Частотные преобразования

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ АНАЛОГОВОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Блок-схема преобразователя, в котором производится периоди­ческое интегрирование входной аналоговой величины, представлена на рис. 12.

Работает устройство следующим образом.

Входная аналоговая величина преобразуется интегратором в линейно изменяющееся напряжение, непрерывно сравниваемое сравнивающим устройством с опорным напряжением U0п.

В момент совпадения напряжений сравнивающее устройство вырабатывает сигнал, которым зймыкается переключатель, подклю­ченный параллельно накопительному элементу интегратора, на вре­мя /о '(«мертвое время»), в течение которого накопительный элемент разряжается до напряжения, близкого по величине к нулю и завися­щего от типа примененного переключателя. Производится принуди­тельный возврат интегратора на нулевой потенциал (прекращение интегрирования).

Далее переключатель размыкается, и процесс повторяется снова.

Частота повторения пилообразных импульсов на накопительномэлементе (конденсаторе С) интегратора (или частота срабатываний сравнивающего устройства) определяется зависимостью вида

f - UbX 4- f 'выХ RCUontnUBx

где R, С — сопротивление и емкость интегратора;

/о — начальное значение выходной частоты 'при £/Вх=0; їо — время разряда конденсатора С через переключатель, пропускающий ограниченную величину тока.

Эта зависимость справедлива 'при следующих допущениях: вход­ное сопротивление сравнивающего устройства бесконечно велико; переключатель ((ключ) является идеальным, его сопротивление в от­крытом состоянии равно нулю, а в закрытом — бесконечно ве­лико; входная аналоговая ве­личина остается постоянной в течение всего времени пре­образования.

На нестабильность стати­ческой характеристики помимо нестабильности величин, вхо­дящих в приведенную зависи­мость, оказывают влияние на­личие обратного тока затерто­го ключа и нестабильность па­дения напряжения на открытом ключе (имеется в виду использова­ние бесконтактных 'ключей), (влияние конечного значения сопротив­ления и нестабильность уровня срабатывания сравнивающего устрой­ства.

Методическая погрешность, связанная е конечным временем возврата интегратора и приводящая к нелинейности статической ха­рактеристики преобразования, может быть уменьшена увеличением тока через конденсатор С на интервале восстановления исходного уровня. Однако при этом повышаются требования к ключу.

Сущесъвенным недостатком преобразователей с периодическим интегрированием является большое .падение напряжения на входе преобразователя, что требует ограничения величины выходной 'про­водимости источника входного тока и вызывает дополнительные по­грешности.

Для устранения влияния процессов во входных цепях преоб­разователя на величину преобразуемого тока и улучшения харак­теристик самого преобразователя часто используют в качестве ин­тегратора токостабилизирующий трехполюсник с интегрирующим кон­денсатором на выходе.

На рис. '13 [Л. 21] представлена принципиальная схема преоб­разователя, в котором транзисторы Г і—Г3 образуют токостабили­зирующий трехполюсник.

іПри превышении напряжения на конденсаторе Uon срабатывает сравнивающее устройство, состоящее из диода Д и транзисторов Г4 и Г5. После отпирания транзисторов Г4 и Г5 конденсатор С раз­ряжается через мощный транзистор Т6, открываемый сигналом срав­нивающего устройства. Б остальное время транзистор Те закрыт на­пряжением смещения от источника Е3. Основные трудности при конструировании устройства обусловлены большим разрядным то­ком, накладывающим жесткие условия на конденсатор С и тран­зистор Тв. Малая величина тока утечки в запертом состоянии и ма­лое і падение напряжения при больших импульсных токах затруд­няют выбор транзистора. В схемах, использующих в качестве ключа четырехслойные р. п-р-п-приборы (динисторы и тиристоры), можно

устранить большую часть трудностей, однако у этих. приборов зна­чителен температурный коэффициент.

Использование їв качестве интегратора усилителя, охваченного емкостной обратной связью, позволяет улучшить характеристики пре­образователя— повысить его линейность и температурную стабиль­ность |[Л. 22]. На рис. 14 показан один из воз­можных вариантов тако­го преобразователя, где на транзисторе Гг, кон­денсаторе С и резисторе R собран интегратор. Транзисторы Г3 и Г4 об­разуют сравнивающее устройство с положи­тельной обратной связью с коллектора Г4 на базу Г3. Потенциал базы транзистора Г3 фиксиро­ван на уровне (/0п с rib - мощью делителя на ре­зисторах Rq—iRb. Тран­зистор Гі является клю­чом цепи разряда кон­денсатора С интегра­тора. Основную часть периода он закрыт, так как потенциал' его базы, задаваемый делителем /?4, /?5, является недостаточным для открывания Ті. При работе схемы в процессе интегрирования вы­ходное напряжение интегратора изменяется со скоростью, опреде­ляемой цепью RiC. В момент совпадения выходного напряжения ин­тегратора с опорным открывается транзистор Г3 и коллекторный ток, замыкая положительную обратную связь с коллектора Г4 на базу Г3, вызывает резкое переключение сравнивающего устройства

Начинается 'период обратного хода. Транзистор Т открывается. Вход устройства и конденсатор С замыкаются. Ток через эмиттер транзистора Г3 становится недостаточным для поддержания сравни­вающего устройства в открытом состоянии. Ключ закрывается и процесс интегрирования повторяется вновь.

Применение кремниевых транзисторов и определенная структура цепи делают устройство относительно нечувствительным к измене­нию окружающей температуры, хотя изменение параметров Ri и С вызывает пропорциональное изменение выходной частоты. Элементы RiC должны иметь низкие и взаимнокомпенсирующие температурные коэффициенты.

Каскад на транзисторе Т$ используется как импульсный усили­тель и устраняет влияние изменения величины выходной нагрузки на работу сравнивающего устройства.