Многозонный развертывающий преобразователь Советский патент 1989 года по МПК G06G7/12 

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

Цель изобретения - снижение потребляемой мощности.

На фиг. 1 изображена функциональ- Ю нал схема многозонного развертывающего преобразователяJ на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов; на фиг.З - статическая характеристика вход-вы- ход и кодовая таблица состояний ре- 15 лейных элементов; на фиг. 4 - кодовая таблица состояний релейных элементов с учетом модуляционньпс зон и команд на включение ключевых элементов .20

Преобразователь содержит первый и второй сумматоры 1 и 2, интегратор 3, релейные элементы 4,,...,4 , усилители 5,...,5 мощности, релейные

блоки , ключевые элементы

7.... . ,7,,,,, , блок 8 формирования

элементов

25

h (n-i)/ управляющих сигналов, шина питания 9, вход 10, выход 11,

На фиг. 2 приняты следующие обозна4,,...,4. Питание усили- телей 5 ,5 , мощности осуществляется от источника электропитания, подключаемого к шине 9 питания. Выг ходные сигналы усилителей 5 ,,...,5 суммируются с помощью второго сумматора 2. Нормально разомкнутые ключевые элементы 7 переходят в замкнутое состояние при сигнале лог. 1 на их управляющем входе. Блок 8 формирования управляющих сигналов содержит двоичный дешифратор и матрицу с режигаемыми перемычками.

Если каналов пять, то пороги переключения релейных элементов 4,,..., 4 удовлетворяет условию (В ,) (В) (БЗ) (В 4) (BS). При этом ключи 7( и 7 замкнуты.

При включении релейные элементы 4,,....,4J принимают произвольное, например, положительное состояние (фиг. 2 б-е), выходной сигнал интегратора 3 изменяется в отрицательном направлении. В моменты времени t,, t и t 3 релейные элементы 4 ,...4 з переключаются в состояние - А/5 (фиг. 2 &, в,г). Выходные сигналы усилителей 5, Sj, 5+ и 5f взаимно компен- чения: сигнал на входе 10, y(tHO сируются, а в автоколебательном режи:э

вьжодной сигнал релейного элемента

Qj - выходные сигна; 4,

р,ч-/. , Yp/t), Ypj(t) - выходные сигналы усилителей 5 ,,..., 5 МОЩНОСТИ: 1 В

,i Q,, Q,

лы релейных элементов y-,(t), Yp/t),

35

ig МОЩНОСТИ; IB - пороги переключений релейных элементов 4 j У ц,- среднее значение сигнала на выходе 11i , 2+, 2-, 3+, 3- - модуляционные зоны ,У (t) - выходной 40 сигнал интегратора 3 t ; - моменты времени изменения состояний.

Преобразователь работает следующим образом.

Первый и второй сумматоры 1 и 2, 45 имеют единичный коэффициент передачи во всем диапазоне изменений входных воздействий. Релейные элементы 4 ,,..., 4 J, имеют неинвертирующую петлю гистерезиса и симметричные отно- CQ сительно нуля пороги переключения. Выходной сигнал релейных элементов 4,../,4 „ меняется дискретно в пределах tA/n.

Усилители 5,...,5 мощности осу- 55 ществляют усиление мощности выходного сигнала релейных элементов 4,..., 4п. Их выходной сигнал повторяет форму импульсов с выхода релейных

ме начинает работать релейный блок 6, ( фиг. 25). Амплитуда сигнала пилы на выходе интегратора 3 ограничена зоной неоднозначности релейного элемента 4 (фиг. 2а). При из- .менении в моменты времени t, tg и t уровня на входе 10 (фиг. 2) происходит последовательный переход из первой во вторую (2-) и третью (3-) модуляционные зоны статической характеристики - вход-выход (фиг, 2, ). Это происходит вследствие переориентации релейных элементов

t, и

4 и 4 J в моменты времени (фиг. 2.J, е).

Рассмотрим выходные сигналы релей- ньЬс элементов 42,...j4j в качестве двоичной комбинации. Положительньй знак выходного сигнала принимаем за лог.1, отрицательный - за лог.О. Кроме того, релейный элемент 4 служит в качестве младшего разряда, а релейный элемент 4 ; - в качестве старшего разряда двоичной комбинации.

Для первой 1 модуляционной зоны (фиг. 3 а, б) возможны шесть крдовых комбинаций, характеризующих состояние релейных элементов 4,...,4j. Для этой зоны характерно то обстояЮ-15 20

471203

элементов

25

а4,,...,4. Питание усили- телей 5 ,5 , мощности осуществляется от источника электропитания, подключаемого к шине 9 питания. Выг ходные сигналы усилителей 5 ,,...,5 суммируются с помощью второго сумматора 2. Нормально разомкнутые ключевые элементы 7 переходят в замкнутое состояние при сигнале лог. 1 на их управляющем входе. Блок 8 формирования управляющих сигналов содержит двоичный дешифратор и матрицу с режигаемыми перемычками.

Если каналов пять, то пороги переключения релейных элементов 4,,..., 4 удовлетворяет условию (В ,) (В) (БЗ) (В 4) (BS). При этом ключи 7( и 7 замкнуты.

При включении релейные элементы 4,,....,4J принимают произвольное, например, положительное состояние (фиг. 2 б-е), выходной сигнал интегратора 3 изменяется в отрицательном направлении. В моменты времени t,, t и t 3 релейные элементы 4 ,...4 з переключаются в состояние - А/5 (фиг. 2 &, в,г). Выходные сигналы усилителей 5, Sj, 5+ и 5f взаимно компен- HO сируются, а в автоколебательном режилей 5, Sj, 5+ и 5f взаимно компен- O сируются, а в автоколебательном режи5

0

5 Q

5

ме начинает работать релейный блок 6, ( фиг. 25). Амплитуда сигнала пилы на выходе интегратора 3 ограничена зоной неоднозначности релейного элемента 4 (фиг. 2а). При из- .менении в моменты времени t, tg и t уровня на входе 10 (фиг. 2) происходит последовательный переход из первой во вторую (2-) и третью (3-) модуляционные зоны статической характеристики - вход-выход (фиг, 2, ). Это происходит вследствие переориентации релейных элементов

t, и

4 и 4 J в моменты времени (фиг. 2.J, е).

Рассмотрим выходные сигналы релей- ньЬс элементов 42,...j4j в качестве двоичной комбинации. Положительньй знак выходного сигнала принимаем за лог.1, отрицательный - за лог.О. Кроме того, релейный элемент 4 служит в качестве младшего разряда, а релейный элемент 4 ; - в качестве старшего разряда двоичной комбинации.

Для первой 1 модуляционной зоны (фиг. 3 а, б) возможны шесть крдовых комбинаций, характеризующих состояние релейных элементов 4,...,4j. Для этой зоны характерно то обстоятельство, что усилители 5 5 Фактически работают в режиме взаимной компенсации своих выходных сигналов .

С точки зрения энергетики такой является неоправданным, так как потребляемая Усилителями 5 , . . ., 5j мощность практически не передается в нагрузку. При работе в зоне 1 усилители 5,.,.,5, мощности могут быть отключены, что повысит КПД преобразователя,

В зонах 2+ и 2- (фиг. 3 а,б)

1471203

10

релейные элементы 4,,. . JA могуГна-,5 зо Р ходиться в четырех . ZI знергеходиться в четырех возможных двоич- Hbfx комбинациях, причем два из четырех усилителей 5,...,5 мощности работают в режиме взаимной компенсации выходных сигналов. Следовательно, эти два усилителя мощности могут п отключены. И лишь в старших 3+ и 3- зонах все усилители мощности должны быть включены, так как они находятся .в идентичных состояних (фиг. 3s), передавая мощность в цепь нагрузки. Рассмотренный алгоритм работы реализуются с помощью программируемого постоянного дополняющего устройства 8 и ключевьгх элементов 7 и г

Управление ключевыми элементами производится в соответствии с таблицей на фиг. 4. Для зоны 1 ключи

9,M,k) кодовая комбинация равна 111 (фиг. 2м), поэтому ключ 7 размыкае ся (фиг. 2(.,0, на нагрузку работают усилители 5,, 5, и 5, (ф„г. 2,л,., интервал Т.,). в течение времени Т/ выходной сигнал формируется в первой модуляционной зоне (фиг. 2j), ключевые элементы 7, и 7, разомкнуты. На интервале Т код соответствует 1000 усилители 5 и 5э включены (фиг. 2 K,St). В течение,времени Т все пять усилителей 5,,..., 5, работают на нагрузку (фиг. 2.). Таким обра20

25

30

35

и 7j находятся в разомкнутом состоянии, а в режиме автоколебаний работает релейный блок 6, , обеспечивающий |формирование импульсов в первой модуляционной эоне.

Зоны 2+ и 2- (фиг. 4) характе- .л ризуются восьмью комбинациями О и 1 (фиг. 3 в). В режиме компенсации работают те усилители мощности, для которых О и 1 расположены рядом друг с другом. Так, например, для комбинации 0111 мощность в нагрузку отдают усилители 5 и 5з, поэтому

45

ключевой элемент 7, должен быть замкнут, а ключевой элемент 7 разомкнут. В случае 1101 наоборот - включаются усилители 5 и Sj, а усилители 5. и

5j отключены.

При включении на выходах релейных элементов 5,.. .45 формируется код 1111 (фиг. ,Н), поэтому ключи 7i и 7 замкнуты (фиг. 2 -« , интервал Т,). В момент времени Та (фиг. 2

50

55

rf - - ь- -,лАч -j гл I С

тических показателей за счет уменьшения потребляемой мощности.

Фор мула изобретения

Многозонный развертывающий преобразователь, содержа ий соединенные последовательно первый сумматор и интегратор, выход которого подключен к сигнальным входам п релейных блоков (где п - нечетное число), каждый из которых содержит соединенные последовательно релейный элемент и усилитель мощности, выход которого является выходом релейного блока, а сигнальным входом является вход релейного элемента, выходы релейных блоков подключены к соответствующим входам второго сумматора, выход которого .является выходом преобразователя и соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является входом преобразователя, вход питания усилителя мощности первого релейного блока соединен с шиной питания преобразователя, отличающийся тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, в него введены блок формирования управляющих сигна- - лов и (п-1)/2 ключевых элементов, прИ чем входы ключевых элементов соединены с шиной питания преобразователя, выход каждого из ключевых элементов подключен к объединенным входам питания усилителей мощности i-ro и

(да i 2,4 С...П-1) релейных блоков, выходы релейных элементов всех релейных блоков, крте первого, подключены к соответствующим входам блока формирования управляющих сигналов, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих ключевьгх элементов.

1471203

зо Р знерге9,M,k) кодовая комбинация равна 1110 (фиг. 2м), поэтому ключ 7 размыкается (фиг. 2(.,0, на нагрузку работают усилители 5,, 5, и 5, (ф„г. 2,л,., интервал Т.,). в течение времени Т/ выходной сигнал формируется в первой модуляционной зоне (фиг. 2j), ключевые элементы 7, и 7, разомкнуты. На интервале Т код соответствует 1000 усилители 5 и 5э включены (фиг. 2 K,St). В течение,времени Т все пять усилителей 5,,..., 5, работают на нагрузку (фиг. 2.). Таким обраа-,5 зо Р знерге20

25

30

35

.л

45

50

5

rf - - ь- -,лАч -j гл I С

тических показателей за счет уменьшения потребляемой мощности.

Фор мула изобретения

Многозонный развертывающий преобразователь, содержа ий соединенные последовательно первый сумматор и интегратор, выход которого подключен к сигнальным входам п релейных блоков (где п - нечетное число), каждый из которых содержит соединенные последовательно релейный элемент и усилитель мощности, выход которого является выходом релейного блока, а сигнальным входом является вход релейного элемента, выходы релейных блоков подключены к соответствующим входам второго сумматора, выход которого .является выходом преобразователя и соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является входом преобразователя, вход питания усилителя мощности первого релейного блока соединен с шиной питания преобразователя, отличающийся тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, в него введены блок формирования управляющих сигна- - лов и (п-1)/2 ключевых элементов, прИ чем входы ключевых элементов соединены с шиной питания преобразователя, выход каждого из ключевых элементов подключен к объединенным входам питания усилителей мощности i-ro и

(да i 2,4 С...П-1) релейных блоков, выходы релейных элементов всех релейных блоков, крте первого, подключены к соответствующим входам блока формирования управляющих сигналов, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих ключевьгх элементов.

Сп атическая характеристика вход-вымд РП

Изобретение относится к усилительным устройствам, работающим в режиме автоколебаний с широтно-импульсным преобразованием сигнала, и может быть использовано в аналоговых вычислительных устройствах. Целью изобретения является снижение потребляемой мощности. Многозонный развертывающий преобразователь содержит сумматоры 1 и 2, интегратор 3, релейные элементы 4₁,...4_N, усилители мощности 5₁,...5_N, релейные блоки 6₁,...,6_N, ключевые элементы 7₁,...,7_(N-1)/2, блок 8 формирования управляющих сигналов, шину 9 питания, вход 10 и выход 11. Многозонный развертывающий преобразователь работает в режиме автоколебаний, по мере роста величины сигнала на входе 10 в работу включается очередной усилитель 5_I мощности в релейном блоке 6_I. При малом сигнале на входе 10 включен усилитель 5_I мощности релейного блока 6_I. 4 ил.

а

-О.ЧА

-0,4/

Мод(//1яцаоннь1е зоны

oJy.

,;

йбоачная кодовая коп анаца.9

1111 (15)

0111 (7}

1011 (11}

в

1101

Г/3)

1110 (14}

0,/

-

/Лл

±о,и

.2:

-

л:

0011 (5}

0001 (1}

0000 (0)

0101 (5)

0010 (2)

0110

(6)

0100

(}

1001 (9)

1000 (8)

1010 (10}

1100 (12)

Фиг. 5

Зона

Код

It

0011 0101

от

1001 1010 1100

Г v -1-fff10

1111

0000

Фиг.ч

Команда на

вык/1ючение

ключа