Такой преобразователь изменяет пульсации частотой до 9 килогерц в напряжение тока постоянной величины до 9 вольт. Основная составляющая часть устройства составляет микросхема ТС9401.
Сигнал должен иметь амплитуду не больше питающего напряжения, выходит на разъем CON1. Питающее напряжение идет на разъем CON3. Диод не дает току протекать, если полярность перепутана. Установка на ноль делается с помощью вольтметра во время выключенного входа. Потенциал на выходе снимается на разъеме CON2.
Прибор, преобразующий частотную характеристику в напряжение, применяется в любительском частотомере или компараторе.
Схема устройства, преобразующего частоту в потенциал.
Из шести частей можно создать устройство, потенциал на выходе которого прямо зависит от частоты сигнала на входе. Тогда здесь тройка элементов – это конденсатор, сопротивление и операционный усилитель обязаны иметь удовлетворительную стабильность температуры. Такой преобразователь гарантированно дает линейность в промежутке частот до 1 МГц.
Усредненный ток, который вытекает из заземляющего провода триггера Шмитта, прямо зависит от частоты, с которой приводит к разряду. Ток во время протекания через резистор обратной связи, создает прямую зависимость падения напряжения.
Конденсаторы осуществляют сглаживание выбросов, которые сопутствуют быстрому переключению микросхем. Во время использования этих компонентов промежуток выходных напряжений равен от нуля до десяти вольт для входящих сигналов частотой до 10 кГц. Если нужно увеличить диапазон частот на схеме, то приходится принять во внимание свой ток, который потребляется микросхемой, которым нельзя пренебрегать на больших частотах. Но учитывать такой ток очень просто, так как он увеличивается вместе с увеличением частоты. Нужно в расчетах добавить его к току разрядки конденсатора.
Можно использовать и такой факт, что в основании микросхемы имеется 6 триггеров Шмитта, и создать объединитель частот. Если вы будете подключать емкость к выходу всех инверторов, и дадите на все входы сигналы разной частоты, то получится выходное напряжение, которое напрямую зависит от суммы частот.
Также, можно расширять схему, если сделать соединение параллельной схемой все инверторы. Нелинейность устройства в частоту будет не более 0,4%.
Генераторы импульсов (треугольных).
Мультивибратор генерирует импульсы прямоугольного типа. В электротехнике и радиотехнике кроме таких пульсаций нашли широкое назначение импульсы с формой, которая меняется: в виде треугольника и пилы, которые используются в ШИМ обозначениях контроллеров. ШИМ – это широтно-пульсационная модуляция сигнала.
Основная схема генератора линейно-нарастающего напряжения.
Чтобы понять происхождение формирования линейно увеличивающего напряжения надо всегда помнить, каким образом идет переходящий процесс в схемах интегрирования. Потенциал на конденсаторе будет определено размером заряда, который накоплен конденсатором.
Размер емкости и величина силы тока имеют неизменную величину. Поэтому напряжение заряда конденсатора прямо зависит от времени, которое проходит со времени замыкания ключа. Конденсатор имеет потенциал, который является суммой всех напряжений за все время. Этот процесс называется интегрированием, а схема этой операции является интегратором.
Интегратор этого типа, имеющий при выходе непостоянную форму потенциала, становится основой для выстраивания генераторов треугольного и в виде пилы напряжения.
Генератор напряжения в виде треугольника.
Самый легкий способ создания пульсаций в виде треугольника есть схема с триггером Шмитта и интегратор. Выходящий канал триггера соединяется со входом интегратора, а выходной канал интегратора со входом триггера Шмитта. Схема простая, однако позволяет создать неплохие треугольные импульсы.
Такой генератор состоит из триггера Шмитта и сопротивлениях, интегратора, конденсатора. Импульсы в виде треугольника получают на выходе. Резисторы работают в качестве компенсаторов напряжения смещения, когда не нужна сильная симметрия импульсов. Тогда их можно заменить перемычками.
Размах потенциала на выходе в виде треугольника будет равной размеру гистерезиса триггера Шмитта. Во время регулировки величины гистерезиса триггера можно повышать или снижать амплитуду импульсов на выходе треугольного напряжения.
Размер треугольной пульсации включает в себя два промежутка: периода повышения длительности и периода уменьшения временного потенциала.
Генератор напряжения формы в виде пилы.
Вышеописанный преобразователь необходимо быстро переделать в генерирующее устройство пилообразного потенциала. Надо лишь сделать различную периодичность зарядки и разрядки емкости по схеме суммирующего элемента. Изменения будут касаться цепи заряда-разряда конденсатора в интеграторе. Диоды позволят сделать заряд-разряд конденсатора различными токами. Все остальное действие генератора аналогично предыдущему. Схема его несимметрична. Частота при выходе этого пилообразного потенциала складывается из двух резисторов. Температурная нестабильность ограничивает стабильность частоты тока.
Инвертирующий (вычитающий) усилитель.
Схема усилителя в виде инвертора, который охвачен параллельной ООС по потенциалу показана на рисунках:
ООС создается за счет слияния выхода усилителя со входом резистором R2.
На входе инвертора ОУ происходит складывание токов. Так как входной ток ОУ i- = 0, то i1 = i2. Так как i1 = Uвх/R1, а i2 = -Uвых/R2, то
. Ku = = -R2/R1. Знак «-» говорит о том, что происходит инверсия знака напряжения входа.
На рис. (б) в цепь неинвертирующего входного канала включен резистор R3 для снижения действия входных токов ОУ, резистор которого учитывается из выражения:
Резистор при входе усилителя на малых частотах примерно равен Rвх.ос =
≈ R1
Резистор на выходе Rвых.ос =
намного меньше Rвых собственно ОУ.
Активные фильтры.
В электронике имеет большое применение схема для выделения полезного сигнала из состава входных сигналов с уменьшением помех сигналов с помощью фильтров.
Фильтры делятся на пассивные, которые выполнены из емкостей, катушек и резисторов, и активные на основе транзисторов и усилителей.
Фильтр – это устройство, пропускающее сигналы в определенной полосе пропускания и задерживания их в других частотах.
По разновидности АХЧ фильтры делятся фильтры малых частот и фильтры повышенных частот, а также полосовые и режекторные.
Упрощенный преобразователь напряжение – частота.
Если нужен упрощенный блок, преобразующий напряжение в частоту, то пользуются новой формой, где используют интегральный таймер серии 555. Это советский аналог КР1006ВИ1 и усилитель серии 741.
В обычной схеме включения 555 таймера конденсатор, задающий время, берет заряд от зарядного устройства через сопротивление. Эта цепь задает время. Здесь же вместо сопротивления применяется источник тока, который сделан на операционном усилителе, так что конденсатор заряжается линейно. Когда заряд достигает определенного напряжения, то конденсатор начинает разряжаться. Так как блок питания управляется напряжением входа, то и размер электричества прямо зависит от напряжения входа. В связи с этим заряженность емкости и частота пульсаций также прямо зависит от потенциала на входе. Допуск изменения характеристик будет не выше 3%.
Частотники, изменяющие потенциал и частоту определенного размера в одном такте дают получение совершенно существенной точности изменения при очень легкой реализации.
Электронные заводы делают выпуск следующих ПНЧ типа КР1108ПП1. Наиболее простая с многими функциями работа такого ПНЧ изображена на рисунке 3, а. ПНЧ вбирает в себя ОУ А1, 2 компаратора А2, A3, SR-триггер , 2 источника постоянных токов I1 и I2, 2 аналоговых электрических переключателя S1 и S2, источник основного потенциала Uк, логическую ячейку И и транзистор на выходе T1.
Для получения ПНЧ микросхему КР1108ПП1 нужно будет дополнить двумя емкостями C1, С2 и двумя сопротивлениями R1, R2. Детали R1, C1, А1 образуют суммирующий интегратор. Компараторы А2, A3, триггер, ключ S2, емкость С2 и источник тока I2 составляют одновибратор.
Работа ПНЧ происходит по следующему сценарию. Под воздействием положительного сигнала на входе Uвх потенциал на выходе суммирующего элемента (А1) снижается.
Рис 3. Схема функций суммирующего ПНЧ на основании
ИС КР1108ПП1 (а) и схема включения этой ИС в режиме ПЧН (б).
Триггер теперь предстает нам в состоянии ноля, ключи SI, S2 стоят по рисунку 3, а. Ток I1 нагружает А1, здесь не будет оказывать влияние на выходной потенциал. Ток I2 через ключ S2 идет на заземление. Если потенциал размером А1 понизится до ноля, то сработает компаратор А2 и переведет триггер в размер единицы, запустит одновибратор. При этом ключ S2 разомкнется и под влиянием тока I2 начнет снижаться потенциал на емкости С2. Если этот потенциал вырастет до уровня Ur, то сработает компаратор A3 и триггер снова возвратится в состояние ноля. Пока триггер был равным единице, ток I1 проходил на вход интегратора, из-за этого напряжение на выходе А1 снова увеличилось. Далее все повторялось циклически.
Временной промежуток пульсации одновибратора, которое определяет длительность такта Т1 во время которого суммируется ток I1, можно определить по формуле T1=URC2/I2. Импульсы тока h выравнивают ток, вызываемый напряжением на входе Uвх. Рассматривая процесс выравнивания на протяжении одного цикла преобразования, получаем
Отсюда
В связи с этой зависимостью постоянство свойства изменения ПНЧ может влиять на постоянство наружных элементов R1, C2 и внутренних показателей U2, I2/I1.
Величина суммирующего конденсатора С1 при первом рассмотрении не дает влияния на выходную частоту ПНЧ. Более подробное рассмотрение выявляет, что для снижения С1 повышается размер потенциала на выходе суммирующего элемента, а это приводит к увеличению допуска нелинейности. Если же уменьшать данный размер, то повышается изменение выходных пульсаций ПНЧ из-за малой избирательности компаратора A2, особенно на небольших частотах. Подходящий размер выходит около 2,5 В.
Простой преобразователь напряжения
