Многоканальный коммутатор непрерывных сигналов Советский патент 1984 года по МПК H03K17/00 G06F7/06 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования большого числа непрерывных сигналов в импульсные, определения произвол-, ных от каждого в отдельности входного сигнала и суммирования производных с основными сигналами, а такж коммутации на один выход. Известен многоканальный коммутатор непрерывных сигналов, содержащий коммутирующие диоды, однотактный кольцевой феррит-диодный регистр сдвига, каждый сердечник которого содержит две выходные обмотки, начала и концы которых объединены ,. два источника постоянного напряжения, подключенные через коммутирующие дио ды к выходным обмоткам всех сердечников регистра tn . Недостатком такого коммутатора яв ляется искажение коммутируемых сигна лов. Наиболее близким к предлагаемому является многоканальный коммутатор, которы:й содержит дифференцирующие трансформаторы во входдных цепях соответствующих-ячеек, запоминающий конденсатор, одна обкладка которого через первичную обмотку дифференцирующего трансформатора заземлена, а другая соединена с зажимами положительных и отрицательных полюсов двух дополнительных источников напряжения. Зажим отрицательного полюса первого источника через коммутирующие диоды однбй группы подключен к концам первых пар выходных обмоток всех ячеек, а зажим положительного полюса другого источника через коммутирующие диоды другой группы подключен к началам других обмоток этих пар. Общая точка обмоток каждой четной ячейки соединена с потенциональным зажимом своег канально,го входа, к каждой из которы присоединены общие точки двух других пар Ёыходных обмоток четной и нечетной ячеек соответствующего канала. Начала обмоток другой пары четных ячеек через коммутирующие диоды одно группы соединены с- зажимом цоложительного полюса источника постоянного напряжения, а концы других обмо ток этих пар через коммутирующие дио ДЫ другой группы соеданены с зажимом отрицательного полюса другого источника. При этом зажи№1 отрицательного и положительного полюсов этих источников соединены через первичную об.мотку выходного трансформатора с заземленной шиной, вторичные обмотки дифференцирующего трансформатора и выходного трансформатора, соединен ные последовательно и согласно, подключены к выходу коммутатора 2). Не.достатком прототипа является низкая помехозащищенность. . Цель изобретения - повышение помехозащищенности коммутатора. Поставленная цель достигается тем, что многоканальный коммутатор непрерывных сигналов,содержащий коммути- рующие диоды,однотактный кольцевой ферритдиодный регистр сдвига,каждый сердечник которого содержит первую пару выходных обмоток, а каждый четный сердечник - вторую пару выходных обмоток, причем начала и концы выходных обмоток четных и нечетных сердечников обьедкнены и являются входом соответствующего канала коммутатора, два источника постоянного напряжения/ одни разноименные, полюса которых через первую и вторую группы коммутирующих диодов подсоединены сответственно к свободным выводам вторых пар выходных обмоток .четных сердечников, а другие разноименные полюса через первичную обмотку выходного трансформатора к шине нулевого потенциала, два дополнительных источника постоянного напряжения, одни разноименные полюса которых через третью и четвертую группы коммутирующих диодов подсоединены соответственно к свободным выводам всех пар выходных обмоток всех сёрдечни ков, а другие разноименные полюса к первой обкладке запоминающего конденсатора,и дифференцирующий трансформатор,содержит токоограничивающий резистор и два оптоэлектронных переключателя, фотодиоды которых соединен встречно и подключены параллельно обмотке дифференцирующего трансформатора, а включенные согласно .светодиоды через токоорраничнваю14ий резистор и соответствующие коммутирующие диоды подключены к выводам обмоток управления соответствующих нечетных сердечников однотактного кольцевого феррит-диод ног о регистра сдвига,пер-, вйчная обмотка дифференцирующего трансформатора включена между второй обкладкой запоминающего конденсатора и шинойнулевого потенциала, а его вторичная обмотка соединена последовательно и согласно с вторичной обт моткой выходного трансформатора, свободные выводы вторичных обмоток дифференцирующего и выходного трансформаторов являются выходом коммутатора. На фиг... 1 представлена принципиальная схема коммутатора; на фиг.2 временные диaгpa IMЫ, поясняющие принцип работы коммутатора. , Коммутатор .содержит нечетные I, -1 и четные сердечники кольцевого , феррит-диодного регистра сдвига (кольцевого распределителя), запоминающий конденсатор 2, дифференцируюод й трансформатор 3 с первичной 3, и вторичной 3,j обмотками, выходной трансформатор 4 с первичной 4 и вторичной 4 обмотками,, группы коммутирую тих диодов 5,- 5; цепи формирования основных сигналов, группы коммуТИРУЮ1ДИХ диодов 5,| - 5 цепи формиро вания разностей первого порядка, коммутирующие диоды 5) JSJ цепи управления,источники 6-9 постоянного напряжения,выходные обмотки ю - l iнечетных сердечников, первые пары 10 - 10,| выходных обмоток четных сердечников, вторые пары 10, - 10 выходных обмоток четных сердечников, оптоэлектронные переключатели 11 и 11 , обмотки управления 2 - 12 нечетных сердечников, диоды 13 и конденсаторы 14 ячеек кольцевого распре;целителя, входные клеммы 15| 15f, и токоограничивающий резистор 16 На фиг.1 bi. .n входные Непрерывные сигналы -бьч выходной сигнал, На фиг.2, поясняющей принцип работы KOMNiyTaTopa, приняты следующи,е обозначения: Ugj - выходной непрерывный сигнал; - последователь ность импульсов генератора тактовых импульсов; & Uioj, --приращения импульсных напряжений, прикладываемых к запоминающему конденсатору 2 при срабатывании нечетной ячейки первого канала; &U,(,i, - прира щения импульсных напряжений, прикладываемых к первичной обмотке выходного трансформатора 4, при срабатыва нии четной ячейки первого канала; , - приращения импульсны напряжений, прикладываемых к запоминающему конденсатору 2 при срабатывании четной ячейки первого канала; и - напряжение на запомингиощем конденсаторе 2; Uj - напряжение на пер вичной обмотке 3 дифференцирующего трансформатора 3 при срабатывании четной ячейки; U4 - напряжение на первичной обмотке выходного трансфор матора при срабатывании четной ячейки; и бы выходное напряжение коммутатора. Многоканальный коммутатор состои ИЗ однотактного кольцевого регистра сдвига (распределителя) на ферритдиодных ячейках, включающих в себя сердечники l - .1 , - 1 с относящимся к.ним обмотками, диодами 13 и конденсаторами 14, число которых в два раза больше числа коммутируемых сиг« налов. Сигналы с каждого коммутирующего канала подаются на вход двух (четной и .нечетной ) соответствующих ячеек распределителя, причем входами нечетных ячеек являются соединенные вместе начало и концы выходных обмоток lOiJ и Ю соответствующего элемента распределителя, другие их концы через коммутирующие диоды 5 - 5 - 54-5 каждого элемента и через источники 6 и 7 подсоединены к одной обкладке запоминаиощего конденсатора 2, .а другая обкладка через первичную обмотку 3, дифференцирующего трансформатора подсоединена к шине нулевого потенциала. Входами четных ячеек являются роединенные вместе начала и концы выходных обмоток 10 и ю и 1соёдиненные вместе начала и концы . выходных обмоток 10/ и 10 j- I причем другие концы обмоток 10,- и 10 через коммутриующие диоды 5, и 5 каждого элемента и через источники 8 и 9 подсоединены к выходу многоканального коммутатора ( первичная обмотка выходного трансформатора 4j ), а другие концы обмоток и 10, через коммутирующие диоды 5| и 5 и через источники 6 и 7 подсоединены к запоминающему конденсатору 2. Диоды 5 - 5, 5j - 5б и источник 6, диоды 5з - 5 5|J - Sj и источник 7, диоды 5j-- 5 и источник 8, диоды 5, - 5 и источник 9 включены таким образом,чтобы при отсутствии коммутирующего импульса соответствующие диоды были закрыты, запрещая прохождения непрерывных входных сигналов на выход коммутатора. Для нормальной работы коммутатора необходимо обеспечить йндентичность источников 6 и 7, 8и 9, выз одных обмоток 10i и 10 нечетных ячеек, а также обмоток 10,- и 10Я, 10 и lOf четных ячеек, напряжение подпирающего источника должно быть больше амплитудного значения входного напряжения. Необходимо выбирать амплитуду коммутирующих импульсой и напряжение источников таким образом, чтобы разность напряжений обеспечивала работу коммутирующих диодов на линейном участке характеристики. Это позволяет использовать устройство для преобразования и коммутации слабых сигналов, а также получения первых производных от этих сигналов. Многокальный коммутатор непрерывных сигналов с введением производных в закон регулирования на бесконтактных элементах работает следующим образом. При отсутствии в канале непрерывного входного сигнала в момент, соответствующий срабатываванию нечетной ячейки этого каналА, на ее выходных обмотках 10 и Id наводятся импульсы напряжения и,д1 и , равные по величине и противоположные по знаку относительно общей ( заземленной) точки. К конденсатору 2 прикладываются приращения импульсных напряжений дЦ(,и, u .. . равные по величине и противоположные по знаку. В результате напряжения на обкладках конденсатора равно нулю. При -срабатырании четной ячейки этого канала на ее выходных обмотка 10 , 10 наводятся имlOf, IQf пульсы напряжения, как в обмотках нечетной ячейки, равные по величиtie и противоположные по знаку. Приращения импульсных напряжений, прик леидываемые как к первичной обмотке 4f выходного трансформатора, так и к обкладкам запоминающего конденсатора 2, равны по величине и проти положны по знаку. В результате ток как в цепи дифференцирующего трансформатора 3, так и в цепи первичной обмоткн 4j выходного, трансформатора равен нулю, и сигнал на выхо де отсутствует. Если в канале появляется непреры ный сигнал, то в дикретный момент времени, соответствующий срабатыван нечетной ячейки распределеителя это канала, одно из приращений импульсн го напряжения увеличивается, а друг уменьшается в зависимости от полярн сти входного сигнала на величину,ра ную амплитудному значению непрерывного входного сигнсша Ug,,; . В резу тате этого конденсатор 2 заряжается от амплитудного значения входного сигнала, соответствующего данному дискретному моменту времени, и это напрюкение запоминается конденсатором до момента срабатыван следующей ячейки. Дифференцирующий трансформатор исключается из работы за счет шунт рования его первичной обмотки 3, фо тодиодами оптоэлектронных 11, и Ид работающих в ключевом режиме. Это д стига ется тем, что в момент срабатывания нечетный импульс напряжения и,4 обмотки : йравления 12 обеспеЧивает протекание тока насыщения че- рез светодиоды оптоэлектронных пере лючателей 11 д и II,;-, . С приходом следующего тактового импульса срабатывает четная ячейка Зтого канала, В момент срабатывания одно из приращений импульсного напряжения, формируемых в цепях с обмотками 10 и 10- , увеличивает ся, а другое уменьшается в зависимости от полярности входного сигнала на величинуг равную амплитудному значению входного сигнала в данный дискретный момент времени. В резульхате к первичной обмотке 4 выходного трансформатора прикладывается напряжение, равное разности этих напряжений,В этот же момент в цепях обомоток 10 и 10 данной ячейки одно из приращений импульсного напряжения увеличивается, а другое уменьшается на величину входного сигнала. Следовательно, к запоминающему конденсатору 2 прикладывается разность приращений, причем эта разность отличается от напряжения на конденсаторе 2 на величину первой разности входного сигнала. Таким образом, происходит перезарядка конденсатора 2 по цепи, в которую включена первичная обмотка 3f дифференцирующего трансформатора. Так как вторичная обмотка 3, дифференцирующего трансформатора и вторичная .обмотка 42 выходного трансформатора включены последовательнои согласно, то, следовательно, в момент срабатывания четной ячейки на выходе коммутатора снимается дискретный сигнал, величина которого пропорциональна основному сигналу ( вторичная обмотка 4 выходного трансформатора) и его производной (вторичная обмотка 3 дифференцирующего трансформатор а) . С приходом следующего тактового импульса срабатывает нечетная ячейка следующего канала и происходит перезаряд конденсатора 2 до амплитудного значения входного сигнала этого канала, и схема ;аналогично работает по второму сигналу Uj, j. образом, в результате последовательного срабатывания ячеек кольцевого регистра сдвига ( распределителя) с выхода многоканального коммутатора снимается последовательность амплитудно-модулированных импульсов, описываемых уравнением вида ч п . ((.К - .iri Т.е. по каждому из каналов, помимо основного сигнала, вводится и iero производная ( К и. К - коэффициенты пропорциональности), Коммутатор обладает повышенной помехозащищенностью, обусловленной тем, что в момент формирования импульса на запоминающем конденсаторе 2 при срабатывании нечетной ячейки первичная обмотка 3, дифференцирующего трансформатора 3 накоротко замкнута фотодиодами оптоэлектронных переключателей 11 и 11., , обеспечивающих быстроту и надежность шунтирования обмотки. Это достигается тем, что в момент срабатывания нечетных ячеек через светодиоды протекает ток. Данная схема также может бьйь .реализована с помощью двухтактного кольцевого распределителя ,(.КР ) . Исследование прототипа, формирующего закон управления. UfttK .i{K, и„, +KjUj,yi ), показывает, что fp,H 38 кГц диапазон изменения входных непрерывных сигналов равен от U, „а, ЮВ до 100 nfxi.f 4 КГЦ. Нижний предел зн чений входных, сигналов ограничен помехами. Последние наводятся при срабатывании нечетных ячеек КР в дифференцирующих трансформаторах, включенных во входные цепи. В предлагемом коммутаторе существенно повышена помехозащищенност за счет применения только одного дифференцирующего трансформатора и включения его на выходе схемы формирования. Кроме того, в схеме обеспечивается замыкание первичной обмотки дифференцирующего трансформатора в моменты срабатывания нечетных ячеек. Исследование схема коммутатора с аналогичным законом управления с использованием того же распределительного устройства позволяет уменьшить нижний предел значений входных сигналов до 10 мВ

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий коммутирующиеДИОДЫ, рднотактный кольцевой феррит-диодный регистр сдвига, каждый сердечник которого содержит первую пару выходных обмоток, а каждый четный сердечник вторую пару выходных обмоток, причем начала и концы всех выходных обмоток четных и нечетных сердечников обьединены и являются входом соответствующего канала коммутатора, два источника постоянного напряжения, одни разноименные солюса которых через первую и I вторую группыкоммутирующих . диодов подсоединены соответственно к свободным выводам вторых пар выходных обмоток четных сердечников, а другие разноименные полюса через первичную обмотку выходного трансформатора - к шине нулевого 1потенциала, два дополнительных источника постоянного напряжения. одни разноименные полюса которых через третью и четвертую группы коммутирующих диодов подсоединены соответственно к свободным выводам всех пар выходных обмоток всех сердечников, а другие разноименные полюса - к первой обкладке запоминающего конденсатора, и дифференцирующий трансформатор, отличающийся тем, что, с целью по,вышения помехозащищенности, он со держит токоограничивающий резистор и два оптоэлектронных переключателя, тодиоды которых соединены встречно и подключены параллельно первичной обмотке дифференцирующего i трансформатора, а включенные согласно светодиоды через токоограничиСП вающий резистор и соответствующие коммутирующие диоды подключены к выводам обмоток управления соответствующих нечетных сердечников одкотактного кольцевого феррит-диодного регистра сдвига, первичная обмотка дифференцирующего трансфор- : матора включена между второй обкладкой запоминающего конденсатора и шиной нулевого потенциала, а его вторичная обмотка соединена после- . ;довательно и согласно с вторичной ел обмоткой выходного трансформатора, свободные выводы вторичных обмоток дифференцирующего и выходного транс: 9 ф форматоров являются выходом коммутатора.