жени  на выходе устройства пропорциональное f2 , достигаетс  с запаздыванием на один период следовани  импульсов. Таким образом, предлагаемое устройство , обеспечивающее высокую точность преобразовани  частоты в напр жение за счет астатической обратной св зи по измер емой величине, реализует предельное быстродействие в широком диапазоне частот.

Вмд

-

. Фиг./

9 zrpri

ш

(/Ю

т

(f3

(//.

Claims (1)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формирователь импульсов, последовательно соединенные выходной интегратор и интегратор с узлом установки начальных условий, выход которого подключен к входу фиксирующего блока, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен' к источнику эталонного напряжения,- первый выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу фиксирующего блока, а второй выход формирователя’ импульсов подключен к-управляющему входу интегратора с узлом установки начальных условий, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне преобразуемых Частот, в него введены ключ, компаратор и дополнительный интегратор с узлом установки начальных условий, выход которого соединен с первым входом компаратора, а вход - с источником эталонного напряжения, вход ключа соединен с выходом сумматора, выход ключа соединен с входом выходного интегра. тора,управляющий вход ключа соединен с выходом компаратора, второй вход которого подключен к выходу выходного интегратора, а управляющий вход дополнительного интегратора с узлом установки начальных условий соединен с вторым выходом формирователя импульсов.