Времяимпульсное множительно-делительное устройство Советский патент 1986 года по МПК G06G7/161 

Изобретение относится к вычислиельной технике и может быть испольовано при проектировании времяим- ульсных вычислительных устройств,

истем управления и регулирования,и нформационно-измерительных систем.

Известны устройства для выполнения операций умножения, содержащие мпульсные делители напряжения,сглаивающий усилитель и замкнутый ши- ротно-импульсный модулятор.

Недостатками таких устройств являются низкое быстродействие, а также ограниченные функциональные возмолс- ности. Недостатки устройств устраняются в различных мостовых времяим- пульсных вычислительных устройствах.

Наиб-олее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее урановешенный мост, в каждое плечо которого включены управляемые проводимости, управляющие входы которых являются информационными входами устройства,ши- ротно-импульсный модулятор, выход которого является выходом устройства и подключен к одному из управляющих входов второй управляемой проводимости, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первой вершине уравновешенного моста,ззторая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, и запоминающий конденсатор.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие,связанное с необходимостью фильтрации импульсных потоков, проводимые линей- ным фильтром апериодическим звеном первого порядка. Приближенно молдао сказать, что величина пульсаций на- тгряжения на конденсаторах определяет точность преобразования. Для. получения точности 1% необходима постоянная времени для RC-фильтра перзого порядка, равная 100 периодам широт- но-нмпульсного сигнала, для точнос- ти 0,1% - тглсяча периодов и т.д.

Целью изобретения является повьше- ние быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что, в множительно-делительное устройство , содержащее умножающий уравновешенный мост, в каждое плечо которого включены управляемые проводимости , управляющие входы которых являются информационными входами устройства, широтно-импульсный модулятор.

выход которого является выходом устройства и подключен к одному из управляющих входов второй управляемой проводимости, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первой вершине умножающего уравновешенного моста, вторая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, и запоминаюЕгий конденсатор, одна обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, введены два ключа, интегратор, последовательно соединенные первый повторитель и первый токозадающий резистор, последовательно соединенные второй повторитель, инвертор и второй токозадающий резистор, последовательно соединенные генератор синхроимпульсов,формирователь импульсов 5 триггер, входы повторителей подктаочены соответственно к третьей и четвертой вершинам умножаюш,его уравновешенного моста, вторые выводы токозадающих резисторов объединены и подключены к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к информационному входу второго ключа и к другой обкладке запоминающего конденсатора, выход второго, ключа подключен к информационному входу широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов, прямой выход триггера подключен к управляющему входу первого ключа, а инверсный выход триггера подкхиочен к управляющему входу второго ключа.

На чертеже представлена функциональная схема времяимпульсного мно- жительно-делителы-юго устройства.

Устройство состоит из уравновешенного моста, плечи которого содержат управляемые проводимости 1, 2, 3 и А.

(P5,, r.Qj, Прд) с вершинами a,,.f,a, управлягапрле входы которых являются информационн 1ми входами устройства, кшротко-и;мпульсный модулятор (ШИМ.) 5, выход которого являет,ся выходом устройства, соединенным как минимум с одним управляющим входом второй управляемой проводимости, источник б опорного напряжения, выход которого подключен к первой

вершине уравновешенного моста, вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, третья и четвертая вершины уравновешенного моста coeдIiнeны соответственно через пов

31

торнтель 7, токозадаюпщй резистор 8 и через второй повторитель 9,инвертор 10и тркозадающий резистор 11 с информационным входом ключа 12, выход которого через последователь- но соединенные ключ 13 и интегратор 14 соединен с первым входом ШИМ 5 второй вход которого подключен к выходу генератора 15 синхроимпульсов и к входу формирователя 16 импульсов, при этом выход формирователя 16 импульсов соединен со счетным входом триггера, 17, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с управляющими входами ключей 12 и 13, а запоминающий конденсатор J8 подключен между точкой соединения ключей 12 и 13 и общей шиной.

Сущность изобретения заключается в том, что процесс преобразования ШШ-сигналов производится циклически за два периода ШИМ-сигнала в каждом цикле. В первом периоде производится определение разности средних значени (за период ШИМ-сигнала) напряжений третьей и четвертой вершин уравновешенного моста и запоминание ее значения,которое во втором периоде интегрируется и преобразуется в приращения относительной длительности вы- ходных импульсов. Число циклов до достижения установившегося режима определяет длительность переходного процесса (быстродействие) , минимальное значение которого - один цикл (два периода ШИМ-сигнала) может быть достигнуто в предлагаемом устройстве для отдельных случаев.

Времяимпульсное множительно-дели- тельное устройство работает следую- щим образом.

В установившемся режиме для мостовых времяимпульсных устройств выполняется условие

.

.,,

где 0, ©2

Q , Q - относительные длитель ности ШИМ-сигналов. Это условие выполняется только в случае равенства средних значений напряжений в третьей и четвертой вершинах т.е. U или U}cp 0; формируется с помощью повторителя 9 и инвертора 10. Причем повторители 7 и 9 выполняют роль развязки между изменяющимися выходными сопротивлениями плеча уравновешенного моста

24

и остальной частью схемы. В простых случаях повторитель 7 и резистор 8 могут отсутствовать.

Ключи 12 и 13 работают в проти- вофазе от триггера 17, изменяющего свое состояние каждый период ШИМ-сиг- нала от генератора 15 синхроимпульсов через формирователь 16 импульсов. Если, например, генератор 15 синхроимпульсов используется треугольной, пилообразной, синусоидальной и т.д. формы, а триггер 17 - на потенциаль-, ных элементах, то формирователь импульсов может быть выполнен как компаратор.

Предположим, в первьш период ШИМ- сигнала ключ 12 замкнут, а ключ 13

разомкнут. Б.конце периода (t;, Т) на запоминающем конденсаторе 18 вьще- ляется напряжение, равное разности

Uc, 5 (u.,- и,,р) (1 - +

+ и , при R8 R11,

где « - постоянная времени зарядной цепи R8 C .18/2; Т - период ШИМ-сигнала; с:о напряжение на конденсаторе

в предыдущий период. В установившемся режиме U. О, так как

Во втором периоде ключ 12 размыкается, ключ 13 замыкается и запоминающий конденсатор 18 подключается к входу интегратора 14, чем изменяется его выходное напряжение Пи.При использовании генератора синхроимпульсов с линейным изменением сигнала (треугольной или пилообразной формы)

UH. к,0, ,

где К - коэффициент пропорциональности;

и - напряжение во втором периоде ШИМ-сигнала (t tO;T)

UH, -Uc, t. + U,,

2

L - постоянная времени разря

л

да конденсатора 18; 1 - постоянная времени интегратора;и,, - напряжение на выходе инrj 7

тегратора в предыдущий период ШИМ-сигнала.

Из уравнений для U и U для

скачкообразного изменения входного сигнала в , Q или Q/ можно определить параметры схемы Т Т для достижения максимального быстродействия во второй период ШИМ-сигна- ла Это положение справедливо для многих типов устройств. В общем случае эквивалентная передаточная функция представляется колебательным зве-tO опорного -напряжения, выход которого

ном

W,(p)

где Kg - эквивалентньм коэффициент

передачи; Т - эквивалентная постоянная

времени; g параметр колебательности;

р - оператор.

Уровень пульсации сигнала U или 0 в установившемся режиме при идеальных ключах и операционных усилителях равен нулю.

В частном случае при использовании источника опорного напряжения двух знаков повторители 7 и 9, резистор 8 и входной.резистор инвертора 10 могут отсутствовать. Но в зтом случае требования к колебаниям напряжений обоих знаков предьяв- ляются значительно более жесткие.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении быстродействия мостовых времяимпульсных устройств. При выполнении в частном случае операции умножения может быть получен повьшение быстродействия в 10-1000раз-в зависимости от требуемой точности и независимо от скважности входных сигналов. Формула изобретения

Времяимпульсное множительно-делительное устройство, содержащее умноРедактор И.Рыбченко

Составитель Т.Сапунова Техред М.ХоданиЧк

Заказ 6669/44 Тираж 671Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР . . по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. , д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,

жающий уравновешенный мост,в каждое плечо которого включены управляемые

.проводимости, управляющие входы которых являютс н информационными входами устройства, широтно-импульсный модулятор , выход которого является выходом устройства и подключен к одному из управляющих входов второй

- управляемой проводимости, источник

подключен к первой вершине умножающего уравновешенного моста, вторая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, и запоминающий

конденсатор, одна обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью пoБьmIeIiия быстродействия, в него введены два ключа, интегратор, последовательно соединенные первый повторитель и первый токоза- Дающий резистор, последовательно соединенные второй повторитель, инвертор и второй токозадающий резистор,

последовательно соединенные генера- тор синхроимпульсов, формирователь импульсов, триггер, входы повторителей подключены соответственно к третьей и четвертой верашнам умножающего уравновешенного моста,вторые выводы токозадающих резисторов объединены и подключены к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к информационному входу второго ключа и к другой об- 1шадке запоминающего конденсатора, выход второго ключа подключен к вхо- ду интегратора, выход которого подключен к информационному входу широт- но-импульсного модулятора,управляющий вход которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов, прямой выход триггера подключен к управляющему входу первого ключа,, а ин версный выход триггера подключен к управляющему входу второго ключа.

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при проектировании времяимпуль- сных вычислительных устройств, систем управления и регулирования и информационно-измерительных систем. Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в множительно-дели- тельное устройство, содержащее умножающий уравновешенный мост, в каждое 01 Uenr плечо которого включены управляющие проводимости 1, 2, 3 и 4, широтно- импульсный модулятор 5, источник опор ного напряжения 6 и запоминающий конденсатор 18, введены два ключа 12 и 13, интегратор 14, последовательно соединенные первый повторитель 7 и первый токозадающий резистор В, последовательно соединенные второй повторитель 9, инвертор 10 и второй токозадающий резистор 11,последовательно соединенные генератор синхроимпульсов 15, формирователь импульсов 16, триггер 17. Сущность изобретения заключается в том, что процесс преобразования Ш1Ф1-сигналов производится циклически за два периода ШИМ-сиг- нала в каждом цикле. В первом периоде производится определение разности средних значений (за период ШИМ- сигнала) напряжений третьей и четвертой верщин уравновешенного моста и запоминание ее значения, которое во втором периоде интегрируется и преобразуется в приращения относительной длительности выходных импульсов . 1 ил. I (Л й (ЧС 8 - % °lh i fljm.ip