Частотные преобразования

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВОЙ ВЕЛИЧИНЫ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ С РАЗОМКНУТОЙ СТРУКТУРОЙ И ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ПЕРВОГО РОДА

Преобразователи этого типа относятся к устройствам с неза­висимым формированием уравновешивающего эталонного напряже­ния. В этом случае входная аналоговая величина, например напря­жение (рис. 41,а), сравнивается с сигналом, формируемым генера­тором высоколинейного пилообразного напряжения. В момент равенства преобразуемого и пилообразного напряжений схемой срав­нения вырабатывается сигнал, переключающий триггер Тг. В начале каждого такта производится установка триггера в исходное состоя­ние и осуществляется запуск генератора пилообразного напряжения. Обычно функции тактирующего генератора и генератора импульсов заполнения совмещают, а для получения тактовых импульсов исполь­зуется делитель частоты. Триггер управляет схемой совпадения, пропускающей в зависимости от длительности его выходного сиг­нала пропорциональное число импульсов на счетчик.

Следовательно,, если максимальное значение преобразуемого на­пряжения t/вх. макс соответствует Интервалу Т макс, ТО Текущему значению напряжения UBx будет соответствовать интервал

При частоте следования импульсов, заполняющих счетчик, рав­ной число N, зафиксированное счетчиком в результате выполнения одного цикла преобразования, определяется как N=}T, и, следо­вательно,

ЇТ макс Г1

N = ті U*x.

преобразуемого напряжения, которое оно имело в конце интервала измерения.

Имеется много вариантов преобразователей подобного типа [J1. 50], отличающихся видом используемого пилообразного напря­жения (линейно-нарастающее, линейно-падающее), количеством срав­нивающих устройств, типом генератора пилообразного напряжения (интегратор, фантастрон) и т. д.

В качестве уравновешивающего эталонного напряжения может использоваться напряжение ступенчатой формы, образуемое накопи­тельным* элементом, например, конденсатором, на который посту­пают импульсы, имеющие стабильную амплитуду и площадь. Число импульсов пропорционально преобразуемому сигналу, а величина импульсов определяет разрешающую способность преобразователя.

На рис. 41,6 показана функциональная схема устройства такого типа [Л. 51]. Устройство содержит накопительный конденсатор Сь

генератор эталонных импульсов стабильной амплитуды, дозирующий конденсатор С2, импульсный усилитель, зарядно-разрядное устрой­ство, состоящее из диодов Ді—Д4 и ключевого транзистора Ти триггер, управляющий работой преобразователя, и счетчик.

В исходном состоянии конденсатор СА отключен диодом Ді от входной клеммы и разряжен примерно до нуля присоединенной параллельно конденсатору С4 цепью из открытого диода Дг и резистора Rz. Транзистор Т4 закрыт, генератор импульсов находится в ждущем режиме.

Импульс начала измерения Запуск перебрасывает триггер, что приводит к открыванию ключевого транзистора Ті и запуску жду­щего генератора импульсов. Когда транзистор Ті открыт, положи­тельное напряжение на его эмиттере приводит к запиранию диода Дг и разрыву цепи, шунтирующей конденсатор С4. Дозирующий конденсатор Сг, возбуждаемый импульсами ждущего генератора, эталонными дозами через резистор R3 и диод Д3, заряжает кон­денсатор Сі.

Момент, когда напряжение на конденсаторе превзойдет входное напряжение, отмечается нуль-органом, в качестве которого здесь используется импульсный усилитель С ДИОДОМ Ді на входе. Выход­ным сигналом усилителя триггер возвращается в исходное состоя­ние. Количество импульсов ждущего генератора подсчитывается счетчиком. Формирователь ступенчатого напряжения образован дио­дами Дз и Д4 и конденсаторами Сі и С2. При поступлении от ждущего генератора эталонного импульса амплитудой Uі по цепи С2 — Дз — Сі заряжаются конденсаторы Сі и С2. Так как емкость конденсатора Сі значительно больше емкости Сг, выходное напря­жение на накопительном элементе Ct с приходом каждого импульса возрастает на величину

где Uо — напряжение на накопительном элементе (для простоты считаем, что Яз = 0).

Во время интервала между импульсами диод Д3 закрыт и кон­денсатор С2 разряжается через диод Д4. Конденсатор Сі сохраняет свой заряд.

Из уравнения для АІ/ видно, что величина ступеньки зависит от разности между величиной поступающего на формирователь им­пульса и напряжением Uo на накопительном элементе Сі и, следо­вательно, при увеличении Uо постепенно снижается величина AU каждой ступеньки. Это является недостатком преобразователя подоб­ного типа. Кроме того, дополнительная погрешность появляется вследствие того, что обратное сопротивление ДИОДОВ Дз и Д4 не бесконечно велико, а прямое не равно нулю. Уменьшить погреш­ность из-за нелинейности характеристики формирователя ступенча­того напряжения можно путем включения повторителя между нако­пительным элементом и диодом Д4. Этот метод основан на создании напряжения между диодом Д4 и землей, величина которого равна Uo. В интервале между импульсами конденсатор С2 разряжается и снова заряжается в обратной полярности до величины Uо. Во время следующего импульса напряжение изменится на величину

Другим методом является использование стабилизирующего трех- полюсника, например транзистора, включенного по схеме с общей базой между конденсатором С2 и диодом Д3.

В качестве генератора эталонных импульсов может быть при­менен любой другой формирователь импульсов стабильной вольт - секундной площади.