Квадратор Советский патент 1986 года по МПК G06G7/20 

N5

05

ю ел

ГС

Иаобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, тре бующих квадратичное преобразование. Цель изобретения - повышение точности. На фиг. 1 приведена структурная схема квадратора; на фиг, 2 - схема генератора управляющих сигналов; на фиг, 3 - временные диаграммы работы квадратора. Квадратор содержит входной переключатель 1, терморезонансньй преобразователь 2 напрйжение - частота преобразователь 3 кода в широтно-импульсный сигнал, деп.ератор 4 опорной частоты, блок 5 вычитания частот формирователь 6 импульсов, делитель 7 частоты на два, три ключа 8-10, три счетчика 11-13, генератор 14 управляющих сигналов, содержащий генератор 15 образцовой частоты, элемент И. 16, два триггера 17 и 18, два счетчика 19-20 образцовой частоты, три-ключа 21-23, формирователь 24 строба, информационный вход 25 квад ратора, вход 26 запуска квадратора. Устройство работает следующим об разом. Возведение входной величины в квадраты ос1тцествляется в три такта. Началом первого такта является сигнал с входа запуска 26 квадратора, инициирующий начало цикла работы, который устанавливает в нулево состояние счетчики 11-13, 19 и 20, а также триггер 17. Сигнал с прямого выхода триггера 17 поступает на информационньй вход первого ключа 2 генератора управляющих импульсов, ра решая прохождение на счетный вход счетчика 19 сигнала с выхода генера. тора 15 образцовой частоты. С выхода счетчика 19, выполняющего -роль делителя частоты, сигнал поступает на вход триггера 18, работающего в р жиме деления частоты на два, на прямом и инверсном выходах которого по.является напряжение вида меандр с длительностью полуволны, равной t. (фиг.З, диаграммы 6 и г ). С инверсного выхода триггера 18 этот сигнал поступает на счетный вход двоичного счетчика 20, Напряжение с выходовQ и а триггера 18, а также с выходов 0.1 первого к0.2 второго разрядов счё чика 20 используются для управления элемента И 16 и ключами- 22 и 23 ген ратора управляющих сигналов. Схема построена таким образом, что на выходе элемента И 16, спустя промежуток времени tуст (равньй t;.,/ ) после начала первого такта, появляется положительный импульс с длительностью равной На выходах ключей 22 и 23 такие же импульсы возникают спустя промежутки времени от. после начала второго и третьего тактов соответственно (фиг.З, диаграммы TIC , -j ,, w) Напряжения с выходов элементов 16, 22 и 23 управляют соответственно работой первого 8, второго 9 и третьего 10 ключей. Таким образом, в течение первого такта ключи 9 и 10 остаются закрытыми и следовательно, содержимое второго счетчика 12 в тйчение всего первого такта остается равным нулю. Нулевой код с выхода второго счетчика 12 поступает на преобразователь 3 кода в широтно-импульсный сигнал, который вырабаты- вает на своем выходе последовательность импульсов, частота повторения и амплитуда которых стабилизированы, а длительность пропорциональна коду, поступающему с выхода второго счетчика 12. При нулевом коде на выходе счетчика 12 длительность выходных: импульсов преобразователя 3 кода в широтно-импульсный сигнал равна нулю, т.е. его выходное напряжение равно нулю. Входной переключатель 1 управляется напряжением с выхода О 1 счетчика 20. Как видно из временной диаграммы (фиг.З, диаграмма 3 ) в течение первого и третьего тактов входной переключатель 1 находится в,положении 2, а в течение второго такта - в положении 1. Следовательно, в течение всего первого такта на первый нагреватель терморезонансного преобразователя 2 напряжение-частота поступает нулевое напряжение с выхода преобразователя 3 кода в широтно-импульсньй сигнал. Терморезонансный преобразователь 2 напряжение - частота является входным звеном закклу- той системы автоматического регулирования, которая содержит блоки 2, 4, 5 и 6 и работает следующим образом, Блок 5 вычитания частот, являющийся различающим элементом системы регулирования, вырабатывает последовательность импульсов с частотой следо.вания, равной разности частот сигналов, поступаюпщх с выходов генератора 4 опорной частоты и терморезонансного преобразователя 2 напряжение - частота, С выхода данная после довательность импульсов поступает на вход формирователя 6 импульсов, который вырабатывает на своем выходе последовательность импульсов, частота следования которых равна частоте следования импульсов на его входе, а амплитуда и длительность стабилизированы, С выхода формирователя 6 импульсов сигнал поступает на второй информационный вход терморезонансног преобразователя 2 напряжение - частота, замыкая тем самым цепь отрицательной обратной связи. Увеличение среднеквадратического значения сигнала, поступающего на первьй информационный вход терморезонансного преобразователя 2 напряжение - часто та приводит к увеличению частоты сигнала на его выходе и соответствующему уменьшению частоты следования импульсов на выходе блока 5 вьгчитания частот. Следовательно, уменьшается частота следования и соответственно среднеквадратическое значение импульсов обратной связи, поступающих на второй информационный вход терморезонансного преобразователя 2 напряжение - частота, поддерживается постоянной с точностью до погрешности статизма система регулирования. Частота на выходе замкнутой системы автоматического регулирования опре деляется выражением г г 5 о 1 где и - входное напряжение. {, - частота на выходе устройств {д - значение при , К,К - коэффициенты преобразования терморезонансного преобразователя напряжение - часто та по первому и второму информационным входам, соответственно, р - коэффициент передачи форми рователя 6 импульсов. Спустя промежуток времени t течение которого происходит переход ньй процесс в системе автоматическо регулирования, ключ 8 открывается н время t сц за которое на первьй сче чИк 11 поступает с выхода формирователя 6 импульсов число импульсов, равное N f t 1 о -сч . и на этом первьй такт работы устройства заканчивается. Во втором такте под воздействием напряжения с выхода счетчика 20 входной переключатель 1 устанавливается в положение 1. На первый информационньй вход терморезонансного преобразователя 2 напряжение - частота поступает напряжение с входа устройства. Одновременно отрицательный переход напряжения на выходе элемента И 16 запускает одновибратор 24. Импульс с выхода формирователя строба 24 поступает на входы управления второго 12 и третьего 13 счетчиков и переводит эти счетчики в режим, параллельньй записи информации. На входы параллельной записи второго счетчика 13 подается информация с соответствующих выходов первого сче:тчика 11. Вход параллельной записи первого разряда счетчика 13 соединен с выходом второго разряда первого счетчика 11, вход параллельной записи второго разряда счетчика 13 соединен с выходом третьего разряда счетчика 11 и т.д. Таким образом осуществляется аппаратньй сдвиг содержимого первого счетчика 11 на один разряд, равносильньй делению этого содержимого на два. В результате по окончанию импульса на выходе формирователя 24 строба во втором счетчике 12 зафиксировано число N , а в третьем счетчике 13 - число N /2,. После окончания переходного процесса в замкнутой системе автоматического регулирования, содержащей блоки 2,4,5,6, на выходе формирова еля 6 импульсов устанавливается частота, равная, с учетом выражения (1), { f -KjUY{U,)U, где К - номинальное значение коэффи циента преобразования устройства; - относительная погрешность коэффициента-преобразования известного устройства, вызванная изменениями сопротивлений нагревателей терморезонансного преобразователя 2 или другими причи нами. По окончанию переходного процесса через времяtj, после начала второго такта на выходе ключа 22 появляется импульс длительностью t,.ч Под воздействием этого импульса открывается третий ключ 9 и на входы вычитания второго 12 и третьего 13 счетчиков поступает частЬта с выхода формирователя 6 импульсов. По окончании вре мени t во втором 12 и третьем 13 счетчиках окажутся соответственно зафиксированными следующие числа: N, N,-,t,,{Vf.KjUy(U,nu;}t,, K,f.Y(,, f7), lN,,W{Y-V H i-T(u,nuj}{,,-p{ -Kjuy(u,)u;}t,,. . (, Ha этом второй такт работы устрой ства заканчивается, В третьем такте под воздействием напряжения с выхода счетчика 20 вход ной переключатель 1 вновь устанавли вается в положение 1 и на первьй информадионньй вход терморезонансного преобразователя 2 напряжение - частота поступает напряжение с выхода преобразователя 3 кода в широтно-импульсный сигнал, на вход которого - поступает код с выхода второго счетчика 12, а на его выходе формируется широтно-импульсный (ШИМ) сигнал с длительностью импульса, пропорциональньш этому числу, Среднеквадратическое значение напряжения на выходе преобразователя 3 кода в широтно-импульсный сигнал имеет вид t- Т --и.„/{Г UonJfonJK, где и и 1 - амплитуда и частота ШИМ сигнала. Кг, - коэффициент преобразования 3 кода в широтно-импульсный сигнал, С учетом (2) выражение (4) приме вид . Kjuv{u,), Частота {„ амплитуда U ШИМ сигнала, а также коэффициент преобразования К преобразователя 3 кода в пшротно-импульсный сигнал произвольно и независимо друг от друга регули уются, В частности, они всегда могут ыть подобраны таким образом, чтобы ыполнялось равенство Uonlf.n t, . В этом случае выражение (5) примет ид , u./uTuvTu,. (в) После окончания переходного проесса в системе автоматического регуирования частота сигнала на выходе ормирователя импульсов установится. авной f,.r(ujju , или с учетом выражения (6) {,-Ео-КЛЬУ(и )( Как видно из выражения (6), среднеквадратическое значение напряжения и Б течение третьего такта близко по величине к среднеквадратическому значению входного напряжения устройCTBaUj( , Поэтому с точностью до малых величин второго порядкаможно считать равными и соответствующее этим напряжениям значения погрешностей коэффициента преобразования, т, е. y(UJ r(U/l. (8) Подставив (8) и (7),получим окончательно „ f,(U,)U/. После окончания переходного процесса на времяts4 открывается ключ 10 и сигнал f поступает на делитель 7 частоты на два, а с его выхода сигнал с частотой f /2 подается на вход сложения третьего счетчика 13, По окончании времени t;. в третьем счетчике зафиксируется число f tc.4-ф- J1.y(U,).|ьx ,).-.y(U,mli,, . f9) Задним фронтом импульса на вькоде ключа 23 триггер 17 переводится в состояние 1, Высокий потенциал с его выхода Q , поступая на вход ключа 21, запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 15 об разцовой частоты на вход счетчика 19. Цикл работы устройства на этом заканчивается. Формула изобретения Квадратор, содержащий генератор опорной частоты, терморезонансный преобразователь напряжение - частота первый информационный вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу блока вычитания частот, первый вход которого соединен с выходом генер тора опорной частоты, а второй вход соединен с выходом терморезонансного преобразователя напряжение - частота отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены входной переключатель, три счетчика, три ключа, делитель часто ты на два, преобразователь кода в широтно-импульсньй сигнал и генератор управляющих сигналов, содержащий импульсный генератор образцовой частоты, первый и второй триггеры, пер вый и второй счетчики импульсов образцовой частоты, первьш , второй и третий ключи, элемент И и формирователь строба, причем информационньй вход квадратора подключен к первому входу входного переключателя, второй вход которого подключен к вхо ду преобразователя кода в широтноимпульсный сигнал, а выход - к второму информационному входу терморезонансного преобразователя напряжение-частота, вход запуска квадратора соединен с входами начальной установ ки первого и второго триггеров, первого, второго и третьего счетчиков и первого и второго счетчиков импуль сов образцовой частоты, выход первого триггера подключен к управляющему входу первого ключа генератора управляющих сигналов, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов образцовой частоты, а выход соединен с счетным входом первого счетчика импульсов образ цовой частоты, подключенного выходом к счетному входу второго триггера. соединенного прямым выходом сосчётным входом второго счетчика импульсов образцовой частоты и с управляющими входаьш второго и третьего ключей генератора управляющих сигналов, а инверсньп-1 выходом - с первым входом элемента И, выход первого разряда второго счетчика импульсов образцовой частоты соединен с вторым входом элемента Н, информационным входом второго ключа генератора управляющих сигналов и с yпpaвляюшIiм входом входного переключателя, выход второго разряда второго счетчика импульсов образцовой частоты соединен с третьим входом элемента И и с информационным входом третьего ключа генератора упраапяющих импульсов, выход которого Соединен со счетным входом первого триггера и с управляющим входом третьего ключа, выход элемента И Подключен к входу формирователя строба, вьсход которого - соединен с входами разрешения записи второго и третьего счетчиков, выход второго ключа генератора управляюнц х импульсов соединен с управляющим входом второго ключа квадратора, информационные входы первогоf второго и третьего ключей квадратора подключены к выходу формирователя и fflyльcoв5 выход первого . ключа подключен к счетному входу первого счетчика, выход второго ключа подключен к счетным входам второго и третьего счетчиков, выход третьего ключа через делитель частоты на два подключен к счетному входу третьего счетчика, разрядные выходы первого счетчика подключены к соответствуюЩIiм I -м разрядным входам второго счетчика и к i+1-м разрядным входам третьего счетчика, разрядные выходы второго счетчика соединены с соответствующими цифровыми входами преобразователя кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с вторым информационным входом входного переключателя, первый информационный вход которого подключен к входу квадратора, разрядные выходы третьего счетчика являются выходами квадратора.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения повьшение точности. Для достижения поставленной цели в преобразователь введены входной переключатель, три счетчика, три ключа, делитель частоты на два, преобразователь кода в широтно-импульсный сигнал и генератор управляющих сигналов. Применение предлагаемого квадратора позволяет проводить, высокочастотные измерения за счет существенного снижения его погрешности, обусловленной изменением коэффициента преобразовас $3 ния терморезонансного преобразователя напряжение - частота. 3 ил. (Л