ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, и может использоваться в число-импульсных аналого-цифровых преобразователях.
Известен преобразователь угловых перемещений в ШИМ-сигнал (SU 970418, G08C 9/04. Преобразователь углового перемещения в ШИМ-сигналы / Заявлено 10.04.81; Опубл. 30.10.82, Бюл. N 40), содержащий сумматор, интегратор, релейный элемент, делитель частоты, блок функции «Равнозначность» и вращающийся трансформатор, который представляет собой амплитудный модулятор. Устройство имеет высокую точность преобразования угловых перемещений в среднее значение выходных импульсов, однако не может быть использовано в качестве преобразователя напряжения в частоту выходных импульсов (ПНЧ) из-за существенной нелинейности характеристики «входной аналоговый сигнал - частота выходных импульсов».
0
вх
Наиболее близким к предлагаемому ПНЧ является устройство (SU 1211762, G06G 7/12. Развертывающий преобразователь / Заявлено 16.08.84; Опубл. 15.02.86, Бюл. N 6), содержащее сумматор, интегратор, два релейных элемента, блок функции «Равнозначность». Устройство относится к классу систем с частотно-широтно-импульсной модуляцией, когда частота выходных импульсов изменяется по закону вида , что является неприемлемым для ПНЧ, где требуется . Здесь: f - начальная частота выходных импульсов ПНЧ при нулевом уровне входного сигнала;  - нормированное значение входного сигнала Х, где А - амплитуда выходных импульсов первого релейного элемента. Таким образом, при выполнении функции преобразователя напряжения в частоту импульсов устройство-прототип имеет низкую точность работы из-за нелинейности характеристики . Кроме того, величина входного сигнала ограничена диапазоном , т.е. ПНЧ имеет ограниченный диапазон изменения входного сигнала.
В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности работы ПНЧ и расширении его диапазона регулирования.
Предлагаемый преобразователь напряжения в частоту импульсов содержит последовательно включенные входную клемму, амплитудный модулятор, сумматор, интегратор, первый релейный элемент, блок функции «Равнозначность», выход которого соединен с выходной клеммой устройства, второй релейный элемент, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход соединен со вторым входом блока функции «Равнозначность», выход первого релейного элемента подключен ко второму входу сумматора, и отличается от известного тем, что выход первого релейного элемента подключен ко второму входу амплитудного модулятора.
Поставленная техническая задача достигается за счет подключения выхода первого релейного элемента ко второму входу амплитудного модулятора.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1а, б, в, г, д, е - структурная схема предлагаемого ПНЧ и временные диаграммы его сигналов;
В состав ПНЧ (фиг.1а) входят амплитудный модулятор 1, сумматор 2, интегратор 3, первый 4 и второй 5 релейные элементы, блок функции «Равнозначнеость» 6.
На фиг.1 введены следующие обозначения:
вx
X - сигнал управления ПНЧ на первом входе амплитудного модулятора 1;
A
Y(t) - выходной сигнал амплитудного модулятора 1;
и
Y(t) - выходной сигнал интегратора 3;
1
2
Y(t), Y(t) - выходные сигналы первого 4 и второго 5 релейных элементов соответственно;
Y(t) - выходной сигнал блока 6 (выходной сигнал ПНЧ);
±b - пороги перключения первого релейного элемента 4.
Звенья устройства имеют следующие характеристики.
и
и
Сигнал на выходне амплитудного модулятора 1 представляет собой импульсы с частотой выходного сигнала релейного элемента 4 и с амплитудой, равной амплитуде входного воздействия. Интегратор 3 реализует передаточную функцию вида W(p)=l/Tp, где Т - постоянная времени интегрирования. Релейный элемент 4 имеет симметричные относительно нуля пороги переключения ±b и неинвертирующую петлю гистерезиса. Порги переключения релейного элемента равны нулю, а его характеристика «вход - выход» является неинвертирующей. Блок 6 формирует на выходе импульсы с амплитудой +А при условии совпадения знаков импульсов на его входах. В противном случае формируется импульс с амплитудой -А. Считаем также, что импульсы на выходе релейных элементов 4, 5 изменяются в пределах ±А.
Принцип работы устройства следующий.
При отсутствии входного сигнала (фиг.1б) импульсы на выходе амплитудного модулятора отсутствуют (фиг.1в). Звеннья 2, 3, 4 в совокупности образуют автоколебательную систему, частота выходных импульсов которой определяется величиной порогов переключения релейного элемента 4 и постоянной времени интегратора 3 (фиг.1г). Релейный элемент 5 переключается в моменты времени перехода выходным сигналом интегратора 3 через нулевой уровень (фиг.1г, д). Сравнение выходных импульсов релейных элементов 4, 5 с помощью блока 6 функции «Равнозначность» приводит к появлению на выходе устройства импульсов с удвоенной по отношению к выходному сигналу релейного элемента 4 частотой (фиг.1г-е).
вх
При появлении входного сигнала (фиг.1б) на выходе амплитудного модулятора 1 формируются импульсы, которые синфазны по отношению к выходным импульсам релейного элемента 4 (фиг.1в, г). В результате скорость нарастания выходного пилообразного напряжения интегратора 3 увеличивается (фиг.1г), и частота выходных импульсов ПНЧ возрастает по линейному закону  (фиг.1г-е). При этом, в отличие от устройства-прототипа, на амплитуду Х не накладывается каких-либо ограничений.
Таким образом, предлагаемый преобразователь напряжения в частоту импульсов обладает линейной характеристикой «вход - выход» и расширенным диапазоном преобразования входного сигнала, что является следствием подключения выхода первого релейного элемента 4 ко второму входу амплитудного модулятора 1.
Предлагаемое техническое решение будет использовано в число-импульсном фазосдвигающем устройстве системы импульсно-фазового управления тиристорным регулятором напряжения для «мягкого» пуска асинхронного электропривода системы воздухоочистки линии плазменной резки труб на Челябинском трубопрокатном заводе.