Многозонный развертывающий преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Цель изобретения - повышение надежности работы за счет обеспечения равномерности переключений релейных блоков.

На фиг. 1 приведена функциональная схема многозонного развертываюш,его превеличину порогов переключения релейных блоков 5i,...,5«.

При разомкнутом ключе 23 величина порогов переключения определяется соотношением масштабных резисторов 18-20 для всех релейных блоков составляет величи ну Во.

Величина сопротивления масштабного резистора 21 по мере увеличения числа релейных блоков уменьшается, поэтому при

ключения релейных блоков 5i,...,5n удовлетворит соотношению

В, причем

Во

В2

В,

Вз, I I Вп

15

Э., ементы имеют передаточную функцию

Т|Р

вида W(P) f pipjобразователя; на фиг. 2 - вариант выпол- Ю замкнутом cocтJЭЯHии ключa 23 пороги перенения релейного блока; на фиг. 3-7 - временные диаграммы сигналов.

Преобразователь содержит первый, второй и третий сумматоры 1-3, интегратор 4, релейные блоки 5i, 62, 5з,..., 5,,, дифференцирующие элементы 6i, 62, бз...,6„, демодуляторы 7, 72, 7з,...,7„, суммирующий счетчик 8, дещифратор нулевого состояния суммирующего счетчика 9, кольцевой счетчик 10, вход 11, выход 12, блок 13 нагрузки, катушки 14|...,14я индуктивности, ключи 15i,..., 15„, первая и вторая шины 16 и 17 питания блока нагрузки, первый, второй, третий и четвертый масштабные резисторы 18-21, токоограничительный резистор 22, ключ 23, выполненный на полевом транзисторе, операционный усилитель 24, информационный вход 25, вход 26 регулировки порога, выход 27, ишна 28 нулевого потенциала.

Па фиг. 3-7 обозначены:

25

x(t) Y,,(t)

Yp,(t)-Y,j{t)

Уд|(1)-Удз(1)-

YB|(t)-YB3(t),х(1)-

Y:.(t)QbQi, Q3Уд(1)сигнал на входе 11; выходной сигнал интегратора 4;

сигналы на выходе релейных блоков 51,...,5з соответственно;выходные сигналы дифференцирующих элементов б1,...,6з;

выходные сигналы демодуляторов 71,...,7з; сигнал на выходе 12; выходной сигнал третьего сумматора 3; выходные сигналы суммирующего счетчика 8; сигнал на выходе дешифратора нулевого состояния суммирующего счетчика 9;

YI (t), УЗ (t), У.ч (t)-выходные сигналы кольцевого счетчика 10; - «свободный уровень порогов переключения релейных блоков 5.1,...,5п;

CY ±Во

Постоянная времени дифференцирую- 20 1ДИХ элементов б1,...,6„ выбирается такой, чтобы обеспечить формирование на их выходе импульсов малой длительности (фиг. 56) синхронно с моментом изменения знака сигнала на выходе соответствующего релейного блока 5i,...,5n (фиг. 5а).

Демодуляторы 7i,...,7n служат для выпрямления выходньЕх импульсов дифференцирующих элементов 6|,...,6„ (фиг. 5в).

Суммирующий счетчик 8 (например, нереверсивный двоичный, работающий в режиме суммирования) преобразует выходные 30 импульсы третьего сумматора 3 в двоичный код (фиг. 3, в дальнейшем ограничиваются тремя разрядами суммирующего счетчика 8).

Дешифратор 9 нулевого состояния суми- мируюшего счетчика в простейшем случае представляет собой элемент m И-ПЕ, где ш - число разрядов суммирующего счетчика 8, и формирует на выходе сигнал «Лог. «1 при возврате счетчика 8 в состояние Qi Q2 .... Q,,, 0 (фиг. 3).

Кольцевой счетчик 10 осуществляет пре- 40 образование числа импульсов на информационном входе в кольцевой код, когда сигнал «Лог. «О последовательно переходит из предыдущего в последующие разряды, а число лог. «1 в счетчике равно п-1 (фиг. 4).

При наличии сигнала «Лог. «О на входе регулировки порога порог переключения релейного блока становится минимальным.

Принцип работы развертывающего преобразователя следующий.

Ограничимся рассмотрением , счи35

45

i/IV.rIlT.lJlA J J О«J.l,.,.,/,...jj-t.4.. i.....jjt«-..,i,4-,..11i r ,.„Mil

±BI, ±B2, ±Вз - пороги переключения ре-тая, что выходные сигналы релейных блолейных блоков 51,...,5з соответственно.

Сумматоры 1-3 имеют единичный коэффициент передачи.

Релейные блоки 5|,...,5„ имеют симметричную относительно нуля неинвертирующую петлю гистерезиса. Уровень сигналов на входах регулировки порога 26 определяет

55

ков 5|,...,5з изменяются в пределах ±А/п ±А/3, а максимальный сигнал на выходе 12 равен ±А. Полагаем, что в момент времени t: О сигналы на выходе релейных блоков 5,...з равны А/3 (фиг. 5д,е,ж). Под действием сигнала с выхода 12 (фиг. 5з) сигнал на выходе интегратора 4 нарастает в отрицательном направлении и влечет за совеличину порогов переключения релейных блоков 5i,...,5«.

При разомкнутом ключе 23 величина порогов переключения определяется соотношением масштабных резисторов 18-20 для всех релейных блоков составляет величину Во.

Величина сопротивления масштабного резистора 21 по мере увеличения числа релейных блоков уменьшается, поэтому при

замкнутом cocтJЭЯHии ключa 23 пороги переключения релейных блоков 5i,...,5n удовлетворит соотношению

В, причем

Во

В2

В,

Вз, I I Вп

5

Э., ементы имеют передаточную функцию

Т|Р

вида W(P) f pipjзамкнутом cocтJЭЯHии ключa 23 пороги пере5

Постоянная времени дифференцирую- 0 1ДИХ элементов б1,...,6„ выбирается такой, чтобы обеспечить формирование на их выходе импульсов малой длительности (фиг. 56) синхронно с моментом изменения знака сигнала на выходе соответствующего релейного блока 5i,...,5n (фиг. 5а).

Демодуляторы 7i,...,7n служат для выпрямления выходньЕх импульсов дифференцирующих элементов 6|,...,6„ (фиг. 5в).

Суммирующий счетчик 8 (например, нереверсивный двоичный, работающий в режиме суммирования) преобразует выходные 0 импульсы третьего сумматора 3 в двоичный код (фиг. 3, в дальнейшем ограничиваются тремя разрядами суммирующего счетчика 8).

Дешифратор 9 нулевого состояния суми- мируюшего счетчика в простейшем случае представляет собой элемент m И-ПЕ, где ш - число разрядов суммирующего счетчика 8, и формирует на выходе сигнал «Лог. «1 при возврате счетчика 8 в состояние Qi Q2 .... Q,,, 0 (фиг. 3).

Кольцевой счетчик 10 осуществляет пре- 0 образование числа импульсов на информационном входе в кольцевой код, когда сигнал «Лог. «О последовательно переходит из предыдущего в последующие разряды, а число лог. «1 в счетчике равно п-1 (фиг. 4).

При наличии сигнала «Лог. «О на входе регулировки порога порог переключения релейного блока становится минимальным.

Принцип работы развертывающего преобразователя следующий.

Ограничимся рассмотрением , счи5

5

...jj-t.4.. i.....jjt«-..,i,4-,..11i r ,.„Mil

тая, что выходные сигналы релейных бло5

ков 5|,...,5з изменяются в пределах ±А/п ±А/3, а максимальный сигнал на выходе 12 равен ±А. Полагаем, что в момент времени t: О сигналы на выходе релейных блоков 5,...з равны А/3 (фиг. 5д,е,ж). Под действием сигнала с выхода 12 (фиг. 5з) сигнал на выходе интегратора 4 нарастает в отрицательном направлении и влечет за собой последовательное переключение релейных блоков 5|, 52 (фиг. 5 г, д, е). В результате меняется полярность напряжения на выходе 12 (фиг. 5 г, д, е). В результате меняется полярность напряжения на выходе 12 (фиг. 5 з) и сигнал в на выходе интегратора 4 нарастает в положительном направлении до момента времени срабатывания релейного блока 5| (фиг. 5 г, д). На этом переходной процесс заканчивается, релейный блок 5i находится в режиме переключений, а релейные блоки Sg, 63 - в статических и противоположных по знаку состояниях (фиг. 5 г-ж). Среднее за период автоколебаний значение импульсов на выходе 12 равно нулю (фиг. 5 з). Наличие сигнала на входе 11 (фиг. 5 г), удовлетворяющего условию

X(t) 1 I А/3 1(2)

приводит к изменению производной выходного сигнала интегратора 4. В один из «полупериодов автоколебаний темп изменения выходного напряжения интегратора 4 определяется суммой сигналов на входах первого сумматора 1, а в другой полупериод зависит от разности этих сигналов (фиг. 5 г, з). В результате постоянная составляющая импульсов на выходе 12 достигает величины, пропорциональной уровню входного воздействия.

В момент времени ti (фиг. 6 а), когда

I X(t) 1 I А/3 1,(3)

под действием выходного сигнала интегратора 4 (фиг. 6 б) происходит переориентация релейного блока 52 (фиг. b б, г, момент времени t2) в состояние, аналогичное состоянию релейного блока 5.з (фиг. 6 д), и происходит переход во вторую модуляционную зону (фиг. 6 е).

В дальнейшем по мере роста сигнала на входе И (фиг. 6 а) увеличивается скважность импульсов на выходе релейного блока 5i (фиг. 6 б, в), что приводит к соответствующему изменению длительности импульсов на выходе 12 (фиг. 6 е) и росту полезной составляющей этого сигнала.

Рассмотрим работу с учетом введенных блоков.

Параметры релейных блоков 5:,...,5з подобраны так, что при нулевом значении сигнала на входах регулировки порога величина порогов переключения составляет ±Во, а при наличии сигнала «Лог. «1, когда ключ 23 замкнут (фиг. 2), выполняется условие

I В, I 1 В2 I |Вз (4)

причем

1 Во I I В, |.

Считаем, что в момент времени to (фиг. 7а) сигнал на входе регулировки порога (фиг. 7 к) равен нулю, и порог переключения ±Bi релейного блока 5i занимает свободный уровень СУ Во (фиг. 7 а), что приводит к выполнению соотнощения

I В, I I В2 I I Вз |.(5)

0

В этом случае в режиме автоколебаний находится релейный блок 5: (фиг. 7 б), а релейные блоки 5 (фиг. 7 в) и 5з (фиг. 7 г) функционируют в статическом состоянии.

Суммирующий счетчик 8 осуществляет счет импульсов с выхода третьего сумматора 3 (фиг. 7 з), которые формируются с помощью дифференцирующего элемента 6| и демодулятора 7 (фиг. 7 д).

При формировании в суммирующем счет0 чике 8 числа 000 на выходе дешифратора 9 формируется счетный импульс и сигнал «Лог. «О переходит во второй разряд кольцевого счетчика 10 (фиг. 7 л). В этом случае порог переключения релейного блока 5i за5 нимает исходный уровень, а порог срабатывания релейного блока 52 становится минимальным, т.е. выполняется условие (фиг. 7 а)

I В2 I I Bi I I Вз |.(6)

При этом релейный блок 5i переходит в статическое состояние (фиг. 7 б), а релейный блок 52 входит в режим автоколебаний (фиг. 7в), обеспечивая тем самым формирование импульсного потока на выходе 12 (фиг. 7 н). Счет числа переключений

5 релейного блока 52 осуществляется по соответствующей цепи, подк пюченной к входу третьего сумматора 3 (фиг. 7 е, з). В момент времени t2, когда суммирующий счетчик 8 возвращается в исходное нулевое состояние, на выходе дешифратора 9 фор0 мируется сигнал переноса лог. «О в третий разряд кольцевого счетчика 10 (фиг. 7 и,л, м), и пороги переключения релейного блока 5з занимают свободный уровень СУ (фиг. 7 а), а пороги срабатывания релейного блока 52 занимают исходное состоя5 ние. При этом выполняется условие

I Вз I I В, I В2 I (7)

и в режиме автоколебаний оказывается релейный элемент 5з (фиг. 7 г, ж, з, и).

После переполнения суммирующего счетчика 8, начиная с момента времени 1,)

(фиг. 7 и, м), рассмотренный процесс повторяется.

Таким образом, в развертывающем преобразователе реализуется эстафетный принцип работы релейных блоков 5|,...,5„, когда

г число их переключений распределяется равномерно во времени, обеспечивая тем самым повышение надежности за счет равномерного распределения потерь мощности меж ду ними.

50

Формула изобретения

Многозонный развертывающий преобразователь, содержащий соединенные последовательно первый сумматор и интегратор, к выходу интегратора подключены информа- 55 ционные входы п релейных блоков (где п - - нечетное число), выход каждого из релейных блоков соединен с соответствующим входом второго сумматора, выход которого является выходом многозонного развертывающего преобразователя, входом которого является первый вход первого сумматора, к кторому входу которого подключен выход второго сумматора, блок нагрузки, выполненный в виде п катушек индуктивности и п ключей, первые выводы катушек индуктивности подключены к первой шине питания блока нагрузки, второй вывод каждой катушки индуктивности соединен с первым выводом соответствуюш.его ключа, вторые выводы ключей подключены к второй шине питания блока нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы путем обеспечения равномерности переключений релейных блоков, в него введены соединенные последовательно суммирующий счетчик и дешифратор нулевого состояния суммируюшего счетчика, а также

кольцевой счетчик, третий сумматор, п цепей, каждая из которых состоит из соединенных последовательно дифференцирую- шего элемента и демодулятора, причем к выходу каждого из релейных блоков подключен вход соответствуюш,его дифференцирующего элемента, выход каждого демодулятора соединен с соответствуюш,им входом третьего сумматора, выход которого подключен к информационному входу сум- мируюш.его счетчика, выход дешифратора нулевого состояния суммируюшего счетчика соединен с информационным входом кольцевого счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам регулировки порога соответствуюших релейных блоков, выход каждого из которых соединен с уп- равляюшим входом соответствующего ключа блока нагрузки.

25

±,28

Фиг. 2

Фиг. 5

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение надежности работы. Многозонный развертывающий преобразователь содержит первый, второй и третий сумматоры 1, 2 и 3, интегратор 4, нечетное число релейных блоков 5i,...,5n, дифференцирующие элементы 6|,...6п, демодуляторы 7,...7п, суммирующий счетчик 8, дешифратор нулевого состояния суммирующего счетчика 9, кольцевой счетчик 10, блок нагрузки 13. Развертывающий преобразователь работает в автоколебательном режиме, на выходе 12 формируется периодический сигнал прямоугольной формы с щиротно-импульсной модуляцией, среднее значение которого пропорционально сигналу на входе 11, причем в работе участвуют поочередно и последовательно во времени все релейные блоки 5i,...,5« что повышает надежность работы развертывающего преобразователя. 7 ил. « (Л й/г/ со оо О5 О со со