Анализ и исследование схем преобразователей напряжение-частота
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ы внутреннее сопротивление источника сигнала оставалось достаточно малым по сравнению с сопротивлениями R1 и R3 во всем диапазоне частот (0-40 кГц). Высокая точность и большой динамический диапазон рабочих частот схемы позволяют выполнять с ее помощью высококачественные аналого-цифровые преобразования и строить на ее основе прецизионные управляемые напряжением генераторы пилообразных колебаний.
Еще одна схема преобразователя напряжения в частоту с линейностью передаточной характеристики лучше 0,2 % при изменении входного сигнала от 0 до 10 В показана на рис. 1.7,б. В ней для сброса интегратора применяется обычный четырехслойный диод. Схема генерирует как импульсное UВЫХ1 так и пилообразное UВЫХ2 напряжения.
При интегрировании входного напряжения операционным усилителем, резистором R1 и конденсатором С1 напряжение на выходе А1 линейно нарастает с наклоном-UВХ/R1C1. Когда это напряжение превышает напряжение открывания диода Uот, последний переключается в состояние с низким сопротивлением. При этом конденсатор С1 разряжается до тех пор, пока напряжение на нем не уменьшится до напряжения восстановления диода. После этого восстанавливается исходное состояние VD, и цикл возобновляется. В результате переключения диода на его аноде возникает импульсный сигнал, который поступает на выход. Частота выходного пилообразного напряжения приблизительно равна UВХ/[R1C1(UОТ)]
При использовании конденсатора емкостью до 1 мкФ линейность характеристики преобразования повышается, однако при этом уменьшается максимальная частота выходного сигнала. Схема нормально работает на частотах до 5 кГц; дальнейшее увеличение частоты ограничено скоростью нарастания выходного напряжения ОУ. Сопротивление резистора R1 выбирается таким, чтобы входной ток усилителя не превышал 10 мкА; в этом случае устраняются ошибки, обусловленные током утечки диода.
.4 Преобразователи на таймерах
Часто при преобразовании напряжения в частоту требуется больший диапазон изменения частоты выходных импульсов, чем могут обеспечить рассмотренные ранее схемы. Преобразователи-с изменением частоты в пределах 2-4 декад реализуют на интегральных таймерах.
При соединении таймера по схеме самовозбуждающегося мультивибратора (рис. 1.8,а) можно получить линейный преобразователь напряжения в частоту, изменяющуюся от 10 Гц до 10 кГц, причем этот диапазон может быть легко сдвинут в любую сторону заменой одного из элементов схемы. Определяемый входным управляющим-напряжением UBX ток линейно заряжает времязадающий конденсатор С, так что с увеличением UBX линейно возрастает частота выходных импульсов. В любой момент заряд конденсатора напряжение на нем определяется выражением UС=UП/3+(I/C)t, где I - ток заряда конденсатора. Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет величины UС=2UП/3, при этом время заряда t1=UПC/3I. В этот момент конденсатор быстро разряжается до напряжения UП/3 через сопротивление RК.Э открытого транзисторного ключа в таймере А2 типа 106ВИ1 (вывод 7), Время разряда t=0,69 RК.Э C.
Схема рассчитывается таким образом, чтобы выполнялось условие t1>>t2 поэтому период колебаний мультивибратора Т весьма близок к U, а частота колебаний f=3I/UПC.
Операционный усилитель 140УД7 и транзистор VT3 образуют источник тока, зависящего от управляющего напряжения. В нем
Рис. 1.8. Применение таймера в схеме преобразователя напряжения в частоту (а) и зависимости частоты и ее погрешности от входного напряжения (б)
I1=UВХ/RЭ Для того чтобы источник входного напряжения UВХ можно было заземлять, заряд конденсатора фактически осуществляется током I, поступающим от источников тока (транзисторы VT1, VT2 и VT4), являющихся "зеркальным отражением" источника тока на транзисторе VT3; при этом I=I1. Транзистор VT4 включен по модифицированной каскадной схеме, благодаря чему источник тока обладает повышенным выходным сопротивлением, так что равенство токов I=I1 соблюдается лучше. С учетом этого
f=3UВХ/RЭCUП). (1.7)
При максимальном входном управляющем сигнале 10 В и номиналах элементов, указанных на рис. 3,8,а, ток заряда легко можно регулировать от 10 мкА до 1 мА; при этом выходная частота f=103 UВХ, где f - в герцах, UВХ - в вольтах.
На рис. 1.8,б приведены экспериментальные зависимости частоты и ее погрешности от управляющего напряжения. На верхней границе частотного диапазона (около 10 кГц) начинает сказываться время разряда t2, которое фактически не равно нулю, и частота становится меньше расчетного значения. На низкой частоте (около 100 Гц) коэффициенты усиления транзисторов падают, а токи смещения компаратора (выводы 2 и 6) снижают коэффициент преобразования напряжения в ток, при этом частота оказывается меньше вычисленного по формуле (1.7) значения. Последнее явление можно частично устранить регулировкой напряжения смещения ОУ. Для работы на более высоких частотах (до 100 кГц) лучше уменьшать емкость С (до 0,002 мкФ), чем сопротивление R3. В противном случае повысится погрешность на высоких частотах за счет увеличения отношения t2/t1.
Приведенная на рис. 1.9 схема также построена на таймере, но имеет диапазон изменения частоты выходных имп?/p>