Основной причиной нелинейности характеристики преобразования и ограничения частоты выходных импульсов (/шах=10 кГц) является большое сопротивление канала полевого транзистора (около 150 Ом). Для расширения частотного динамического диапазона необходимо применять транзисторы с меньшим сопротивлением в открытом состоянии.

3.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ

На базе преобразователей напряжения в частоту строятся различные измерительные системы [65-68]. На рис. 3.10 представлена схема преобразователя температуры в частоту с использованием в качестве преобразователя температуры диода VD2. Схема обеспечивает измерение температуры от О до 100° С с разрешающей способностью ±0,ГС; при этом погрешность измерений не превышает ±0,3° С во всем диапазоне.

5д-\ г

и-ц-

5мко

Рис. 3.10. Схема для измерения температуры с помощью преобразователя напряжения в частоту

Операционный усилитель типа 153УД2 выполняет функции интегратора. Когда конденсатор емкостью 4300 пФ заряжается до -10 В, интегратор сбрасывается одноиереходным транзистором VTI. Температурно-компенсированный диод VDI (6,2 В) формирует опорное напряжение, определяющее порог открывания однопе-реходного транзистора, обеспечивает стабилизацию опорных напряжений, соответствующих нулевому и максимальному значениям температуры, и задает ток 1 мА, протекающий через диодный преобразователь температуры VD2. Транзистор VT2 выполняет функцию согласования выходных импульсов с логическими ТТЛ-уровнями.

Работа схемы основана на преобразовании напряжения в частоту. Напряжение на инвертирующем входе ОУ интегрируется до момента открывания транзистора VTI, через который происходит разряд конденсатора. Частота колебаний зависит от температуры, поскольку с изменением температуры меняется падение напряже-

ния на диоде VD2 и соответственно на неинвертирующем входе интегратора.

При калибровке схемы диод помещают в среду с температурой 100° С, после чего потенциометром R2 устанавливают частоту 1000 Гц. Затем диод охлаждают до 0° С и потенциометром R1 устанавливают частоту О Гц. Указанную процедуру повторяют 2-3 раза до тех пор, пока не будет исключено взаимное влияние регулировок. После калибровки схемы выходная частота в десять раз больше температуры (О-100° С) с погрешностью 0,3° С. Например, при температуре 37,5° С частотомер покажет 375 Гц.

Выходную частоту можно измерить с помощью ТТЛ-счетчи-<ков и генератора напряжения прямоугольной формы с частотой 1 Гц. Это напряжение следует подать на базу транзистора VT2 через резистор сопротивлением 2,2 кОм, а выход полученной схемы подключить к ТТЛ-счетчикам.

Схема преобразователя температуры в частоту с высокой точностью преобразования в широком диапазоне измеряемых температур приведена на рис. 3.11. Принцип работы преобразователя основан на сравнении тока, протекающего через температурный преобразователь i?T (терморезистор), с током разряда конденсатора С. Приведенная схема, в отличие от предыдущих, легко поддает- ся регулировке.

Рис. 3.11. Прецизионный преобразователь температуры в частоту

Как видно из упрощенной схемы преобразователя (рис. 3.12), Последний состоит из трех основных узлов: термочувствительной схемы с резистором Rt и цепью разряда конденсатора С, компаратора тока на ОУ {А!) и импульсной схемы управления работой коммутаторов 5/ и S2. Когда уровень выходного напряжения управляющей схемы высокий, оба коммутатора включены и конденсатор заряжается до опорного напряжения Uon- Поскольку инверти-

VJJf

Схема управления

Лр1 SZ

рующий вход ОУ находится под потенциалом кажущейся земли, ток, протекающий через резистор R2, Ir = UoulRi-

Сопротивление Rl выбирается таким образом, чтобы ток Ir был меньше суммы токов через терморезистор R и резистор R1, т. е. иoTilR2<-iRT.+iRi- При этом диод VD2 смещен в прямом направлении и напряжение на выходе компаратора находится у верхней границы. Это выходное напряжение усилителя сохраняется до тех пор, пока не изменится состояние схемы управления. Время в течение которого уровень выходного напряжения управляющей схемы остается высоким, определяется постоянной времени этой схемы. В конце интервала t\ коммутаторы открываются и конденсатор С начинает разряжаться через резистор R2. Диод VD2 смещается в обратном направлении, а открывающийся диод VD1 производит сброс выходного напряжения компаратора до нуля. После того как ток разряда конденсатора С уменьшится до (л, откроется диод VD1 и цикл повторится.

Выражение для определения частоты выходных импульсов преобразователя может быть представлено в виде f=TIBx, где Г - измеряемая температура; В - постоянная, зависящая от материала терморезистора; т = 7?2С. Следует отметить, что это выражение справедливо до тех пор, пока частота выходных импульсов меньше величины 1 ].

Таким образом, регулировка рассмотренной схемы заключается лишь в том, чтобы правильно выбрать импульсную схему управления транзисторными ключами VT1 и VT5 (см. рис. З.П) в зависимости от верхнего предела измеряемой температуры. Диапазон измеряемых температур может быть практически любым и определяться типом используемого температурного преобразователя.

Рис. 3.12. Упрощенная схема преобразователя на рис. 3.11

Глава 4

ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ

В этой главе приведены примеры использования АИС для построения генераторов сигналов различной формы. Гибкость и универсальность ОУ позволяет с минимальным числом внешних элементов создавать простые и удобные в настройке и регулировке генераторы практически всех видов колебаний с требуемыми параметрами. Рассмотрены генераторы сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной форм с регулируемыми параметра-