[其他]电压-频率转换电路

说明书

本发明涉及一种主要用于电子功率表的电压-频率转换电路。

在电子功率表中配电线路的负载电压和耗电电流通过一个乘法器装置相乘，产生与瞬时功率成正比的电压信号。该电压信号加到一个电压-频率转换电路上，并由该电路产生其频率与该电压信号或与该瞬时功率成正比的矩形波信号。通过一个计数器电路对矩形波信号进行计数以便计算电能，并通过一个显示装置累计和显示电能。

为了提高功率表的精度，要求电压-频率转换电路在从几个毫伏到几十伏这样非常宽的电压范围里具有输出频率对输入电压的线性关系。

但是，使用这种电压-频率转换电路时，由于电路元件的工作延迟在高频范围里会产生误差，以致于破坏了线性关系。根据图1中所示的现有技术电压-频率转换电路（参考UnitedStatesPatent4，315，212）将对上述内容作详细的说明。

参见图1，数码10和10表示一对输入端。在输入端10和10之间接收如上所述来自乘法器装置的与瞬时功率成正比的输入电压信号。通过输入电路14这个信号转换成一对直流电压信号ep和en，这对直流电压信号的绝对值相等，极性相反。输入电路14包括运算放大器11以及电阻器12和13。数码15表示由一个模拟开关构成的倒相开关电路，数码16表示电阻器。数码17表示一个积分电路，这个积分电路是通过把电容器19接在运算放大器18的负反馈电路里构成的。输出电路20包括运算放大器21以及电阻器22和23，构成滞后比较电路。更准确地说，输出电路20产生矩形波信号a作为其输出〔参见图2中的（B）〕，每当如图2（A）中所示积分电路17的输出电压E_o达到预定的上限值+V_R或达到预定的下限值-V_R时，矩形波信号a就倒相。矩形波信号a还用作驱动倒相开关电路15的信号。

下面将说明上述电路布置的工作状态。当倒相开关电路15处在图1中所示的工作状态时，直流电压信号ep加到积分电路17的负输入端24上，对电容器19进行充电。于是就进行积分，如图2的（A）中由向右下降直线L₂所示，积分电路17的输出电压E_o降低。当输出电压E_o达到预定的下限值-V_R时，从滞后比较电路20中产生的矩形波信号a如图2的（B）中所示变成逻辑电平“0”。这个矩形信号a引起倒相开关电路15动作使其倒相，直流电压信号en加到积分电路17的负输入端24上。因此，电容器19上的电荷就放电。如图2的（A）中由向右上升直线L₁所示，积分电路17的输出电压E₀高升。当这个输出电压E₀达到预定的上限值+V_R时，从图1中滞后比较电路20中产生的矩形波信号a如图2的（B）中所示变成逻辑电平“1”。这时，通过这个矩形波信号a引起倒相开关电路15动作，使其再倒相回到原来的状态。

当图1中的输入电压信号e较高时，从而得到的图2（A）中的积分电压E_o就具有较陡的倾斜度。因此图2（A）中所示的周期T就变得较短了。因为这个周期T和图2（B）中的矩形波信号a的周期相等，所以理论上矩形波信号a的频率与输入电压信号e的值成正比。

但是，实际上存在着通常所说的电路元件的延迟现象，例如图1中滞后比较电路20的输入端和输出端之间的延迟以及倒相开关电路15的转换时间，以致出现图2（A）中所示的过冲E_r和下冲E_r。这样，积分电压E_o的周期T就变得比真实周期T_o长4td的时间。因此，在输入电压信号e和矩形波信号a的频率之间的上述正比关系，即线性关系就破坏了，下面将运用数学表达式对上述内容予以说明。

设R₃表示电阻器16的电阻，设C表示电容器19的电容，由于过冲所蓄积的电荷量为：

E_r·C=ep/R3·t_d ∴E_r=ep/CR3·t_d ...（1）

因此，在一个周期T中电荷量为：

ep/R₃·T=C·（-4V_R-4E_r）

=4C（-V_R-ep/CR₃·t_d）