Преобразователь частотного сигнала

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - увеличение чувствительности преобразования частоты в напряжение или фазу - достигается введением в устройство расширителя 2 импульсов, сигнал которого через интегрирующий усилитель 3 управляет работой входного управляемого формирователя 1 импульсов. На чертеже показаны элемент И 4, формирователь 5, источник 6опорного напряжения, формирователь 7импульсов стандартной формы. 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1451845 А 1 (51) 4 Н 03 К 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4263575/24-21 (22) 17.06.87 (46) 15.01.89. Бюл. Р 2 (71) Норильское специализированное монтажно-наладочное управление Научно-производственного объединения

"Сибцветметавтоматика" (72) В .E,Винниченко (53) 62 1.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 454687, кл. Н 03 К 9/06, 1972. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТНОГО

СИГНАЛА . (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения — увеличение чувствительности преобразования частоты в напряжение или фазу — достигается введением в устройство расширителя 2 импульсов, сигнал которого через интегрирующий усилитель 3 управляет работой входного управляемого формирователя 1 импульсов. На чертеже показаны элемент И 4, формирователь 5, источник

6 опорного напряжения, формирователь

7 импульсов стандартной формы. 1 ил.

1451845

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в приборах измерения, контроля, автоматического регулирования, телемеханики и связи преимущественно при обработке сигналов, представленных слабой частотной модуляцией.

Цель изобретения — увеличение чувствительности преобразования. 1О

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя частотного сигнала; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя на фиг.За, б — характеристики преобразования частота — напряжение и частота — фаза соответственно, фиг,4 иллюстрирует работу преобразователя в качестве дельтаусилителя частотной модуляции. 20

Преобразователь частотного сигнала (фиг.1) содержит управляемый формирователь 1 импульсов, расширитель

2 импульсов, интегрирующий усилитель

3, соединенные последовательно. Вход 25 формирователя 1 и выход расширителя

2 являются входом и выходом соответственно преобразователя. Управляемый формирователь 1 содержит входной элемент И 4 и формирователь 5. В состав устройства могут входить источник 6 опорного напряжения и формирователь 7 импульсов стандартной формы, выход которого является вторым выходом преобразователя частотного сигнала, а вход соединен с выходом расширителя 2 импульсов.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии формирова- 40 тель 1 находится в ждущем режиме и на его инверсном выходе действует сигнал. логической "1". Этот сигнал поступает на второй вход элемента И 4 и разрешает прием входных сигналов 45 (фиг.2а) с периодом Т по первому входу элемента И 4. При поступлении очередного импульса входного сигнала передний фронт этого импульса проходит через элемен г И 4 на вход формирователя 1 и запускает его. При этом на выходе формирователя 1 по11л И является сигнал логического 0

Этот сигнал (фиг.2б) поступает на второй вход элемента И 4 и запрещает 55 и прием входных сигналов на время работы формирователя 1. Этим обеспечивается помехоустойчивость устройства. Коэффициент расширения 2 равен

F (фиг.2в). Выход формирователя 1 и вход расширителя 2 взаимно инверсны.

Импульсы с выхода. расширителя 2 (фиг.2в) поступают на вход дифференциального интегрирующего усилителя 3.

Поскольку усилитель дифференциальный и интегрирующий, то он усиливает разность между средним значением (постоянной составляющей) выходной последовательности импульсов расширителя

2 и опорным напряжением U . Усиленное напряжение с выхода интегрирующего усилителя 3, приложенное к управляющему входу формирователя 1, изменяет длительность импульсов фор— мирователя пропорционально среднему значению напряжения выходной последовательности импульсов расширителя 2 °

Если полярность входов и выхода усилителя 3 выбрана так, что осуществляется отрицательная обратная связь, то при достаточно большом усилении в цепи обратной связи осуществляется автоподстройка к частоте входного сигнала. Это расширяет диапазон допустимых частот входного сигнала.

Вместе с этим отрицательная обратная связь подавляет медленный дрейф среднего значения выходного сигнала, связанный с дрейфом внутренних параметров преобразователя (длительности импульсов . формирователя, коэффициента расширения F расширителя и т ° п.), обусловленных, например, изменением температуры окружающей среды, старением элементов схемы и т.п. Следовательно, в устройстве осуществляется и стабилизация характеристики преобразования.

Это снижает погрешности преобразования.

Кроме того, выбором величины опорного напряжения U представляется воэможность выбора положения рабочей точки на характеристике преобразования в зависимости от ожидаемого характера импульсов частотной модуляции входного сигнала.

Если амплитуда выходных импульсов расширителя равна U„,, то среднее за период напряжения выходной последовательности импульсов преобразователя есть

Р (Т-".)

U = U ------ = U Е(l — .f)

Т I451845 у = F(1 — х), Т2 Г

1 — — (x 1.

I Т + FDT.

К = -- = F

) \

Т вЂ” 2 И (F — 1)---—

Т или в обобщенном виде гдеу=Uc /Uw их= f

Как видно из фиг.2, в каждом периоде должно выполняться условие а в смежных периодах, например Т„ и Т, Из этих условий не трудно найти условие для допустимого диапазона частот входного сигнала.:

Уравнение характеристики преобразования частота — напряжение графически представлено на фиг.3а.

Крутизна преобразования частота— напряжение т,е. в случае линейного расширителя (каким является большинство известных) численно равна коэффициенту расширения расширителя 2.

Преобразователь осуществляет преобразование не только частота — напряжение. Задний фронт выходных импульсов (фиг.2в) смещен относительно начала породившего его периода на величину + Р(Т вЂ” i) или относительно его конца и начала с.седующего периода на величину (F — 1)(Т вЂ” 7), т.е. положение заднего фронта выходных импульсов (фаза заднего фронта) модулировано частотой входного сигнала.

Следовательно, преобразователь является также и преобразователем частота — фаза с передаточной функцией

Ее графическое представление приведено на фиг. Зб.

Крутизна такого преобразования

Д4

К = -- i = 2

1 Д.

Как показано выше, F может быть большим, поэтому преобразователь

55 имеет преимущества перед известными аналогами, поскольку позволяет увеличить крутизну преобразования на 2-3 порядка.

В тех случаях, когда переменная длительность выходных импульсов является мешающим фактором, их задний фронт может быть выделен известными средствами — диференцирующей RC-цепочкой или формирователем 7 импульсов стандартной формы.

На выходе формирователя 7 (фиг.4) возбуждаются импульсы стандартной формы, модулированные по фазе относительно импульсов входного сигнала.

Расстояние между выходными импульсами очевидно равно поэтому преобразователь по фиг.3 можно рассматривать как дельта-усилитель частотной модуляции входного сигнала с коэффициентом усиления F

Это позволяет получить коэффициент усиления импульсов частотной модуляции в несколько порядков.

Для иллюстрации свойств дельтаусилителя на фиг.4а показан условный частотно-модулированный сигнал с периодом Т „, зависящим от времени а на фиг.46 — соответствующий ему выходной усиленный частотно-модулированный сигнал с периодом Т „„, Из фиг.4а, б видно, что изменения частоты входного сигнала усиливаются преобразователем.

Формула изобретения

Преобразователь частотного сигнала, содержащий входной управляемый формирователь импульсов, вход управления которого соединен с выходом интегрирующего усилителя, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности преобразования, в него введен расширитель импульсов, вход которого соединен с выходом управляемого формирователя импульсов, а выход соединен с вторым входом интегрирующего усилителя и первым выходом преобразователя частотного сигнала.

1451845

Тираж 879

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Редактор А.Маковская

Заказ 7090/54

Составитель В. Новоселов

Техред Л,Сердюкова Корректор В.Бутяга