一种电荷平衡式电压-频率变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电荷平衡式电压

【技术实现步骤摘要】
一种电荷平衡式电压
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频率变换器


[0001]本技术涉及一种电压
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频率变换器设计的技术，尤其一种基于电荷平衡式原理的电压
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频率变换器设计，电荷平衡式VFC的精度高于多谐振荡是VFC，而且能对负输入信号积分。

技术介绍

[0002]电压/频率转换器VFC是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。
[0003]电压—频率转换电路实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术，当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。
[0004]VFC 有两种常用类型：多谐振荡器式VFC ；电荷平衡式VFC。多谐振荡器式VFC简单、便宜、功耗低而且具有单位MS输出（与某些传输介质连接非常方便）；电荷平衡式VFC的精度高于多谐振荡是VFC，而且能对负输入信号积分。
[0005]如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。
[0006]既然电荷平衡式VFC有如此多的优点，设计一款电荷平衡式VFC电路，该电路和一个频率计相配合，便可以用作数字式电压表，其输出是一个与TTL兼容的脉冲宽度为5uS的脉冲序列，脉冲重复频率与电压输入成正比，变换因子为10KHz/V。

技术实现思路

[0007]本技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的电压
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频率变换器的技术。
[0008]为实现上述目的，本技术提供一种电荷平衡式电压
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频率变换器，其包括待变换电压输入电路、零赫兹脉冲输出对应待变换输入电压调节电路、有源积分电路、触发信号产生电路、单稳态触发器电路、频率输出电路、尖峰脉冲形成电路、开关电路、+15V供电电路、
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15V供电电路、+5V供电电路，待变换电压Ui通过所述待变换电压输入电路电阻R3连接运放A1的反相输入端2脚，电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R8、电位器P1构成所述零赫兹脉冲输出对应待变换输入电压调节电路，所述+15V供电电路依次通过电阻R1、电阻R2连接工作地，所述
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15V供电电路依次通过电阻R8、电阻R6连接工作地，电阻R1、电阻R2的连接点连接电位器P1的电阻体的上端，电阻R6、电阻R8的连接点连接电位器P1的电阻体的下端，电位器P1的滑动端通过电阻R4连接运放N1的2脚，运放N1、电容C1、输入电阻R3构成所述有源积
分电路，运放N1的输出端通过电容C1连接运放N1的反相输入端，电阻R9、R
10
、晶体管T1构成所述触发信号产生电路，所述+5V供电电路依次通过电阻R
10
、晶体管T1的C
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E极连接工作地，运放N1的输出端通过电阻R9连接晶体管T1的基极，集成电路N2及其外围元件电阻R11、电容C4构成所述单稳态触发器电路，晶体管T1的集电极连接集成电路N2的5脚B端，集成电路N2的6脚Q端通过所述频率输出电路电阻R12输出与待变换电压Ui对应的频率信号F，电阻R13、电容C5并联构成所述尖峰脉冲形成电路，电阻R14、电阻R15、晶体管T2、二极管D1、稳压二极管D2、场效应管T3构成所述开关电路，集成电路N2的6脚Q端依次通过所述尖峰脉冲形成电路连接晶体管T2的基极，所述+15V供电电路依次通过电阻R14、电阻R15、晶体管T2的C
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E极连接工作地，电阻R14、电阻R15的连接点通过反向稳压二极管D2连接工作地，晶体管T2的基极通过正向二极管D1连接晶体管T2的集电极，晶体管T2的集电极连接场效应管T3的栅极G，场效应管T3的源极S连接所述
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15V供电电路，场效应管T3的漏极D连接运放N1的反相输入端。
[0009]所述单稳态触发器电路，集成电路N2的11脚通过电容C4连接集成电路N2的10脚，集成电路N2的11脚同时通过电阻R11连接所述+5V供电电路，集成电路N2的3脚、4脚短接且连接工作地。
附图说明
[0010]附图1、附图2、附图3、附图4用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是积分运算电路原理图；附图2是单稳态触发器74121常用原理图；附图3是单稳态触发器74LS121的工作波形；附图4是电荷平衡式电压
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频率变换器的电气原理图。
具体实施方式
[0011]这种电荷平衡式电压
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频率变换器即VFC的设计有如下特征：VFC具有积分电路、开关电路、不可重复触发性单稳态触发器电路、放电电路等组成，由理想运放作为放大电路、利用电容作为反馈网络组成积分电路。
[0012]电压控制信号从积分电路的倒相端输入，积分器的输出逐渐下降，开关电路截止，不可重复触发性单稳态触发器输出第一个脉冲，脉冲宽度由外接阻容网络决定，触发器的输出脉冲触发放电电路的导通，将积分电路的反馈电容放电，使积分电路的输出上升到原始正值，整个过程反复重复，输出一定频率的脉冲信号，下面详细介绍工作原理。
[0013]基本运放利用电容作为反馈网络组成积分电路：由基本运放和反馈电容构成的积分电路如图1所示，运放的同相端通过R
’
接地，过运放具有“虚地”的特性，即u
P
=u
N
=0，即同相端电压等于反相端电压等于0，电路中电容C中的电流等于电阻R中的电流，输出电压与电容上电压的关系为,而电容上电压为其电流的积分，故
[0014][0015]在求解t1到t2段时间的积分值时
[0016][0017]式中u
O
（t1）为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是t2时刻的输出电压。当u
I
为常量时，输出电压
[0018][0019]本设计VFC电路中的触发器使用单稳态触发器74LS121，该触发器的简介如图2所示。
[0020]74LS121的输入采用了施密特触发输入结构，所以其抗干扰能力比较强，无论是其管脚3（A1）、4（A2）（皆为下降沿触发的输入端），还是管脚5（同相施密特触发器即上升沿的输入端，该脚对于慢变化的边沿也有效），通过查阅手册可知74LS121的上升沿阈值U
IT+
最小2v，下降沿阈值最小0.8v。
[0021]本设计将74LS121的3、4脚皆接地，上述积分电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷平衡式电压
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频率变换器，其特征在于：所述电压
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频率变换器包括待变换电压输入电路、零赫兹脉冲输出对应待变换输入电压调节电路、有源积分电路、触发信号产生电路、单稳态触发器电路、频率输出电路、尖峰脉冲形成电路、开关电路、+15V供电电路、
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15V供电电路、+5V供电电路，待变换电压Ui通过所述待变换电压输入电路电阻R3连接运放A1的反相输入端2脚，电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R8、电位器P1构成所述零赫兹脉冲输出对应待变换输入电压调节电路，所述+15V供电电路依次通过电阻R1、电阻R2连接工作地，所述
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15V供电电路依次通过电阻R8、电阻R6连接工作地，电阻R1、电阻R2的连接点连接电位器P1的电阻体的上端，电阻R6、电阻R8的连接点连接电位器P1的电阻体的下端，电位器P1的滑动端通过电阻R4连接运放N1的2脚，运放N1、电容C1、输入电阻R3构成所述有源积分电路，运放N1的输出端通过电容C1连接运放N1的反相输入端，电阻R9、R
10
、晶体管T1构成所述触发信号产生电路，所述+5V供电电路依次通过电阻R
10
、晶体管T1的C
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E极连接工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔建国，宁永香，崔燚，
申请(专利权)人：山西工程技术学院，
类型：新型
国别省市：