Частотные преобразования

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПООЧЕРЕДНЫМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ АНАЛОГОВОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Блок-схема преобразователя [Л. 23—25] представлена на рис. 15. Устройство работает следующим образом.

Аналоговая величина преобразуется поочередно работающими интеграторами в линейно изменяющееся напряжение. В момент сов­падения выходного напряжения интегратора с опорным напряже­нием, сравнивающим устройством I или II вырабатывается импульс,

поступающий на коммутатор. Коммутатором производится блоки­ровка и сброс одного из интеграторов в момент работы другого.

При работе преобразователя данного типа отсутствует «мертвое время» to, характерное для преобразователей периодического интег­рирования, так как интегрирование аналоговой величины одним ин­тегратором происходит за время возврата другого интегратора в ис­ходное состояние.

Приведенная зависимость выведена ‘при следующих допущениях: опорное напряжение U0ni = Uou2=Uon постоянные времени интег­раторов Ті = Т2—Т; входные сопротивления сравнивающих устройств бесконечно велики; входная аналоговая величина остается постоян­ной в течение всего времени преобразования.

Методическая погрешность преобразования, связанная с конеч­ным временем возврата интегратора, в данном случае устранена ценой увеличения оборудования в два раза. Поэтому в устройствах

такого типа нашли применение в основном простейшие интеграторы, например с токостабилизирующим трехполюсником.

На рис. 116,a {J1. 125] интеграторы I и II выполнены соответст­венно на токостабилизирующих транзисторах Ті и Г2 и конденсато­рах Сі и С2, на транзисторах Т3, Т4 и Т5, Г6 собраны сравнивающие устройства / и II по схеме токового переключателя. Транзисторы Г7 и Ts служат для блокировки конденсаторов С и С2 интеграто­ров.

При достижении на одном из конденсаторов (Сі или С2) вели­чины, равной опорному напряжению U0ш появляется коллекторный ток соответствующего транзистора (Г3 или Г6), вызывающий опро­кидывание триггера-коммутатора. При этом транзистор Ті или Г2 насыщается и через коллекторно-эмиттерную цепь его проходит ток разряда конденсатора С і или С2. Транзистор Гг или Ті переходит

& режим отсечки и начинается зарядка конденсатора (?2 или и т. д.

Для работы преобразователя при входном токе /Вх (напряже­нии Uвх) различной полярности на входе включен выпрямительный МОСТ ИЗ ДИОДОВ ДгДі, в смежные плечи которого добавлены рези­сторы Ri~R2. Источник входного сигнала не должен иметь гальва­нической связи с источником питания преобразователя.

Термосопротивления R3 и Ri служат для компенсации темпера­турных изменений коэффициентов усиления (Pi и |32) транзисторов Ті и Г2.

Для вывода уравнения преобразования аналоговой величины в частоту рассмотрим цепь заряда конденсатора С. На рис. 16,6 изображена ее эквивалентная схема, на рис. 16,в — ее операторный вид. На схемах введены обозначения:

/кі — зарядный коллекторный ток транзистора Гг, гК1—коллекторное (выходное) сопротивление транзистора Г4 в схеме с общей базой;

/ко7 — начальное значение обратного тока коллектора транзисто­ра Т7 (при коллекторно-базовом напряжении £/Кб = 0); гК7 — коллекторное сопротивление запертого транзистора Г7;

/боз—начальное значение обратного тока базы запертого тран­зистора Г3;

гбз — входное сопротивление со стороны базы запертого тран­зистора Г3;

^с(О)—начальное значение напряжения на конденсаторе, вызван­ное остаточным коллекторно-эмиттерным напряжением it/кэ транзистора Г7 после разряда конденсатора Сг, г экв — параллельное соединение irKr, гк1 г бз;

/экв=/ КІ+/бОЗ 1 К07‘

Переходя от изображения к оригиналу и решая уравнение Uc^ (р) относительно времени зарядки Г3ар» которое определяется моментом UCi(t) = Uon, почучим:

Uc(0) — г экв/эк® — Eni Т зар = V экзС ІП 77 "

Разложим в степенной ряд и учтем первые два члена разложе­ния:

Г Uon-Uc(0) ______________ 1 ( иОп-ис(0) У]

зар^-^экв Гэкр/1вкв _|_ £П1 — Цоа 2 Гэкв/эквН-£'п1"^"^оп / J

Выходная частота устройства /Вых = 1/2Гзар. Два последних вы­ражения являются основными уравнениями преобразования.

Если - пренебречь шунтирующим действием ҐЖВ и влиянием Uq(0), получим приближенное уравнение преобразования

Основными погрешностями описанного устройства являются по­грешность от изменения температуры окружающей среды и погреш­ность нелинейности характеристики преобразования.

Основными причинами, обусловливающими нелинейность пре­образовательной характеристики, являются конечность значения Гэкв, изменение коэффициента передачи тока базы |3i и входного сопротивления при изменении і/вх, нелинейность обратных токов и сопротивлений транзисторов Г і—Тз при изменении напряжения на электродах.

Основными составляющими являются первые две. Погрешность из-за конечности г&Кв определим из уравнения Г3ар, считая, что

Uc(0)^UOTl; £/0п<Гэк®/экл; Ети гэК)р/эк®

и пренебрегая суммарной величиной обратных токов 2/ко транзи­сторов Т{—Т8 и базовым током транзисторов Ті или Т2 при Рі» 1, т. е.

/вх=^2 /экв*

Как видно, для уменьшения этой составляющей - погрешности следу­ет увеличивать гэкв и работать на участке с большим входным то­ком.

Составляющую погрешности нелинейности, создаваемую измене­нием коэффициента передачи тока эмиттера, определим из выше. приведенного выражения /Вых с учетом вышеуказанных допущений и базового тока транзистора Ті.

Составляющая погрешности нели­нейности от изменения коэффициента передачи тока базы умень­шается при увеличении коэффициента передачи, например с по­мощью составного транзистора.