Устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника Советский патент 1985 года по МПК G06G7/62 

1 . Изобретение относится к вычисли тельной технике и электротехнике и может найти применение в различных устройствах автоматики и радиотехники в качестве индуктивного или емкостного элемента различных резо нансных контуров и электрических фильтров. Цель изобретения - повышение добротности ,и устойчивости устройства. На чертеже приведена схема устройства для моделирования частотнозависимого двухполюсника. Устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника содержит цепочку эталонных резисторов 1-1, 1-2, ... 1-пи группу ключей 2-1, 2-2, ..., 2-11, конвертор отрицательного сопротивления 3, первый и второй ключи 4 и 5, дешифр тор 6, счетчик импульсов 7, генерат тактовых импульсов 8, элемент И 9, времяимпульсный блок деления 10, блоки выделения модуля 11 и 12 соот ветственно. Кроме того, устройство содержит интегратор 13, блоки формирования положительного и отрицательного знаков 14 и 15 соответственно, содержащие триггеры 16,

элементы И 17( и 17g и элементы ИЛИ 18, Входное напряжение подается к первому входному выводу устройства 19 и второму входному выводу 20, который подключен к шине нулевого потенциала. Совокупность элементов и блоков 1 ( - If,, 2, - 2,, 3, 4 и 5 образует управляемый преобразователь напряжение-ток.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в.ходной сигнал, поступающий на выводы 19 и 20, представляет собой синусоидальное напряжение U(t) U;,iSin(u)t + Ч) , которое с одной стоРОНЫ поступает на вход интегратора 13, выполненного,, например, на операционном усилителе, и с другой стороны поступает на первый блок 11 выделения модуля напряжения, а выхрдное напряжение с интегратора 13 поступает на второй блок 12 выделения модуля напряжения. Если на вход блока 11 приходит положительная полуволна напряжения, то она окажется и на выходе этой .ячейки, если же приходит отрицательная полуволна ; напряжения, то все равно на выходе

Напряжения |и„ Sin(wt+q)j, и,, -1и„|

и

-.- Cos((ot+C|i) поступают на соответствующие входы времяимпульсного блока деления 10. На выходе времяимпульсного блока деления 10 присутствуют широтно-модулируемые импульсы, длительность которых пропорциональна отношению и, /и,2 т.е. каждому дискретному во времени отношению U(,j /U,2 соответствует определенная длительность импульса на входе блока 10. Далее широтномодулируемые импульсы с выхода блока 10 поступают на первьм вход элемента И 9, на второй вход которого поступают короткие импульсы с генератора 8, которые заполняют широтно-модулированные импульсы с вьгхода блока 10. В результате этого на выходе элемента И 9 всегда существуют пачки импульсов разного количества, поступающие на вход счетчика.7 импульсов, который подсчитывает их, начиная с момента 58 блока 11 будет положительная полу- волна напряжения. В результате этого на выходе блока 11 будут только положительные полуволны напряжений, которые обозначим как . Аналогично работает и блок 12, т.е. если с выхода интегратора 13 напряжение имеет положительную полуволну, то оно инвертируется и на выходе будет отрицательное напряже-: ние. Если сигнал с выхода интегратора 13 имеет отрицательную полуволну напряжения, то оно проходит без инвертирования на выход блока 12. Следовательно, на выходе блока 12 всегда будут только отрицательные полуволны напряжений, которые обозначим как И (2 Таким образом, на выходе блока 11 всегда будет модуль входного напряжения : | Bxi UM lUmSi(t н-ср)) , а на выходе блока 12 - модуль выражения интеграла от входного напряжения с учетом знака, т.е. y-Cos(cot + (j)) появления переднего фронта прямоугольного импульса с выхода блока 10 и кончая по его заднему фронту. Очевидно, что в момент окончания подсчета импульсов (в момент появления заднего фронта прямоугольного импуль са) счетчик 7 должен передать ик-формацию в дешифратор 6 то же время перейти в исходное состояние (т.е. обнулиться). Таким образом, чтобы счетчик импульсов 7 перешел в исходное состояние, необходимо выход блока 10 подключить на вход сброса (вход R обнуления счетчика импульсов 7). Подсчитав количество импульсов, счетчик 7 ставит в соответствии с длительностью i-ro широтно-модулированного импульса i-й двоичный код Выходы счетчика 7 соединены с входом де шифратора 6, вход которого в соответствии с i-M двоичным кодом счетчика управляет работой Соответствующих ключе 2-1, 2-2, ..., 2-п, включая тем самым 1-е эталонные резисторы из цепи эталонных резисторов (1-1. 1-2, ..., 1-п). Следовательно, каждому i-му двоичному коду соответству ет . определенный i-й резистор, эталонное значение которого подобрано в соответствии с выражением Т, yjliil- yjilD и.,„, и, Щ- n(} Для установки требуемого реального знака отношения Vgy./U в i-й момент времени, что позволяет устанавливать требуемый знак i-му эталон ному резистору 1-i, в устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника введены два блока формирования положительных и отрицательных знаков., Принцип действия блоков формирова ния отрицательного и положительного знаков основан на том, что при высоких уровнях напряжений на первых (левых на чертеже) выходах триггеров 16, принадлежащих соответственно блокам формирования положительного и отрицательного знаков, включается элемент И 17( в блоке 15, все остальные элементы И обоих блоков закрыты. Включение элемента И 17( приводит к тому, что на выходе элемента ШШ 18 того же блока появляется сигнал, который существует в интервале времени 0-t, в котором отношение UBX/UI имеет отрицательный знак. 1 84 поэтому сигнал с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на управление первого ключа 4. Следовательно, в интервале O-tj ключ 4 включен. При этом включается в цепь конвертор 3 отрицательного сопротивления и цепочка эталонных резисторов 1-1, 1-п оказьтается включенной в цепи нагрузки конвертора 3 отрицатель- ного сопротивления. В результате этого в указанном интервале времени формируются отрицательные значения эталонных резисторов. В интервале времени t.-t отношение Ug,/U, положительно. Высокие уровни с соответств тощих выходов триггеров 16 включают элемент И 17, в блоке 14, в результате чего на выходе элемента ИЛИ 18 того же блока появляется си1- нал, крторьй включает ключ 5 (при этом ключ 4 выключается). В интервале времени эталонные резисторы 1-1, 1-2, ..., 1-п подключены непосредственно к выводам 19 и 20 и имеют присущие им положительные значения. Далее процесс повторяется, т.е. в интервале времени, когда напряжения И g,, и И положительные (или оба отрицательные) появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ 18 блока 14 формирования положительного знака, который включает ключ 5. В интервале времени, когда либо напряжение И,, либо принимает отрицательное значение, появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ 18 блока 15 формирования отрицательного знака, который включает ключ 4. Таким образом, как указывалось вьш1е, номиналы эталонных резисторов изменяются дискретно, с установкой соответствующего знака, определяемого отношением , . Подключение эталонных резисторов 1-1, ..., 1-п ко входу устройства (вьтоды 19 и 20) приводит к тому, что в этой ветви между выводами 19 и 20 формируется ток, изменяющийся rto закону, определяемому законом изменения номиналов эталонных резисторов во времени. В рассматриваемом случае ток определяется следующим образом. 1. Если в качестве блока 13 используется схема интегратора, то . иед К, 2 cos () , ,.. где К| - коэффициент (постоянная времени интегратора). пользуется схема дифференциатора, Т i . К, сои„ cos(cot+q), где К - коэффициент (постоянная времени дифференциатора). Сравнивая полученные вьфажения для тока в цепи двухполюсника с входным напряжением, видно, что в первом случае ток будет отставать от приложенного напряжения на угол и, следовательно, устройство будет моделировать свойства ивдуктивного элемента. Во втором случае ток будет опережать приложенное напряжение на угол /2. В этом случае устройство будет моделировать свойства емкостного элемента. Следовательно, эталонные резисторы , ..., , подключаемые к вход ным выводам 19 и 20 и принимакяцие как отрицательные, так и положитель ные значения, в зависимости от отно шения , определяют частотнозависимый двухполюсник. Рассматрива вопросы устойчивости и стабильности в рйботе, необходимо отметить, что 1-п принимают положительные значения, то вопроса о чувствительности и устойчивости устройства вообще не возникает, а когда эталонные резисторы принимают отрицательные значения, необходимо лишь удовлетворить условию, чтобы сопротивление эталонного i-ro резистора 1-i, которое является нагрузочным резистором конвертора отрицательного сопротивления 3, быпо больше внутреннего сопротивления источника входного напряжения, что не представляет особого труда в pea- лизации. Таким образом, в устройстве ток в ветви между вьшодами 19 и 20 искусственно задается дискретным изменением номиналов эталонных резисторов 1-1, ..., 1-п, изменяющихся по закону, определяемому отношением входного напряжения, например, к проинтегрированному входному напряжению, и практически строго очстает от приложенного напряжения на угол II, Это приводит к возможности получения высокой добротности практически на любых частотах и, что самое важное, на низких частотах.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМОГО ДВУХПОЛЮСНИКА, содержащее подключенные к входным . выводам управляемый преобразователь напряжение-ток и интегратор, о тличающееся тем, что, с целью повышения добротности и устойчивости устройства, оно содержит дешифратор, счетчик импулхзсов, генератор тактовых импульсов, элемент И, времяимпульсный блок деления, два блока вьщеления модуля и два блока формирования соответственно положительного и отрицательного знаков, каждый из которых содержит триггер, первый и второй элементы И и элемент ИЛИ, управляемый преобразователь напряжение-ток содержит конвертор отрицательного сопротивления, первый и второй ключи, ц эталонных резисторов и группу из И ключей, подсоединенных информационньми выводами параллельно соответствующим эталонным резисторам, которые включены последовательно,свободный вывод первого эталонного резистора подключен через последовательно включенные первый ключ и конвертор отрицательного сопротивления и через второй ключ к одному из выходнык выводов преобразователя, свободный вьшод ц-го эталонного резистора соединен с другим входным выводом преобразователя и с шиной нулевого потенциала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к выходам элементов ИЛИ соответственно блоков формирования отр1щательного и положительного знаков, входа элемента ИЛИ в каясдом из этих блоков подсоединены к выходам соответственно первого и второго элементов И, одни из входов которых соединены с выходами триггера формирования соответствующего СО знака, а другие - с выходами триггера блока формирования противоположного знака , управляющие входы П ключей группы управляемого преобразователя напряжение-ток подклочены к соответствующим выходам дешифратора, подсоединённого входами к соответX) ствумщим выходам счетчика импульсов« информационный вход которого под:л М) ключен к выходу элемента И, один их входов элемента И соединен с сд X) выходом генератора тактовых импульсов, а его другой вход подключен к входу сброса счетчика импульсов и к выходу времяимпульсного блока деления, входа которого подсоединены к вь ходам соответ ств;пощих блоков воделения модуля, вход одного из блоков вьщеления модуля соединен с входом интегратора и с входом триггера блока формирования положительного знака, а вход другого - с выходом интегратора и с входом триггера блока формирования отрицательного знака.