172591. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés feszültségfrekvencia átalakító linearitási hibájának csökkentésére
3 172591 4 átalakítandó feszültséggel arányos áramnál nagyobb értékű és ellentétes polaritású konstans áramot is az integrátor bemenetére kapcsol. Tehát a kisütés ideje alatt az integrátor kapacitását a két áram különbségeként adódó áram kisüti. Amikor a kisütési periódus időtartama letelt, a kapcsoló kikapcsol és ismét a töltési periódus kezdődik. A feszültség-frekvencia átalakítók linearitási hibája valamennyi típusnál azonos okokra vezethető vissza. A linearitási hiba két részre bontható: a kisfrekvenciás és a nagyfrekvenciás részre. A kisfrekvenciás linearitási hiba fő oka az integrátorban alkalmazott erősítő véges erősítése. A nagyfrekvenciás linearitási hiba fő oka a kapcsolási késleltetések hatása, amelyben általában dominál a komparátor késleltetése. A kisütős kapcsolós változatnál ehhez még a véges kisütési idő okozta hiba is járul. A nagyfrekvenciás linearitási hiba csökkentésének egyik ismert módja fázistoló beiktatása az integrátor kimenete és a komparátor bemenete közé. Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy a kompenzáló fokozat az integrátor kimenő jelét leosztja és ezt, változatlan átalakítási tényezőt feltételezve, vagy az integrátor időállandójának, vagy a komparátor referencia-feszültségének csökkentésével kell ellensúlyozni. A komparátor referencia-feszültségének csökkentése kedvezőtlen, mert így növekszik a komparátor offset, illetve drift jellemzői által okozott hiba. Az integrátor időállandójának csökkentése szintén kedvezőtlen, mert ez rontja a kisfrekvenciás tulajdonságokat. Emellett a nagyfrekvenciás tulajdonságokat is rontja, hiszen az integrátornak így nagyobb jelszinten kell dolgoznia. További hátrány a kompen^ló fokozatot realizáló két ellenállás és egy kondenzátor időbeü változása, illetve hőmérséklet-függése, ami rontja az átalakító hosszúidejű stabilitását, illetve hőmérsékleti hibáját. A feszültség-frekvencia átalakítók linearizálására számos kísérletet végeztünk és ennek alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a járulékos kompenzáló fokozat beiktatása helyett célszerűbb az integrátor-fokozat kimenőjelének alkalmas módosítása. A találmány célja olyan kapcsolási elrendezések kidolgozása, amelyek alkalmasak a feszültség-frekvencia-átalakítók linearitási hibájának csökkentésére, a járulékos kompenzáló fokozat kiküszöbölésével, annak minden hátrányával és hibájával együtt. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy ha az ismertetett átalakítók integrátora kimenő feszültségének időbeli változását úgy módosítjuk, hogy az az ismert megoldásokkal ellentétben a működés egyes periódusaiban nem a feszültség 0 értékétől kiinduló egyetlen egyenessel jellemezhető, hanem ezenkívül az egyes periódusok elején, illetve végén egy-egy az átalakítandó feszültséggel arányos hosszúságú meredekebb szakasza is van, ez azzal a nem várt hatással jár, hogy az átalakító linearitási hibája jelentősen csökkenthető. A kompenzáció feltételének kifejezése, amelyből a kompenzáló elemek értéke meghatározható, általános esetben bonyolult. Ha azonban azt a gyakorlatilag is elfogadható megszorítást tesszük, hogy a A r késleltetési idő frekvencia-független és a ki- és bekapcsolásokra azonos értékű, akkor a kompenzáló elemek értéke könnyen meghatározható. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lényege tehát, hogy az integrátor C kapacitású kondenzátorával soros kapcsolásban ohmos ellenállást is tartalmaz. Az ohmos ellenállás értéke Ro= A t/C A polaritás-kapcsolós átalakító esetében az előző kapcsoláson kívül a cél elérhető azzal a kapcsolási elrendezéssel is, amelynek lényege, hogy az integrátor bemenetén levő ohmos ellenállással — melynek értéke R — párhuzamos kapcsolásban kondenzátort tartalmaz, amelynek kapacitása C0= A r/R A találmány szerinti kapcsolási elrendezés két példaképpen! kiviteli alakjával kapcsolatban az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezést mutatja, bármelyik csoportba tartozó feszültség-frekvencia átalakító esetében, a 2. ábra az előbbi átalakító kimenő feszültségének időbeli változása a töltési periódusban, a 3. ábra a kimenő feszültség időbeli változása egy teljes perióduson belül, a polaritás kapcsolós átalakító esetében, a 4. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezést mutatja polaritás-kapcsolós átalakító esetében, az 5. ábra az előbbi átalakító kimenő feszültségének időbeli változása töltési periódusban, végül a 6. ábra a 4. ábra szerinti kapcsolás egy részletének kiviteli alakját ábrázolja. 1. példa (1—3. ábrák) Az átalakítandó U feszültséggel arányos i áram a 13 kapcsoló egység bemenetéhez csatlakozik. A 13 kapcsoló egység kimenete az integrátor 3 bemenetével van összekötve. A integrátor 2 bemenete földelt. Az integrátor aktív elemét az 1 erősítő képezi, amelynek 4 kimenete a feszültség-frekvenciaátalakító kimenetét is képezi. Az 1 erősítő 4 kimenete és a 3 bemenet közé egymással sorosan kapcsolt 6 ellenállás és 5 kondenzátor csatlakozik. A 4 kimenet a 10 komparátor jelbemenetével van összekötve. A 10 komparátor két referenciabemenete egy-egy referencia feszültségforráshoz, például a 11 és 12 beállító potenciométerekhez csatlakozik. A 10 komparátor 14 kimenete a 13 kapcsoló egység vezérlő bemenetével van összekötve. A feszültség-frekvencia átalakító általános működését a leírás bevezető részében már ismertettük. Az ismert működéshez képest eltérést csupán az integrátor működése mutat, ezért a továbbiakban csak az integrátor felépítését és működését ismertetjük részletesebben. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
