6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЧАСТОТУ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

В цифроаналоговых системах управления широко используют преобразователи напряжение — частота. Одна из распространенных схем такого устройства и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы, показаны на рис. 33.

Такой преобразователь содержит интегратор нуль-индикатор построенные на операционных усилителях, и две ключевые схемы, выполненные на диодах VI, , и резисторах

Сигнал управления, поступая на вход интегратора (рис. 33, а), заряжает конденсатор С. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога срабатывания определяемого напряжением смещения на выходе нуль-индикатора изменится полярность напряжения (рис. 33, б), что приведет к изменению состояния ключевых схем, т. е. диоды и закроются, а диоды и откроются.

Через открывшийся диод начнет протекать ток, разряжающий конденсатор С, знак которого противоположен знаку тока заряда и больше его по абсолютной величине. Конденсатор С будет разряжаться, пока напряжение на нем не достигнет порога срабатывания определяемого напряжением которое подключается с помощью диода к нуль-индикатору и образует для него положительную обратную связь. Как только напряжение на выходе конденсатора достигнет нуль-индикатор вернется в исходное состояние, и описанный выше процесс повторится. В момент разряда конденсатора на выходе нуль-индикатора вырабатывается импульс.

Полный рабочий цикл состоит из времени заряда и разряда где Из рис. 33, б видно, что

Рис. 33. (см. скан) Принципиальная схема (а) и временные диаграммы (б) ПНЧ

где , — входное сопротивление нуль-индикатора Под. ставив в выражение для периода значения , определим частоту

Из выражения (29) видно, что характеристика преобразователя нелинейна. Характеристика преобразователя будет линейной, если длительность разряда будет оставаться постоянной во всем диапазоне изменения управляющего напряжения. Для этого вводится цепь коррекции, состоящая из резистора и диода , предназначенного для компенсации падения напряжения на диоде . Цепь коррекции вводится между источником управляющего сигнала и резистором при этом порог срабатывания и напряжение линейно зависят от входного сигнала:

С учетом соотношения (30) выражение для запишем следующим образом:

Подставив в выражение для времени разряда новое значение из соотношения (31), получим

Приняв

получим окончательное выражение для времени разряда

Из выражения (34) видно, что длительность разряда постоянна и не зависит от значения напряжения управления.

Подставив новое значение из выражения (31) в выражение (29), получим:

Исходя из равенства (33), получаем

Из выражения (36) видно, что зависимость частоты от напряжения управления пропорциональна во всем диапазоне преобразования, а характеристика вход — выход Линейна.

Очевидно, что необходимым условием для работы преобразователя является соблюдение следующего неравенства Статическая погрешность такого преобразователя зависит от нелинейности характеристики интегрирующего усилителя при малых сигналах и запаздывания, вносимого ключевыми схемами, которые искажают характеристику в верхней ее части.

Рабочий диапазон частот для рассмотренной схемы составляет 50 Гц...20 кГц.