преобразователь частота-ток

Формула изобретения

1. Преобразователь частота-ток, содержащий интегрирующий конденсатор, включенный в контур заряда, состоящий из развязывающего диода и фильтра нижних частот выходного тока, и в контур разряда, образуемый двумя ключами, коммутируемыми с помощью узла управления, замыкаемыми при равенстве напряжения на интегрирующем конденсаторе и опорного напряжения и размыкаемыми импульсами, сформированными по фронтам импульсов преобразуемой частоты формирователем коротких импульсов, отличающийся тем, что в контур заряда интегрирующего конденсатора введен питающий источник тока, управляемый током, с коэффициентом передачи тока, большим единицы, цепь управления которого включена на выходе фильтра нижних частот, в преобразователь введен источник пускового тока, обеспечивающий ненулевое начальное значение питающего тока и отключающийся в момент запуска преобразователя.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он дополняется вторым идентичным преобразователем, в каждом из которых коэффициенты передачи питающих источников токов, управляемых током, устанавливаются равными двум, и снабжается распределителем импульсов, разделяющим короткие импульсы формирователя на две взаимно чередующиеся импульсные последовательности с удвоенным периодом повторения преобразуемой частоты, сдвинутыми на период повторения одна относительно другой, каждая из которых преобразуется в идентичных преобразователях, выходные токи которых суммируются, образуя выходной ток преобразователя.

3. Преобразователь частота-ток, содержащий интегрирующий конденсатор, включенный в контур заряда, состоящий из развязывающего диода и фильтра нижних частот выходного тока, и в контур разряда, образуемый двумя ключами, коммутируемыми с помощью узла управления, замыкаемыми при равенстве напряжения на интегрирующем конденсаторе и опорного напряжения и размыкаемыми импульсами, сформированными по фронтам импульсов преобразуемой частоты формирователем коротких импульсов, отличающийся тем, что он содержит второй интегрирующий конденсатор, подключенный через развязывающий диод к входу фильтра нижних частот выходного тока первого интегрирующего конденсатора, и контуры зарядов обоих интегрирующих конденсаторов содержат питающие источники токов, управляемые током, цепи управления которых включены последовательно на выходе фильтра нижних частот выходного тока, контур разряда второго интегрирующего конденсатора снабжается двумя ключами, коммутируемыми с помощью второго узла управления, замыкаемыми при равенстве напряжения на втором интегрирующем конденсаторе и опорного напряжения, и преобразователь дополняется распределителем импульсов, разделяющим частотную последовательность, поступающую с формирователя коротких импульсов, на две взаимно чередующиеся импульсные последовательности с удвоенным периодом повторения преобразуемой частоты, сдвинутыми на период повторения одна относительно другой, импульсы каждой из которых размыкают ключи разряда, соответственно, первого и второго интегрирующих конденсаторов, в преобразователь введен источник пускового тока, обеспечивающий ненулевое начальное значение питающего тока и отключающийся в момент запуска преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике и автоматике и может быть использовано, например, в системах автоматического регулирования с частотной модуляцией, в телеметрических системах в качестве преобразователя частотных сигналов датчиков неэлектрических величин, для демодуляции частотно-модулированных сигналов.

Известен преобразователь частота-ток (ПЧТ), содержащий формирователь последовательности импульсов тока, дозированных по заряду, фильтр нижних частот, выделяющий из сформированной последовательности импульсов выходной ток, и выходной усилитель [1].

Однако данный преобразователь не позволяет получить высокого быстродействия при удовлетворительном уровне пульсаций выходного сигнала из-за необходимости применения низкочастотных фильтров со значительной инерционностью, поскольку скважность импульсов, дозированных по заряду, изменяется в широких пределах при изменении преобразуемой частоты.

Наиболее близким к предложенному является устройство, реализующее способ преобразования частоты в постоянный ток, заключающийся в формировании последовательности импульсов тока, дозированных по заряду, с использованием дополнительного преобразования периода входного сигнала в напряжение, запоминание результата, преобразование его в ток по обратно пропорциональной зависимости и использовании полученного тока в качестве питающего для формирования последовательности импульсов и выделении путем фильтрации из сформированной последовательности выходного тока [2].

Недостатком этого устройства является использование дополнительного преобразователя периода в напряжение, запоминание результата и преобразование его в ток по обратно пропорциональной зависимости, что усложняет устройство и не обеспечивает постоянной скважности импульсов тока, дозированных по заряду, из-за трудности обеспечения линейности дополнительного преобразования [3], следствием чего является увеличение пульсаций тока на границах диапазона преобразования.

Целью изобретения является обеспечение линейности преобразования, стабилизация пульсаций выходного сигнала в широком диапазоне преобразования, уменьшение пульсаций выходного сигнала при повышении быстродействия.

Линейность преобразования и стабилизация пульсаций в широком диапазоне преобразования достигается тем, что в преобразователь частота-ток, содержащий интегрирующий конденсатор, включенный в контур заряда, образуемый питающим источником постоянного тока и фильтром нижних частот, и в контур разряда, включающий два ключа, обеспечивающих разряд интегрирующего конденсатора и коммутируемых с помощью узла управления последовательностью импульсов преобразуемой частоты и результатом сравнения напряжения на интегрирующем конденсаторе с опорным напряжением, вводится положительная нестабильная обратная связь между питающим и выходным токами посредством замены питающего источника постоянного тока на питающий источник тока, управляемый током (ИТУТ), с коэффициентом передачи тока, большим единицы, цепь управления которого включается последовательно в цепь заряда дозирующего конденсатора на выходе фильтра нижних частот, и устройство дополняется источником пускового тока, обеспечивающим ненулевое значение питающего тока до начала процесса преобразования.

Уменьшение пульсаций при повышении быстродействия преобразователя достигается тем, что преобразователь частота-ток с положительной нестабильной обратной связью дополняется вторым идентичным преобразователем, в каждом из которых коэффициенты передачи питающих источников токов, управляемых токами, устанавливаются равными 2, и снабжается распределителем импульсов, формирующим две взаимно чередующиеся импульсные последовательности с удвоенными периодами повторения преобразуемой частоты, сдвинутыми на период повторения одна относительно другой, каждая из которых преобразуется в независимых идентичных преобразователях, выходные токи которых суммируются.

Уменьшение пульсаций при повышении быстродействия преобразователя достигается тем, что преобразователь частота-ток, содержащий распределитель импульсов и два независимых идентичных преобразователя с нестабильной обратной связью, модифицируется в преобразователь на двух взаимозависимых идентичных дозаторах путем установки коэффициентов передачи питающих источников тока, управляемых током, обоих преобразователей равными единице, исключением фильтра нижних частот второго преобразователя и подсоединением через развязывающий диод цепи заряда его интегрирующего конденсатора ко входу фильтра нижних частот первого преобразователя, включением цепи управления источника тока, управляемого током, второго преобразователя на выходе фильтра нижних частот, последовательно с цепью управления источника тока, управляемого током, первого преобразователя.

На чертеже фиг.1 представлена функциональная схема ПЧТ, содержащая формирователь коротких импульсов 1, узел управления 2, состоящий из компаратора 4 и триггера 5, источник опорного напряжения 3, ключи разряда 6 и 7, интегрирующий конденсатор 8, питающий источник тока, управляемый током 9, фильтр нижних частот, образуемый диодом 10, конденсатором 11 и сопротивлением 12, источник пускового тока 13, источник тока, управляемый током 14, обеспечивающий выходной ток устройства в нагрузке 15.

На чертеже фиг.2 приведена временная диаграмма выходного тока, включающая переходные процессы и установившиеся режимы в преобразователе с положительной нестабильной обратной связью.

На чертеже фиг.3 представлен графический анализ сходимости процесса преобразования частоты в устройстве с положительной нестабильной обратной связью.

На чертеже фиг.4 представлена функциональная схема ПЧТ на двух независимых идентичных преобразователях, содержащая преобразователи 1 и 2, формирователь коротких импульсов 3, распределитель коротких импульсов 4, сопротивление нагрузки 25, источник опорного напряжения 26. Преобразователь 1 включает узел управления 5, ключи 7 и 9, интегрирующий конденсатор 11, питающий ИТУТ 13, фильтр нижних частот, образуемый диодом 15, конденсатором 17 и сопротивлением 19, источник пускового тока 21, выходной ИТУТ 23. В состав преобразователя 2 входят узел управления 6, ключи 8 и 1Э, интегрирующий конденсатор 12, питающий ИТУТ 14, фильтр нижних частот, образуемый диодом 16, конденсатором 18 и сопротивлением 20, источник пускового тока 22, выходной ИТУТ 24.

На чертеже фиг.5 приведена временная диаграмма выходного тока ПЧТ на двух независимых идентичных преобразователях.

На чертеже фиг.6 представлена функциональная схема ПЧТ на двух взаимосвязанных идентичных дозаторах, содержащая дозатор 1, включающий узел управления 5, ключи 7 и 9, интегрирующий конденсатор 11, питающий ИТУТ 13, и дозатор 2, включающий узел управления 6, ключи 8 и 10, интегрирующий конденсатор 12, питающий ИТУТ 14, и содержащая формирователь коротких импульсов 3, распределитель 4, фильтр нижних частот, образуемый диодами 15 и 16, конденсатором 17 и сопротивлением 18, источник опорного напряжения 19, источник пускового тока 20, выходной ИТУТ 21, сопротивление нагрузки 22.

На чертеже фиг.7 приведена диаграмма выходного тока ПЧТ на взаимосвязанных идентичных дозаторах.

На чертеже фиг.8 представлен графический анализ сходимости процесса преобразования частоты в ПЧТ на взаимосвязанных идентичных дозаторах.

В преобразователе (фиг.1) сигнал преобразуемой частоты F подается на вход формирователя 1, усиливающего и ограничивающего входной сигнал и создающего короткие импульсы по фронтам и/или срезам входного сигнала. Сформированная последовательность f коротких импульсов с периодом повторения Т управляет процессом преобразования, очередной короткий импульс формирователя запускает текущий цикл преобразования. Текущий цикл преобразования начинается с такта заряда интегрирующего конденсатора 8 током i_a питающего ИТУТ 9, равным k*i, обеспечивающего работоспособность устройства при коэффициенте передачи тока k, большем единицы. В течение такта заряда напряжение на интегрирующем конденсаторе 8 возрастает и потенциал на обкладке интегрирующего конденсатора ф_С =u_С+u_D+u_R, где u_С , u_D, u_R - напряжения на интегрирующем конденсаторе, диоде и сопротивлении фильтра соответственно сравнивается компаратором 4 узла управления 2 с опорным потенциалом ф _О=U_О+u_D+u_R, формируемым источником опорного напряжения 3. В момент времени, определяемый из условия равенства напряжения на конденсаторе опорному напряжению u_C=U_O, компаратор 4 выдает команду на вход триггера 5 узла управления, который переключается и замыкает ключи 6, 7. Происходят разряд интегрирующего конденсатора 8 и отведение питающего тока через замкнутые ключи. В течение такта разряда ключи 6 и 7 остаются замкнутыми до тех пор, пока на другой вход триггера не поступит очередной короткий импульс с формирователя 1. Текущий короткий импульс своим передним фронтом дублирует опрокидывание триггера, а задним восстанавливает его состояние.

Таким образом, короткий импульс обеспечивает разряд интегрирующего конденсатора в том случае, если напряжение на интегрирующем конденсаторе не достигло порогового значения за время прошедшего цикла и, следовательно, интегрирующий конденсатор не разрядился к началу следующего. Это способствует плавному характеру переходных процессов при большом скачкообразном изменении преобразуемой частоты и плавному запуску устройства при низких значения пускового тока. Ключи 6 и 7 размыкаются, и начинается следующий цикл работы преобразователя. Источник пускового тока 13 обеспечивает начальное возбуждение устройства, поддерживая в цепи фильтра произвольное значение тока I_s больше нуля до начала работы и отключая его в момент запуска по какому-либо условию, например, в момент появления частотной последовательности на входе преобразователя или при превышении выходным током какого-нибудь заданного значения. Величина I_s выбирается из условий скорости ввода устройства в работу. Допускается постоянно поддерживать во входной цепи питающего ИТУТ пусковой ток, в этом случае характеристика преобразования смещается на величину I_s и увеличивается уровень пульсаций выходного тока.

В процессе преобразования в цепи интегрирующего конденсатора формируется последовательность дозированных по заряду импульсов тока i_c, имеющих скважность s=Т/Т_с , где Т_c - длительность такта заряда интегрирующего конденсатора до порогового напряжения. Фильтр нижних частот, образуемый конденсатором 10 емкостью C_f и резистором 11 величиной R_f, имеет постоянную времени =R _f·C_f. Последовательность импульсов тока заряда сглаживается фильтром и ток i, протекающий в цепи сопротивления 11 фильтра, определяет выходной ток преобразователя в сопротивлении нагрузки 15 через выходной ИТУТ 14. В течение заряда интегрирующего конденсатора устройство охвачено положительной обратной связью, и ток i изменяется по экспоненциальному закону: i(t)=I_n·e^(k-1)·t/ , где I_n - значение тока в начале цикла. В конце такта заряда обратная связь разрывается и на протяжении фазы разряда выходной ток поддерживается емкостью фильтра, изменяясь экспоненциально: i(t)=I_cn·e^-(t-Tc)/t , где I_cn - значение тока в конце такта заряда n-го цикла, t - время от начала текущего цикла. Нестабильный характер обратной связи определяет то, что коэффициент положительной обратной связи преобразователя меняется в течение цикла. Во время такта заряда он равен коэффициенту передачи тока питающего ИТУТ и равен нулю во время такта разряда интегрирующего конденсатора. В процессе преобразования частотной последовательности f при любом произвольном значении тока i(t) в данный момент времени переходные процессы, происходящие в преобразователе, приводят к тому, что ток i(t) стремится принять установившееся значение и форму, скважность импульсов тока заряда интегрирующего конденсатора стремится к значению s=k. В установившемся режиме постоянная составляющая тока прямо пропорциональна частоте, отношение периода цикла к длительности такта заряда численно равна коэффициенту k передачи питающего ИТУТ. Форма пульсаций тока представляет собой непрерывную кусочно-гладкую кривую, состоящую из последовательно чередующихся восходящих и нисходящих участков экспонент. Величина постоянной составляющей генерируемого тока i(t) в установившемся режиме равна

Величина пульсаций выходного тока i в установившемся режиме

Постоянная времени фильтра выбирается из условий обеспечения заданного уровня пульсаций выходного тока, быстродействия устройства и устойчивости процесса преобразования на нижней границе диапазона преобразования. Быстродействие и реакция устройства на увеличение или уменьшение преобразуемой частоты одинаковы при значении коэффициента передачи k=2 питающего ИТУТ. Оценку сходимости и устойчивости процесса преобразования при заданных параметрах преобразователя и любых начальных условиях дает анализ зависимости I_n+1=Y(I_n,T), где I_n - значения выходного тока в начале n-го цикла; I_n+1 - значение тока в начале следующего (n+1)-го цикла. Область определения функции разбивается на два интервала: 0<I_nI _cr и I_nI _cr. В интервале 0<I_n<I_cr выходной ток нарастает экспоненциально и непрерывно, поскольку интегрирующий конденсатор не успевает зарядиться до порогового напряжения за время цикла. При I_nI _cr процесс становится нелинейным и разрывным. Величина критического тока равна

Функция I_n+1=Y(I_n,T) имеет вид

Точка пересечения функции I_n+1=Y(I_n ,T) и прямой I_n+1=I_n соответствует установившемуся режиму.

На фиг.2 приведена временная диаграмма выходного тока в устройстве с коэффициентом передачи питающего ИТУТ k=2. В момент появления преобразуемой частотной последовательности на входе устройства происходит отключение пускового тока. Преобразуемая частота первоначально имеет период повторения T₁=T последовательности коротких импульсов. Через некоторый интервал времени от момента запуска, в течение которого процессы устанавливаются, частота скачкообразно уменьшается, и период преобразуемой последовательности принимает значение Т₂=2·Т и затем вновь скачкообразно восстанавливается. Постоянная времени фильтра =2·Т. Для различных диапазонов преобразуемой частоты временные диаграммы подобны.

На чертеже фиг.3 приведен графический анализ сходимости процессов для рассматриваемых условий запуска и изменения преобразуемой частоты. На графике функции I_n+1=Y ₁(I_n,T₁) представлен процесс последовательного приближения тока от пускового значения I_s до установившейся величины I₁, соответствующей частоте с периодом T ₁=T. При скачкообразном изменении периода преобразуемой частоты до значения Т₂=2·Т ток стремится к величине I₂, последовательно принимая значения, определяемые по графику функции I_n+1=Y₂(I_n ,T₂).

В преобразователе (фиг.4) сигнал преобразуемой частоты F подается на вход формирователя 1, создающего последовательность коротких импульсов f с периодом повторения Т, которая поступает на вход распределителя импульсов 2. Распределитель 2 формирует из последовательности импульсов f две взаимно чередующиеся последовательности коротких импульсов f₁ и f₂, распределяя поочередно импульсы последовательности f последовательностям f₁ и f₂. Таким образом, в каждой из последовательностей f₁ и f₂ период повторения импульсов равен 2·Т, и импульсы одной последовательности сдвинуты относительно импульсов другой на интервал времени Т. Последовательности f ₁ и f₂ преобразуются в двух независимых идентичных ПЧТ 3 и 4 соответственно, коэффициенты передачи питающих ИТУТ которых равны k₁=k₂=2. Идентичность независимых преобразователей предполагает равенство зарядов, переносимых импульсами токов заряда интегрирующих конденсаторов преобразователей Q₁=Q₂=C·U_o, равенство коэффициентов передачи питающих ИТУТ k₁=k₂ и равенство постоянных времени ₁= ₂ фильтров преобразователей. При этих условиях пульсации выходного тока будет минимальными. В установившемся режиме в обоих преобразователях величина отношения периода цикла к длительности такта заряда численно равна коэффициенту передачи питающего ИТУТ, s=2. Формы пульсаций токов обоих ПЧТ представляют собой непрерывные кусочно-гладкие кривые, состоящие из последовательно чередующихся восходящих при тактах заряда и нисходящих при тактах разряда интегрирующих конденсаторов участков экспонент. Поскольку в установившемся режиме длительности тактов заряда и разряда интегрирующих конденсаторов в независимых преобразователях равны Т, и процессы в преобразователях смещены относительно друг друга на интервал времени Т, то пульсации суммарного тока имеют периодический характер и описываются в течение всего периода Т функцией гиперболического синуса. Величина постоянной составляющей выходного тока в установившемся режиме равна

Величина пульсаций выходного тока i=i₁+i ₂:

На фиг.5 приведены временные диаграммы токов в устройстве. В момент появления преобразуемой частотной последовательности на входе устройства происходит отключение пусковых токов. Первоначально преобразуемая частота имеет период повторения Т последовательности коротких импульсов на выходе формирователя. Через некоторый интервал времени от момента запуска, в течение которого процессы устанавливаются, частота скачкообразно уменьшается в два раза и затем вновь скачкообразно восстанавливает свое значение. Постоянная времени фильтров равна =2·Т. Для различных частотных диапазонов временные диаграммы подобны.

В преобразователе (фиг.6) сигнал преобразуемой частоты F подается на вход формирователя 3, создающего по фронтам и/или срезам входного сигнала последовательность коротких импульсов f с периодом повторения Т, которая поступает на вход распределителя импульсов 4. Распределитель 4 формирует из последовательности импульсов f две взаимно чередующиеся последовательности коротких импульсов f₁ и f₂, каждая из которых имеет период повторения импульсов 2·Т и импульсы одной последовательности сдвинуты относительно импульсов другой на интервал времени Т. Последовательности f₁ и f₂ управляют формированием двух последовательностей i₁, i₂ дозированных по величине заряда импульсов токов интегрирующих конденсаторов. Формирование последовательностей i₁ и i₂ осуществляется в двух идентичных дозаторах 1 и 2. Дозатор 1 содержит узел управления 5, ключи 7 и 9, интегрирующий конденсатор 11, периодически заряжаемый током питающего ИТУТ 13. Дозатор 2 включает узел управления 6, ключи 8 и 10, интегрирующий конденсатор 12, питающий ИТУТ 14. Коэффициенты передачи тока питающих ИТУТ 13 и 14 равны k₁=k₂=1. Идентичность дозаторов предполагает равенство емкостей интегрирующих конденсаторов C ₁=C₂=C, равенство коэффициентов передачи питающих ИТУТ k₁=k₂=1. При этих условиях уровень пульсаций выходного тока будет минимальным. Очередной короткий импульс последовательности f₁ или f₂ запускает текущий цикл преобразования в соответствующем дозаторе. Текущий цикл преобразования в дозаторе начинается с такта заряда его интегрирующего конденсатора. Структура и принцип действия узлов управления 5 и 6 аналогичны устройству и работе узла управления 2, представленному на фиг.1. Узел управления соответствующего дозатора обеспечивает сравнение напряжения на интегрирующем конденсаторе, входящем в состав этого дозатора, с опорным напряжением, формируемым источником опорного напряжения 19. В момент времени, определяемый из условия равенства напряжения на конденсаторе опорному напряжению u_c=U_o , в узле управления формируется сигнал, приводящий к замыканию ключей, входящих в состав дозатора, и начинается такт разряда соответствующего интегрирующего конденсатора. В течение такта разряда ключи остаются замкнутыми до тех пор, пока очередной короткий импульс, поступающий в узел управления соответствующей преобразуемой последовательности f₁ или f₂ , не вызовет восстановление управляющего сигнала ключей. Ключи размыкаются, и начинается следующий цикл работы дозатора.

В процессе преобразования частотных последовательностей f ₁ и f₂ формируемые последовательности i ₁, i₂ импульсов токов заряда интегрирующих конденсаторов суммируются и сглаживаются в фильтре нижних частот, состоящем из конденсатора 15 емкостью C_f и сопротивления 16 величиной R_f, имеющем постоянную времени =R _f·C_f. Суммарный ток i=i₁ +i₂ определяет выходной ток устройства в сопротивлении нагрузки 22 через выходной ИТУТ 21 и является током управления питающих ИТУТ преобразователя. В установившемся режиме длительность импульсов последовательностей i₁, i₂ принимает значение Т и импульсы одной последовательности сдвинуты относительно импульсов другой на интервал времени Т. Величина прямоугольных импульсов равна I₁=I₂=I=C·U_o /T=Q/T, где С, U_o - емкость и величина опорного напряжения интегрирующих конденсаторов, Т - период преобразуемой частоты f.

В установившемся режиме i=Q/T дозаторы работают поочередно и на протяжении такта заряда текущего цикла данного дозатора коэффициент обратной связи равен 1, поэтому токи в цепях дозатора остаются постоянными. Если, по какой-либо причине, значение тока i больше Q/T, то в течение текущего цикла время заряда Т _c текущего интегрирующего конденсатора меньше периода Т и от момента окончания такта заряда текущего конденсатора до запуска следующего цикла во втором дозаторе образуется интервал t=(Т-Т _c), в котором обратная связь в устройстве разрывается. Ток i поддерживается емкостью фильтра и падает по экспоненте i(t)=I_n·e^-t/ , где I_n - значение тока в начале текущего n-го цикла; t - время в интервале 0<t<t. Если i меньше Q/T то, такт заряда текущего дозатора не успевает закончиться до начала наступления очередного цикла в следующем дозаторе. Поэтому в начале очередного цикла образуется интервал совместной работы двух дозаторов t=T _c-Т. Вследствие суммирования токов заряда интегрирующих конденсаторов, что эквивалентно положительной обратной связью с коэффициентом k=2, ток i растет по экспоненте i(t)=I_n ·e^-t/ до тех пор, пока не закончится такт заряда в n-ом цикле.

Операция запуска обеспечивается источником пускового тока, поддерживающим начальное ненулевое значение тока I_s в цепи управления питающих ИТУТ в момент запуска устройства, отключаемого после возбуждения преобразователя. Для заданной преобразуемой частоты при любом произвольном значении тока i(t) в данный момент времени переходные процессы, происходящие в преобразователе, приводят к тому, что ток i(t) стремится принять установившееся значение и форму, скважность импульсов токов заряда интегрирующих конденсаторов стремится к значению s=2. Пульсации выходного тока в установившемся режиме незначительны, зависят от степени идентичности дозаторов преобразователя и проявляются в виде мелкого дрожания выходного тока с периодом Т и коротких всплесков в моменты коммутаций, видимые при увеличении масштаба осциллограммы выходного тока. В периоды переходных процессов в неустановившихся режимах изменение выходного тока имеет ступенчатую форму. Сходимость и устойчивость процесса преобразования при заданных параметрах преобразователя и любых начальных условиях определяется из анализа зависимости I_n+1=Y(I_n,T), где I_n и I _n+1 - значения выходного тока в конце n-го цикла и в конце следующего (n+1)-го цикла соответственно. Область определения функции разбивается на два интервала: 0<I_nI _cr и I_nI _cr. В интервале 0<I_nI _cr выходной ток нарастает экспоненциально и непрерывно, поскольку интегрирующие конденсаторы дозаторов не успевает зарядиться до порогового напряжения за время 2·Т. При I_n I _cr процесс становится нелинейным и ступенчатым. Величина критического тока равна

Функция I_n+1=Y(I_n) имеет вид

На фиг.7 приведена временная диаграмма выходного тока в устройстве на взаимосвязанных идентичных дозаторах. В момент появления преобразуемой частотной последовательности на входе устройства происходит отключение пускового тока. Преобразуемая частота имеет период повторения T₁=T последовательности коротких импульсов. Через некоторый интервал времени от момента запуска, в течение которого процессы устанавливаются, частота скачкообразно уменьшается, и период преобразуемой последовательности принимает значение Т₂=2·Т и затем вновь скачкообразно восстанавливается. Постоянная времени фильтра =2·Т. Для различных диапазонов преобразуемой частоты временные диаграммы подобны.

На фиг.8 приведен графический анализ сходимости процессов для рассматриваемых условий запуска и изменения преобразуемой частоты. На графике функции I_n+1=Y₁(I _n,T₁) представлен процесс последовательного приближения тока от пускового значения I_s до установившейся величины I₁, соответствующей частоте с периодом T ₁=T. При скачкообразном изменении периода преобразуемой частоты до значения T₂=2·T ток устанавливается до величины 12, последовательно принимая значения, определяемые по графику функции I_n+1=Y₂(I_n ,T₂).

Таким образом, использование в преобразователе обратной связи между выходным и питающим токами позволяет задавать закономерный характер пульсациям выходного тока в широком частотном диапазоне и использовать эти свойства для подавления пульсаций при высоком быстродействии, а также создает предпосылки для управления крутизной преобразования частоты в аналоговую величину.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баранов Л.А. и др. Конденсаторные преобразователи в автоматике и системах управления. М. «Энергия», 1969 г.

2. А.с. 683013 (СССР) Способ преобразования частоты в постоянный ток. Гройсер Г.А., опубл. 30.08.79. г.

3. Поляк Д.Г., Есеновский-Лашков Ю.К. Электроника автомобильных систем управления. М.: Машиностроение, 1987 г., стр. 63-100.