Преобразователь тока в напряжение. Комплиментарный эмиттерный повторитель, страница 2

Более высокому напряжению  соответствует меньшая частота треугольных импульсов, а меньшему напряжению соответствует большая частота. Таким образом, реализуется основное требование ко всей схеме (преобразование входного тока в частоту, при этом большему току на входе прибора  соответствует большая частота на выходе ФП и наоборот).

3.2. Расчет узлов ФП.

3.2.1. Первый и второй компараторы реализованы на ОУ типа КР1040УД1 с двух полярным питанием 12В (см. рис.5.). Входные сигналы на ОУ поступают через резисторы . Для того, чтобы не было глубоко насыщения ОУ их входы соединены двумя встречно включенными диодами , ,  и   типа КД522 (импортный аналог 1N4148). С выхода компараторов сигналы должны поступать на входы RS  триггера, управляемого уровнями ТТЛ. Для преобразования этих сигналов используются преобразователи уровня на резисторах  и диодах , ,  и   типа КД522. Т.к диоды питаются от напряжения 5В и 0В, то уровни на входах RS  триггера не будут превышать напряжений 5,6В и минус 0,6В, что допускается для входов микросхем ТТЛ (все избыточные напряжения гасятся на резисторах  и , а уровни по 0,6В получаются на прямо включенных диодах).

Рис.5. Операционный усилитель.

3.2.2. RS триггер собран на двухвходовом конъюнкторе с инверсией (см. рис.6.). Для этого используются логические элементы типа КР1533ЛА3—четыре логические элемента «2И-НЕ» (импортный аналог SN74ALS00). Так как, на этих элементах получается триггер с инверсными входами, то к этим входам добавлены два инвертора с соединенным входом, что позволяет в итоге получить RS  триггер с прямыми входами.

Рис.6. Схема RS триггера.

3.2.3. Третий компаратор DA3.2 преобразует уровни ТТЛ в аналоговые уровни 12В и минус 12В. Причем логической единице соответствует уровень минус 12В на выходе, а логическому нулю уровень 12В. Для  этого используется опорное напряжение уровнем 2,5В на делителе напряжения .

Номиналы резисторов  и диодов  и   аналогичны первому и второму компаратору.

На выходе третьего компаратора установлен делитель напряжения для управления интегратором. Так как, для управления интегратором используются уровни 6В и минус 6В, то номиналы делителя: .

3.2.4. Интегратор.

Интегратор на DA3.1 (см рис.7.) позволяет создать зависимость, при которой выходное напряжение равно интегралу по времени от входного напряжения, взятого с обратным знаком, причем постоянная времени интегратора .

Рис.7. Интегратор.

При этом зависимость выходного напряжения от входного имеет вид:

, если ,

 то  .

В первый момент времени после прихода импульса входного сигнала ОУ не успевает отработать сигнал (из-за его инертности). Напряжение на конденсаторе повышается вследствие заряда конденсатора входным напряжением через резистор, подключенный к инверсному входу, после чего включается ОУ, начинается процесс интегрирования, но с отставанием от случая, когда используется идеальный ОУ. При этом, при скачке напряжения на входе, на выходе происходит не линейное изменение напряжения, а экспоненциальное (с постоянной времени ). Если же время , в течение которого развивается эта экспонента, много меньше постоянной времени , то начальный участок экспоненты мало отличается от прямой линии. Это значит, что реальный интегратор по своему выходному напряжению будет мало отличаться от идеального, когда эквивалентный коэффициент усиления интегратора  много меньше коэффициента усиления  примененного в интеграторе на ОУ. Что приемлемо в нашем случае.

Основными погрешностями интегрирования являются: погрешность от напряжения смещения и погрешность, обусловленная входными токами ОУ.  Если напряжение смещения равно нулю, то входные токи ОУ, протекая через конденсатор, заряжают его. В принципе, если прямой вход заземлить через резистор примерно равный резистору на  инвертирующем входе ОУ, то на погрешность интегрирования будет влиять только разность входных токов.

Интегратор, как уже отмечалось выше, управляется напряжениями 6В и минус 6В (при максимальном токе на входе устройства), а изменение выходного сигнала на компараторах лежит в диапазоне от 0,828В (выставляется на делителе из сопротивлений R25 и R26) до 6В (максимальное напряжение на выходе преобразователя тока в напряжение). На рис.9 изображены диаграммы, поясняющие работу генератора для двух граничных значений напряжений  в 1В и 6В (соответственно частоты 30Гц и 1Гц).  А на рис.10 приведена диаграмма, используемая для расчета самого интегратора.