Блок управляемой проводимости Советский патент 1987 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к вычислительной информационно-измерительной технике, радиотехнике и может быть использовано, в частности, в цифровых мостах, в кодоуправляемых мерах электрической проводимости (импеданса), в.устройствах формирования динамических проводимостей (импедан- сов), в перестраиваемых активных фильтрах и т.д.

Целью изобретения является расширение диапазона изменения проводимости.

На фиг.1 приведена общая структурная схема блока; на фиг.2 - схема одного из ее частных вариантов.

Блок управляемой проводимости (фиг.1) содержит внешние информационные вьшоды 1 и 2 блока, повторитель напряжения 3, умножающий цифро- аналоговый преобразователь (УЦАП) 4, масштабный алгебраический сумматор 5 имеющий первый вход 6 и второй вход 7, токозадающий резистор 8, шифратор 9,.цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10.

Блок (фиг.1) работает следующим образом.

Входное напряжение Ugy прикладывается между клеммами 1 и 2. При этом в цепи (входной) возникает ток 1,, , который лротекает через токозадающий резистор 8 и замыкается на ширину нулевого потенциала через внутреннее сопротивление выходного операционного усилителя (ОУ) масштабного алгебраического сумматора 5.

Выражение для входного тока имеет вид

. Ugx-

Ux57 -

R

8

- и,),

где Uy - напряжение на выходе сумматора 5,

Для УЦАП 4 можно записать Ug(,i(t.4 ц -.вх. 4 некоторый безразмерный коэффициент, знак.которого может быть как положительным, так и отрицательным; q - числовой эквивалент входного цифрового кода ЦАП а q f(q),

С учетом введенных обозначений, например, при К(, -1 иК-, 0

К

в

4 Я (1

К4Ч)

5

0

5

5

0

Эквивалентная проводимость между клеммами 1 и 2

G.,i 1вх/и х Ggd + )

В зависимости от значения К, а также вида функций f(q), можно получать различные характеристики преобразования кода в проводимость. Проводимость резистора Gg выступает в качестве масштабного коэффициента. Изменяя значение проводимости G, можно смещать диапазон выходных проводимостей преобразователя G в сторону больших и малых значений.

При использовании широко распространенных двоичных умножающих ЦАП с числом разрядов входного кода N ; К. i 2 (знак - относится к ЦАП с инверсией входного напряжения, что соответствует варианту, показанному на фиг,1; допускается также использовать ЦАП без инверсии) десятичный эквивалент N-разрядного двоичного кода лежит в пределах

О q

,

. -N

0

При выборе К ф, -2

(т,е, шифратор 9 осуществляет инверсию входного цифрового кода q) можно записать

-о

-М „-N

-И

G,Gg(1-q2 )G8(q2- -2-)Ge.q-2 «

Погрешность приближения при больших q достаточно мала, но и ее можно исключить, если использовать преобразователь входного кода в дополнительный (а не в инверсный).

Возможен и другой способ - включение между входом (U) и выходом (1) ДАЛ 10 резистора сопротивлением

Таким образом, при назван И

R

П

5 .2 ния

ных условиях преобразователь позволяет осуществить линейное преобразование цифрового кода q в проводимость

теоретически от нуля до значеG«-(l-2 ).

При К -2 ;

К

i

q

q (

т,е,

входной код передается без изменения что равносильно отсутствию щифрато- ра 9)

Gg(1-q.2),

т,е, получают линейный преобразователь кода в проводимость со смещенным нулем и отрицательным коэффици- ентом преобразования. В рассмотренных случаях выбор позволяет реализовать эквивалентную отрицательную проводимость

При К 2 (ЦДЛ 4 без инверсии знака напряжения); К -1; q q получаем нелинейный преобразователь кода в проводимость (преобразователь узкого диапазона со смещенным ну- л ем)

Gti Ged + q.2-)

Значение G изменяется приблизительно в два раза при изменении десятичного зквивалента входного кода в пределах О q 2. , что позволяет получить малую дискретност установки

В частном варианте блока управля- емой проводимости, приведенном на фиг,2, позиции 1-4 и 8-10 (за исключением отсутствующего шифратора 9) соответствуют позициям на общей струтурной схеме фиг,1. Позицией 5 обо- значен не масштабный алгебраический сумматор 5 в целом, а входящий в его состав операционньй усилитель (ОУ), позициями.6 и 7 обозначены масштабные резисторы, соответствую- щие на фиг.1 входам 6 и 7. Схема фиг.2 содержит также масштабные резисторы 11 и 12.

Блок управляемой проводимости (фиг.2) работает следующим образом.

Входное напряжение U прикладывается между выводами 1 и 2, При этом в цепи 1-2 возникает ток 1рх t который протекает через токозадаю- щий резистор 8 и замыкается на шину нулевого потенциала через внутреннее сопротивление ОУ 5.

При анализе схем с решающими усилителями на ОУ традиционными являются, следующие допущения: входно е сопротивление и коэффициент усиления ОУ стремятся к бесконечности, входные токи и ЭДС смещения отсутствуют Поскольку все ОУ в данной схеме охвачены глубокими отрицательными обратными связями по напряжению, то их эквивалентные выходные сопротивления можно принять близкими к нулю.

с учетом сделанных допущений можно записать выражение для входного тока, аналогичное выражению для схемы блока на фиг.1:

. UBK - и „ f. . ч ву R GgtUgx - Uj),

где Uj - напряжение на выходе ОУ 5.

Введем следующие обозначения:

. Tf -

;- , Л - -- -

чг

V - , V

R:, 2 -

Для ЦАП 4 можно записать Us,,4 K -q-Ug, ,

где К4 - безразмерный коэффициент, знак которого может быть как положтельным, так и отрицательным

q - числовой эквивалент входног управляющего кода.

Для распространенного варианта умножающего, ЦАП с прямым двоичньи N-разрядным кодом О q 2 -1; К 4 1 2 (знак - соответствует ЦАП с инверсией, вариант которого показан на фиг.2).

С учетом введенных обозначений

ig UexO + Ki)K2 + UBX-K q X 41 -«- K,)(l - K)

G

10

6x

Ci - (1 - (1 -b K,)K,- K.q-(l -I- K)(1 - K)

Эквивалентная проводимость между вьш одами 1 и 2

G,, oi; K-q-(l + Kj(1 - К)

В зависимости от значений безразмерных коэффициентов К4,К,К2 можно получить различные виды функций преобразования кода в проводимость. При этом проводимость токозадайщего резистора выступает в качестве масштабного коэффициента, имеющего размерность. Изменяя значение проводи- ... мости G, можно смещать диапазон выходных значений блока в сторону больших или малых значений. В частности можно реализовать микроэлектронный преобразователь кода в проводимость, максимальное значение которой будет достигать 0,1 Ом и более (менее 10 Ом).

В выражение для вхйдят абсолютные значения сопротивлений , а входят лишь безразмерные коэффициенты, характеризующие отношения этих величин. Стабильность отношения сопротивлений обеспечивается по микроэлектронной технологии значительно проще, чем стабильность базовых номиналов (абсолютных значений сопротивлений).

При К 12 ; Ki 1 ; Кг 0,5 (что означает R в R7; Re R) получаем

G,,, iGq-2- ,

5 .

т.е. в преобразователе реализована прямо пропорциональная зависимость эквивалентной проводимости G,2 числовому эквиваленту входного цифрового кода (знак + в последнем выражении относится к ЦАП с инверсией, .что соответствует фиг„2).

При К4 К 1,5; К 0,6 (что означает Rg 1,5 R7; Rg 1,5 Rj) получаем

G,, G, (q.2- -0,5),

т.е. блок позволяет осуществить линейное биквадратное преобразование входного цифрового кода в пройоди- мость, При условии О q 2 зна эквивалентной проводимости G,2 отрицательный, при 2 q 4 знак положительный. При К4 2- ; Ki 1/2; (что означает Rt 0 5-R7; 0,5 R) получаем

&;,,, -G,,/(0,5 - q-r)

В двух последних случаях можно использовать представление входной Цифровой информации в различных мофикациях двоичного кода (прямом, смщенном, дополнительном , обратном и т.д.).

При выборе других значений К и К можно получить иные виды функци преобразования и различные диапазоны изменения выходной проводимости

2 -1

Kj 1/ RS

08496

(эквивалентной проводимости ) блока. В частности , можно построить преобразователь кода в сопротивление с обратной зависимостью эквивалентного сопротивления цифрового кода.

4,2

от входного

5

0

5

0

35

Формула изобретения

Блок управляемой проводимости, содержащий повторитель напряжения, токозадающий резистор, один из выводов которого подключен к первому внешнему информационному вьгеоду блока и к входу повторителя напряжения, и масштабный алгебраический сумматор выход и первый вход которого подключены соответственно к свободному выводу токозадающего резистора и к выходу умножителя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения проводимости, он дополнительно .содержит шифратор, а умножитель в нем выполнен в виде умножающего цифроанало- гового преобразователя, аналоговый информационный вход которого соединен с выходом повторителя напряжения,а цифровой вход подключен через шифратор к управляющему входу блока,второй вход масштабного алгебраического сумматора и второй внешний информационный вывод блика соединены соответственно с выходом повторителя напряжения и с шиной нулевого потенциала.

Ч ВНИИПИ Заказ 1899/47

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2

Тираж 673

Подписное

Изобретение относится к области вычислительной, информационно-измерительной техники, радиотехники и может быть использовано, в частности, в цифровых мостах постоянного и переменного тока, в кодоуправляемых мерах электрического сопротивления (импеданса), в устройствах для моделирования динамических сигналов сопротивления и проводимости и т.д. Целью изобретения является расширение диапазона изменения проводимости. Блок управляемой проводимости содержит внешние информационные выводы 1 и 2, повторитель напряжения 3, умножающий цифроаналоговый преобразователь 4, масштабный алгебраический сумматор 5, имеющий первый вход 6 и второй вход 7, токозадающий резистор 8, шифратор 9. Поставленная цель достигнута благодаря введению в блок шифратора, выполнению умножителя в виде умножающего цифроана- логового преобразователя и новым связям между -составными элементами. 2 ил. S (Л со )п-А. О 00 4 СО Шш.у (jDue.f