Преобразователи постоянного тока в частоту широко применя­ются в частотно-импульсных телеизмерительных системах, аналого - цифровых преобразователях, интеграторах физических величин, представленных постоянным током или напряжением и т. д.

При построении конденсаторных преобразователей постоянного тока в частоту обычно используется периодическое интегрирование входной величины, причем функции периодического интегрирования и дозирования могут выполняться одними и теми же ;[Л. 10, 12, 13, 17] или разными [Л. 11, 14, 15] элементами. В последнем случае входная величина компенсируется последовательностью дозирован­ных импульсов, причем интегрирование осуществляется на входе устройств, а дозирование — в цепи обратной связи.^ Поясним указан­ное разделение рассматриваемых преобразователей.

Проанализируем работу устройства по схеме рис. 19,а.

В этой схеме выходной величиной является частота срабатыва­ния порогового элемента ПЭ.

Зависимость этой частоты от входного тока, полученная в пред­положении постоянства зарядного тока конденсатора в течение

периода (т. е. при бесконечно малой выходной проводимости источ­

ника входного тока, бесконечно большом входном сопротивлении порогового элемента и постоянстве входного тока), имеет 'вид:

f™% = CUcv+tvIBX ’

где Uср — напряжение срабатывания порогового элемента;

tp — время замкнутого состояния ключа (так называемое «мертвое время»).

Подстановка наиболее употребительных числовых значений в полученные соотношения показывает, что подобные преобразова­тели практически пригодны в случаях, когда не требуется точность выше 0,5—1%. Причиной основных недостатков рассмотренной схе­мы является выполнение функций дозирования и интегрирования одним и тем же элементом, причем требования, предъявляемые к этому элементу как к дозирующему и как к интегрирующему, раз­личны и противоречивы. Эти недостатки могут быть устранены, если разделить функции дозироваїния и интегрирования и выполнять их с помощью разделительных конденсаторов.

Возвратимся к схеме, представленной на рис. 19,6.

Как и в устройстве, выполненном по схеме рис. 19,а, здесь вы­ходной величиной является частота срабатывания порогового эле­мента ПЭ.

Полное изменение заряда конденсатора Си в течение 'периода равно. нулю, так как напряжение на нем в начале и в конце перио­да равно напряжению срабатывания Ucр. На основании этого при достаточно большом входном сопротивлении порогового элемента имеем:

т

f(/»x —/р)Л = 0, (29)

о

где £р — ток разрядки конденсатора, поступающий в течение вре­мени tv от дозирующего устройства.

. Точность преобразования практически определяется только точностью формирования заряда <7, т. е. дозирующим устройством, и не зависит от стабильности порога срабатывания порогового элемента
и от емкости интегрирующего конденсатора. Благодаря этому ем­кость Си может быть выбрана достаточно большой, чтобы обеспе­чить малую величину амплитуды пилообразного напряжения на входе устройства. Величина напряжения срабатывания Ucр может быть выбрана достаточно малой. При 'выполнении этих условий по­стоянная и переменная составляющие падения напряжения на входе

устройства могут быть по­лучены близкими к - нулю, т. е. влияние конечной ве­личины внутреннего сопро­тивления источника входно­го тока практически (исклю­чается. Напряжение сраба­тывания порогового элемен­та может быть выбрано на несколько порядков меньше, чем в схеме с периодиче­ским интегрированием. Та­ким образом, здесь устране­ны основные недостатки схемы, в которой интегри­рование и дозирование осу­ществляются одним кон­денсатором.

Схема линейного преоб­разователя постоянного тока в частоту, в котором формирование заряда q осуществляется путем пе­резарядки дозирующего конденсатора, представлена на рис. 20. Устройство работает следующим образом. Входной ток /Вх заряжает интегрирующий конденсатор Си до напряжения срабатывания порого­вого элемента ПЭ. Перед срабатыванием порогового элемента тран­зистор Т заперт и дозирующий конденсаторе заряжен до стабилизи­рованного напряжения Uст, равного разности напряжения стабили­трона Дз и напряжения, снимаемого с сопротивления R. При сраба­тывании порогового элемента на его выходе появляется импульс тока длительностью /р, отпирающий транзистор Т. При этом проис­ходит перераспределение зарядов конденсаторов С и Си, в резуль­тате чего конденсатору Си передается дозированный заряд:

q=CAU.

Величины AU и q определяются из условия сохранения алге­браической суммы зарядов конденсаторов С и Сп до и после сраба­

тывания порогового элемента:

СС

Я — Q _[_ £и (^СР + */ст) (31)

ш = "с + с'Г{UcV + Ul т) • (32)

По соотношению (30) определяется г. ыходнля частота

_ /.вх (Си + С)

I™*- С„С (У, р+(/„)' ^

Напряжение на входе преобразователя в течение периода изме­няется от Uср—AU до Uср. Для того чтобы уменьшить величины постоянной и переменной составляющих падения напряжения, необ­ходимо уменьшать (JсР и AU. Напряжение Ucр целесообразно выби­рать в пределах от нуля до нескольких десятков милливольт, а 'ве­личина AU получается достаточно малой при выполнении условия

Си» с.

Введение последовательно в цепь зарядки дозирующего конден­сатора источника напряжения, роль которого играет сопротивление Ru необходимо для запирания диода Ди чтобы конденсатор Си не шунтировался диодами Ді и Дг. При малом напряжении срабаты­вания и кремниевых диодах сопротивление Ri может отсутствовать. Оно может также использоваться для подстройки диапазона выход­ных частот. Включая їв цепь сопротивления Ri термозависимые эле­менты, можно компенсировать температурную нестабильность ста­билитрона Д3. В ряде случаев бывает необходим параллельный сдвиг

характеристики преобразования.