Разделы сайта

Основные методы преобразования

Простейшая схема преобразователя напряжения в частоту (рис. 1.1) содержит управляемый напряжением генератор тока (ГТ), обеспечивающий линейный процесс заряда конденсатора С до порогового напряжения, которое определяется опорным напряжением UОП. Когда напряжение на конденсаторе достигает этого значения, компаратор изменяет свое состояние и запускает схему формирования выходных импульсов с одним устойчивым состоянием (одновибратор), которая вырабатывает один импульс фиксированной длительности. Одновременно на выходе компаратора формируется управляющий импульс, замыкающий контакты переключателя S, через которые происходит разряд конденсатора С. Затем весь цикл снова повторяется. Если генератор тока спроектирован таким образом, что его выходной ток i прямо пропорционален входному напряжению U ВХ, то схема представляет собой обычный преобразователь напряжения в частоту.

Для напряжения на конденсаторе в любой момент времени t (когда переключатель разомкнут) справедливо следующее выражение: UC=it/C. Время, в течение которого напряжение UC достигнет порогового значения UOП , равно τ=UОП C/i=U ОП C/ kU ВХ , где k - коэффициент пропорциональности между входным напряжением и выходным током ГТ

Рис. 1.1. Схема простейшего преобразователя напряжения в частоту.

Зная τ, легко определить зависимость выходной частоты преобразователя от входного напряжения:

f=1/τ=kUВХ/(UОПC). (1.1)

Необходимо заметить, что в действительности время разряда конденсатора С имеет отличное от нуля постоянное для каждой схемы значение tр. Это приводит к появлению ошибки при определении частоты f из выражения (1.1), причем эта ошибка особенно значительна на высоких частотах. Действительно, с учетом времени tр выражение для определения частоты может быть представлено в виде

Можно показать, что при использовании транзисторного ключа для разряда конденсатора емкостью 100 пФ ошибка на частоте f = 20 МГц, вносимая временем разряда, около 10%. Дальше будут указаны способы ее компенсации при построении преобразователей напряжения в частоту по описанному методу.

Другой метод преобразования напряжения реализован в схеме на рис. 1.2,а.

Рис. 1.2. Преобразователь на интеграторе (а), форма напряжения в различных точках схемы (б, в) и зависимость частоты выходных колебаний от амплитуды входного сигнала (г).

В ней использованы интегратор на ОУ и переключающий биполярный транзистор, включенный параллельно интегрирующему конденсатору. Схема работает с входным напряжением отрицательной полярности и интегрирует его в положительном направлении до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет порогового значения. В этот момент срабатывает компаратор, который возвращает интегратор в исходное нулевое состояние с помощью транзисторного переключающего каскада, работающего в режиме насыщения.

Форма напряжения в различных точках схемы показана на рис. 1.2,б, в. Выходной сигнал интегратора в виде напряжения пилообразной формы (рис. 1.2, б) поступает на вход компаратора и преобразуется в последовательность узких импульсов (рис. 1.2, в), длительность которых зависит от времени восстановления используемого ОУ и в приведенной схеме равна 0,5 мкс. В течение этого времени конденсатор С полностью разряжается через транзистор VT. Частота следования выходных импульсов обратно пропорциональна наклону пилообразного напряжения интегратора и линейно изменяется с изменением входного сигнала (рис. 1.2, г).

Перейти на страницу: 1 2

Самое читаемое:

Оптимизация интегрированной системы управления глюкозо-паточным комбинатом
Автоматизация технологических процессов - этап комплексной механизации, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления технологическими процессами (ТП) и передачей этих функций автоматическим устройствам. При автоматизации ТП получение, преобразование, передача и использование энергии, мате ...