Цель работы: Изучить назначение,принципы построения и основные характеристики преобразователей “Аналог-частота” и “Частота-аналог”.
1.Краткие сведения из теории
Преобразующие устройства (преобразователи) выполняют самые различные функции в системах автоматики и телемеханики, в системах автоматического регулирования. Так преобразователи "Аналог-частота"(А-Ч) и "Частота-аналог"(Ч-А) являются составной частью различных по назначению функциональных генераторов, аналого-цифровых и измерительных преобразователей, систем телеметрии, широко используются для гальванической развязки.
Среди А-Ч преобразователей наибольшее распространение получили преобразователи "Напряжение-частота", построенные по принципу интегратор-компаратор и по принципу генератора, управляемого напряжением.
Принципиальная электрическая схема А-Ч преобразователя, построенная по принципу интегратор-компаратор приведена на рис. 1а. Интегратор реализован на операционном усилителе DA1 и элементах R1-R4, C1. На операционном усилителе DA2 и элементах R7, R8 реализован компаратор, порог срабатывания которого устанавливается резистором R7 и стабилизируется диодами VD1 и VD2. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме и определяет направление интегрирования.
Действие схемы пояснено на рис.1б и 1в. При закрытом транзисторе VT1 (Uвх > 0) операционный усилитель DA1 работает в инвертирующем режиме и обеспечивает заряд конденсатора С1 с постоянной времени, определяемой параметрами цепи R3, R4 и C1 (интервал Т1-Т2). В момент времени Т2 напряжение на выходе операционного усилителя DA1 становится равным Uпр2, компаратор DA2 срабатывает и на выходе его устанавливается напряжение Uд1. Это напряжение через резистор R5 отпирает транзистор VT1 и операционный усилитель DA1 работает в неинвертирующем режиме, обеспечивая интегрирование в обратном направлении с постоянной времени, определяемой параметрами цепи R4 и C1. При достижении на выходе DA1 напряжении Uпр1 процесс повторяется, обеспечивая работу DA1 в режиме генератора пилообразного напряжения.
Частота выходного сигнала может широко варьироваться посредством изменения напряжения Uд1, Uд2 и величин сопротивлений R1, R2, R3 и R4. На рис. 1в представлены передаточные характеристики при различной емкости конденсатора С1, из которого следует, что увеличение емкости С1 позволяет расширить диапазон измерений выходного напряжения. Следует отметить, что для всех характеристик погрешность преобразования не превышает 1%. Без увеличения погрешности частота сигнала на выходе А-Ч преобразователя может быть повышена до 50 кГц посредством резистора R7.
Практическое применение получили А-Ч преобразователи, реализованные на таймерах (КР1006ВИ). На рис. 2 приведена схема А-Ч преобразователя с погрешностью преобразования менее 1%. Для этого в цепь обратной связи с выхода таймера DA2 на выход операционного усилителя DA1 включен транзистор VТ1. Схема используется для преобразования отрицательного напряжения, изменяемого в диапазоне 0 - 10 В. Времязадающей цепью таймера управляет отрицательный усилитель DA1, работающий в режиме пилообразного напряжения. При высоком уровне выходного напряжения таймера DA2 транзистор VТ1 закрыт и выходное напряжение DA1 линейно возрастает со скоростью Uвх/R1С1 от нуля до 2Uп/3В. На выходе 3 таймера присутствует высокое напряжение Uп (15 В). Как только напряжение на выводах 6 таймера DA2 и операционного усилителя DA1 достигнет 2Uп/3, выходное напряжение таймера становится равным 0,1 В. Транзистор VТ1 открывается и на выводах 6 таймера и DA1 напряжение уменьшается до U6=UвхRот/R, где Rот - сопротивление открытого транзистора. В момент изменения напряжения U6 от 2Un/3 до нуля, выходное напряжение вновь становится равным Un, транзистор VТ1 закрывается и повторяется описанный выше процесс. Цепочка R4, С2 формирует на выводе 2 таймера DA2 перепад напряжения, сдвинутый по времени на 500 нС относительно перепада, формируемого на выводах 6 таймера и операционного усилителя. Это необходимо для того, чтобы напряжение на выходе DA1 успело достичь своего минимального значения, прежде чем транзистор VТ1 закроется и начнется новый цикл заряда конденсатора С1. При отсутствии цепи R4, С2 точность преобразования может существенно ухудшиться. Частота генерируемых преобразователем импульсов рассчитывается из выражения fг=3Uвх/2UпR1С1. Для компенсации влияния разброса и температурной зависимости сопротивления переходов транзисторов VТ1 и DA1 используется цепь регулировки смещения нуля DA1 (резисторы R2 и R3). Чтобы использовать схему для преобразования положительного напряжения в частоту, достаточно заменить р-п-р транзистор на п-р-п. Использование вывода 7 (Вых.2) дает возможность сопрягать выход А-Ч преобразователя с КМОП или ТТЛ интегральными схемами, выбирая соответствующее значение Uп2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.