Преобразователь «напряжение — частота»
О П И С Л. Й И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”
Кл. 42m3, 5/00
Заявлено 05Х1.1967 (¹ 1162764/26-24) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 25.1 т .1969. Бюллетень ¹ 15
Дата опубликования описания 5.IX.1969
МПК G 061
УДК 681.325(088.8) Комитет по делам кзсбретеиий и открытий при Совете б1ииистрое
СССР
Авторы изобретения
В. Е. Корепанов и Э. И. Павлюк
Физико-механический институт АН УССР
Заявитель
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «НАПРЯЖЕН И Е вЂ” ЧАСТОТА»
Разработка устройств для преобразования слабых сигналов постоянного напряжения в частоту является в настоящее время особенно актуальной в связи с все более широким внедрением дискретной измерительной и вычислительной техники в народном хозяйстве. Системы с частотным выходом отличаются также весьма большой помехозащищенностью, что позволяет использовать их для телеконтроля на неограниченно больших расстояниях.
Известны устройства, г которых входной сигнал воздействует на варикап, изменяющий под влиянием приложенного напряжения свою емкость, что вызывает изменение частоты генератора. Измерительные преобразователи такого типа имеют достаточно высокое входное сопротивление и хорошую чувствительность.
Однако повышение класса точности подобных преобразователей сталкивается с весьма значительными трудностями. Все существующие преобразователи являются статическими, т. е. они в принципе работают только при наличии ошибки. Величина этой ошибки уменьшается за счет повышения коэффициента обратной связи, но при этом падает крутизна вольт-герцной хар актер истики преобразования.
Практически неустранимым источником погрешности в преобразователях такого типа, использующих пару генераторов — опорный и измерительный, — является дрейф разностной частоты. Абсолютная величина ее должна быть строго постоянной при нулевом сигнале на входе измерительного генератора. Эта проблема требует создания управляемого генератора с очень высокой стабильностью начальной частоты, что черезвычайно сложно.
Предлагаемый преобразователь является астатическим, что определяет следующие его преимущества.
10 Преобразователь в принципе работает без установившейся ошибки на входе. В стационарном режиме напряжение на входе измерительного генератора равно нулю. Частоты опорного и измерительного генераторов в ста15 ционарном режиме одинаковы. Поэтому в данном случае отпадает необходимость точной фиксации начальных частот генераторов. Достаточно, чтобы дрейф частот обоих генераторов от возмущающих факторов (температуры, 20 старения и т. д.) был одинаков, что практически достигается легче, чем жесткая стабилизация частот.
На чертеже представлена блок-схема описываемого преобразователя, которая состоит из
25 опорного 1 и измерительного 2 генераторов, фазового дискриминатора 8, управляемого генератора 4, усилителя-ограничителя б, частотного детектора б и звена 7 обратной связи.
Преобразуемое напряжение подается на
30 вход измерительного генератора. Под влия242493
Составитель В. Д. Махиаиов
Редактор Б. С. Наикииа Техред Л. К. Малова Корректор Т. П. Лаврухина
Заказ 2!41:6 Тираж 480 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делаги изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
Типография, пр. Сапунова, 2 вием этого сигнала частота стремится измениться, что приводит к сдвигу фазы напряжения с частотой а на входе фазового дискриминатора относительно напряжения с частотой со =со . Сдвиг фаз между этими частотами вызывает на выходе фазового дискриминатора 3 постоянное напряжение U, которое воздействует на управляемый генератор 4. Часгота го,„„на его выходе получает приращение Q.
Сигнал с выхода генератора 4 после усиления и ограничения по амплитуде усилителем-ограничителем 5 подается на частотный детектор б, настроенный на частоту го,„„. При появлении приращения и на выходе детектора б возникает постоянное напряжение U„, величина и знак которого пропорциональны величине и знаку девиации И. Постоянное . напряжение
U0 с выхода звена 7 обратной связи поступает на вход измерительного генератора 2 и вычитается из входного сигнала 1.1„.
В рассмотренном стационарном режиме работы напряжение обратной связи U„, в точности равно входному напряжению U„. Если же это условие в какой-то момент времени не соблюдается, сигнал рассогласования U<> изменяет частоту измерительного генератора 2.
На выходе фазового детектора благодаря набеганию фаз, вызванному неравенством частот опорного и измерительного генераторов, напряжение изменяется до тех пор, пока эти частоты не сравняются, что возможно только при По=О.
Основное отличие предлагаемого преобразователя от существующих заключается в том, что он является астатическим. Это достигается с помощью введения в схему интегрирующего звена — фазового дискриминатора о, поскольку фаза является интегралом от частоты.
5 Погрешность всей системы определяется только стабильностью передаточного коэффициента цепи обратной связи. Разный временной или температурный дрейф генераторов 1 и 2 также приводит к появлению погрешности, но
10 в данной схеме нужна не абсолютная стабильность частот этих генераторов, а только одинаковость их дрейфа, что технически гораздо легче осуществить.
Таким образом, данная схема открывает ши15 рокие возможности повышения точности измерительных преобразователей путем разработки частотных детекторов с повышенной линейностью вольт-герцной характеристики.
20 Предмет изобретения
Преобразователь «напряжение — частота», содержащий опорный и измерительный генераторы, цепь обратной связи из последовательно
25 включенных усилителя-ограничителя, частотного детектора и звена обратной связи, подключенного ко входу измерительного генератора, фазовый дискриминатор и управляемый генератор, отличающийся тем, что, с целью noÇ0 вышения точности, в нем выходы измерительного и опорного генераторов подключены ко входу фазового дискриминатора, выход которого через управляемый генератор соединен с выходом устройства и входом усилителяр5 ограничителя цепи обратной связи.
