3.5 Перетворювачі напруга-частота (пнч)

3.5.1. Вступ

П

б)

еретворювачі напруга-частота поділяються на два типи: з початковою ненульовою частотою (рис.3.10.а) і з початковою нульовою частотою (рис.3.10.б)

Р

a)

исунок 3.10. Характеристики ПНЧ

Перетворювачі першого типу зручні при передачі частотних сигналів на великі відстані (безпровідна і провідна лінії зв’язку), тому що дозволяють контролювати справність лінії зв’язку і всього тракту передачі. Крім того, частотний сигнал має високу завадостійкість.

ПНЧ другого типу ( ) зручні для застосування у вимірювальних пристроях (датчики, вимірювачі напруги, опору і т.п.), та для отримання кодового сигналу.

3.5.2. Генератори, керовані напругою (гкн)

ПНЧ, які мають ненульову початкову частоту, іноді називають генераторами керованими напругою. В них в якості частотнозадаючих елементів використовують різні електронно-керовані елементи: оптрони, варікапи, польові транзистори, котушки з підмагнічуванням, тощо.

Для високих частот застосовують ГКН з використанням варікапів за схемою рис 3.11.

Тут використано транзистори з колами, що задають режим по постійному струму ( , - контур на котушці і послідовно ввімкнуті варікапи .

Роздільні конденсатори мають велику ємність і використовується для розділення кіл живлення і . Керування варикапами здійснюється через обмежувальний резистор .

Резистори використовуються для утворення стійкого контуру вхідного струму.

Для реалізації умов генерації через обмотку заведено позитивний зворотній зв’язок на базу транзистора.

Частота коливань визначається:

, де

З алежність вихідної частоти від нелінійна, що свідчить з попереднього виразу, крім того залежність також нелінійна (рис.3.12).

Рисунок 3.12. Залежність ємності варикапа від напруги

Застосування двох варикапів необхідно для зменшення паразитної частотної модуляції від власних коливань напруги в контурі. Так, при зростанні напруги на одному варикапі, із-за їх зустрічного включення, напруга на другому варикапі спадає. Загальна їх ємність залишається постійною і не виникає модуляції цієї ємності напругою - контура. Це призводить до того, що миттєвий спектр на виході цієї схеми близький до монохроматичного спектру.

Така схема знаходить застосування в характериографах, генераторах коливаючої частоти, синтезаторах частот, у системах пошуку частоти і т.д.

3.5.3 Пнч з розрядом конденсатора.

На рис 3.13 зображена схема перетворювача напруга частота з розрядом конденсатора.

При подачі постійної напруги на вхід ПНЧ відбувається заряд конденсатора за законом (рис.3.14). Компаратор спрацьовує, коли , де - час заряду конденсатора.

Утворений імпульс на виході компаратора замикає ключ і конденсатор швидко розряджається. Далі конденсатор знову заряджається і процес повторюється.

Час розряду конденсатора позначимо через , тоді відповідно до рис. 3.14

,

,

Рисунок 3.14. Діаграма напруг ПНЧ з розрядом конденсатора.

Частота вихідних коливань:

,

створює нелінійність функції перетворення цього ПНЧ.

Похибки схеми виникають із-за нестабільності , дрейфу нуля ОП. На основі цієї схеми реалізовано ПНЧ з такими характеристиками:

• похибка 0,5%;

• вхідна напруга 0,1…1В;

• частота вихідних імпульсів 010 кГц.

3 .5.4 ПНЧ зі зміною напрямку інтегрування.

Рисунок 3.15. ПНЧ зі зміною напрямку інтегрування.

В даній схемі використовується два компаратори з різними рівнями порівнюємих напруг. На вхід схеми подається різнополярна напруга . Нехай ключ знаходиться в верхньому положенні, тоді напруга на виході інтегратора (рис.3.16):

, де - дрейф нуля ОП.

В момент часу спрацьовує компаратор і ключ переходить в нижнє положення і напруга інтегратора зменшується

.

Після закінчення часу спрацьовує компаратор і переводить ключ у верхнє положення. Далі процес повторюється.

Частота вихідних коливань:

.

Рисунок 3.16. Діаграма напруг ПНЧ рис. 3.15.

; .

Тоді частота вихідних коливань:

Схема лінійна, похибка виникає із-за нестабільності . Суттєво зменшується похибка від дрейфу нуля ОП і компаратора.

Похибка даної схеми складає близько 0,1%, вимоги до вхідного перемикача високі.