[其他]電壓——頻率變換器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85102705
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102705A
• 公開（公告）日: 1986-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 唐軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;G01R19/252
• 代理公司: 中國科學院大連化學物理研究所專利代理處
• 代理人: 汪惠民

本發(fā)明是關于電的模擬電壓信號線性地轉換成頻率信號的電壓-頻率變換器電路的改進。

做為高精度的電壓-頻率變換器的各種類型的電路中，積分定電荷反饋型（也稱電荷平衡型）的電路取得了好的效果。上述積分定電荷反饋復原型的電壓-頻率變換器的精確度與穩(wěn)定性主要取決于定電荷的精確度與穩(wěn)定性，而定電荷的方式主要有兩種，一種是定寬度恒定電流來定電荷，另一種是稱謂精密電荷分配器的電容定電壓來定電荷。

典型的定寬度、恒流來定電荷的積分定電荷反饋復原型電壓-頻率變換器的原理圖為：Instruments????&????Control????Systems????1981年8月號57頁圖10所示。當輸入電壓為正時，產生一個輸入電流流向積分放大器的反相輸入端，使積分放大器的輸出端電平下降，當其下降到某一電平時，觸發(fā)精密時間參考電路產生一個寬度τ的脈沖，該脈沖一方面做為電壓-頻率變換器的輸出，另一方面去控制恒流源電路;在無脈沖期間，使反饋的恒流源截止或不流經積分放大器的反相輸入端，在有脈沖τ的期間，使反饋的恒流源導通或與積分放大器的反相輸入端接通;該反饋恒流源電流的絕對值大于輸入電流，其方向是背向積分放大器的反相輸入端;因此，在有脈沖τ的期間，使積分放大器輸出的電平上升，在τ的期間完結時，電路的工作恢復到原來狀態(tài)，再重復上述工作過程。由于觸發(fā)精密時間參考電路的電平是恒定的，在一個周期T內，對積分電容的充電電荷與放電電荷相等。充電電荷：

Q_充1＝I₁T＝ (V_IN)/(R) T （1）

放電電荷：

Q_放1＝I₂τ （2）

式（1）與式（2）相等，并用T＝ 1/(f₁) 代入簡化，可得：

f₁= 1/(RI₂τ) V_IN（3）

典型的電容定電壓來定電荷的積分定電荷反饋復原型電壓-頻率變換器如美國專利3842371。其原理基本上與上述電路相同，只是反饋的定電荷不是由反饋恒流源的電流與控制該電流的脈沖寬度來決定，而是由定電荷電容（該專利中稱復原電容）與參考電池及兩個開關構成的精密電荷分配器來決定;因此其反饋電流變化很大，是一個電容微分放電的尖脈沖電流。若輸入端輸入電壓為V_IN，輸入電阻為R，在一個周期T內充電電荷與式（1）一樣;若定電荷電容的容量為C，參考電池的電壓為E，每一個周期的放電電荷為：

Q_放2＝C·E （4）

式（1）等于式（4）并用T= (l)/(f₂) 代入簡化，可得：

f₂＝ 1/(RCE) V_IN（5）

由式（3）和式（5）看出，要使電壓-頻率變換器得到較高的精度和穩(wěn)定性，即要求式（3）的 (l)/(RI₂τ) 和式（5）的 1/(RCE) 精確穩(wěn)定。在實際電路中要得到精確穩(wěn)定的I₂與τ較之得到精確穩(wěn)定的C與E要困難的多;然而，由C·E定電荷的電壓-頻率變換器工作時，反饋的電流是微分脈沖形成的，為了能在脈沖形成器輸出的脈沖寬度期間內將定電荷電容的全部電荷放完，在開始放電的瞬間反饋電流值就很大，可能大于做為積分器的差分放大器的最大輸出電流，或/和使其輸出電平的變化速率受到差分放大器的最大輸出壓擺率的限制，從而也影響了這種電壓-頻率變換器的精度、穩(wěn)定性和高頻性能。

本發(fā)明的目的是改進一種積分定電荷反饋復原型電壓-頻率變換器電路設計。它吸取了定寬度、恒流來定電荷的積分定電荷反饋復原型和電容定電壓來定電荷的積分定電荷反饋復原型兩種電壓-頻率變換器的優(yōu)點，換句話說，也就是克服或減輕了上述兩種型式電壓-頻率變換器的缺點，從而可以得到精度、穩(wěn)定性和高頻性能都較為優(yōu)良的電壓-頻率變換器。

本發(fā)明的電壓-頻率變換器是一個由差分放大器構成的積分器、電平可控脈沖發(fā)生器、開關控制器和精密電荷分配器構成的積分定電荷反饋復原型電壓-頻率變換器。該精密電荷分配器的電路是由三個開關、一個定電荷電容、一個參考穩(wěn)壓管、一個充電電阻和一個負電源組成。