Времяимпульсное множительное устройство Советский патент 1991 года по МПК G06G7/161 

о

ю

4 00

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для преобразования информации и может быть использовано в измерительных преобразователях различного назначения, в частности в устройствах измерения мощности. Цель изобретения - повышение точности работы устройства. Устройство содержит первый и второй инверторы 1, 6, первый и второй амплитудно-импульсные модуляторы 2, 7, первый и второй широтно-импульс- ные модуляторы 3, 8, генератор 4 напряжения треугольной формы, источник 5 опорного напряжения, усредняющий фильтр 9, ключ 10, суммирующий интегратор 11, триггер 12, генератор 13 опорной частоты. За счет введения блоков 1, 4, 6, 7, 8, 9 обеспечивается независимость значения выходной частоты триггера 12 от значения опорного напряжения широтно-импульсного модулятора 3. 2 ил. сл с

Фыг.1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для преобразования информации и может быть использовано в измерительных преобразователях различного назначения, в част- ности в устройствах измерения мощности.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема времяимпульсного множительного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Время импульсное множительное устройство (фиг. 1) содержит первый инвертор 1, первый амплитудно-импульсный модуля- тор2, первый широтно-импульсный модулятор 3, генератор 4 напряжения треугольной формы, источник 5 опорного напряжения, второй инвертор 6, второй амплитудно-импульсный модулятор, второй широтно-им- пульсный модулятор 8, усредняющий фильтр 9, ключ 10, суммирующий интегратор 11, D-триггер 12, генератор 13 опорной частоты.

На фиг. 2 обозначены: Ui - напряжение, пропорциональное первому сигналу-сомножителю; Da - напряжение, пропорциональное второму сигналу-сомножителю; Уз - напряжение треугольной формы с выхода генератора 4; Щ - напряжение на выходе первого широтно-импульсного модулятора 3; Us - напряжение на выходе первого амплитудно-импульсного модулятора 2; Ue - на- пряжение, пропорциональное среднему , значению напряжения на выходе амплитуд- но-импульсного модулятора2; UGN - напряжение на выходе генератора 13 опорной частоты; U - напряжение на выходе усредняющего фильтра 9; Us напряжение на выходе интегратора 11; Ug - напряжение на выходе D-триггера 12; Un - пороговое напряжение срабатывания D-триггера.

Устройство работает следующим образом.

Первый сомножитель в виде напряже- ния Ui (фиг. 2 а) поступает на информационный вход первого широтно-импульсного модулятора 3, а второй сомножитель в виде напряжения 1)2 - на информационные входы первого амплитудно-импульсного моду- лятора 2,

На вход опорного напряжения широтно-импульсного модулятора 3 поступает опорное напряжение Уз (фиг. 2 а) треугольной формы с выхода генератора 4. На выхо- де широтно-импульсного модулятора 3 формируется широтно-модулированное напряжение U4 (фиг. 2 б) с постоянной ампли- тудой и длительностью импульсов, пропорциональной напряжению UL

Полагая, что напряженней не успевает существенно измениться за время ц и t2, поскольку частота f0 генератора 4 неизменна и выбирается значительно выше частоты изменения напряжения Ui, получим функцию преобразования в виде

t1-t2 U1(1)

t1 + t2 Am

Для случая отрицательной полярности напряжения Ui справедливо соотношение ti -t2 Ui Am

интервал времени

(2)

t + t2

Относительный (ti -12) прямо пропорционален напряжению Ui обеих полярностей, причем в выражении функции преобразования стабильность коэффициента преобразования определяется лишь стабильностью амплитуды напряжения треугольной формы,

Далее импульсы U4 поступают на управляющий вход первого амплитудно-импульсного модулятора 2. На выходе амплитудно- импульсного модулятора 2 формируется напряжение из(фиг. 2 в) в виде разнополярных импульсов, длительность которых определяется длительностью импульсов Ш, а вершины по уровню и форме - модулирующим напряжением U2.

Полагая, что напряжение U2 не успевает существенно измениться за время ti и t2, получим, что среднее за интервал (ti + t2) напряжение на выходе амплитудно-импульсного модулятора 2 определяется выражением

U6 U2 ---U2- t2 U2

ti

ti +t2

t2

ti +t2

(3)

(4)

t +t2

и пропорционально произведению напряжений Ui и U2:

U6 -.

Am

т.е..точность перемножения входных сигналов Ui и U2 зависит от нестабильности амплитуды треугольного напряжения, которая особенно ощутима при преобразованиях напряжений малого уровня.

Широтно- и амплитудно-модулирован- ное напряжение Us поступает на первый вход суммирующего интегратора 11, охваченного импульсной обратной связью.

Импульсная обратная связь в интеграторе 11 осуществляется через D-триггер 12.

Напряжение Us имеет вид коротких разнополярных импульсов, но его среднее значение меняется относительно медленно, поэтому преобразованию подвергается постоянная составляющая импульсного сигнала Us, определяемая выражением (4), а его

быстрые изменения усредняются за счет интегрирующих свойств интегратора 11.

Под действием напряжения Ue выходное напряжение интегратора 11 нарастает (фиг, 2 ж). После превышения напряжением Us на информационном входе триггера порога срабатывания Urt по этому входу по бпижайшему переднему фронту импульса, выдаваемого генератором 13 опорной частоты, триггер 12 переключается и на выходе (фиг, 2 з) пояоляется сигнал логической единицы, под действием которого ключ 10 замыкается, подключая к второму входу интегратора 11 напряжение U с аыходз усредняющего фильтра 9, противоположное по знаку напряжению Ue. Напряжение на выходе интегратора Ug уменьшается. По окончании периода тактового генератора триггер 12 возвращается в исходное состояние, т.е. при поступлении следующего импульса D-триггер 12 перебрасывается в нулевое состояние и ключ 10 размыкается.

Рассмотренный цикл периодически повторяется.

Считая средний за период преобразования ток интегратора 11 равным нулю, получим

Ue ТВых ... U Т0 п,g.

0

или

UiU2

Твых U То,

Am

откуда следует, что IHU2

f

оых

fo.

(6)

(7)

Am U7 где г-постоянная времени интегратора 11;

fo и То - выходная частота и период сигнала генератора 13 опорной частоты;

fsbix и Твых - выходная частота и период сигнала D-триггера 12.

Используя для вывода выражения для напряжения U с выхода усредняющего фильтра 9 те же соотношения, что и при выводе напряжения Ue, получим

и -7Г

Am

где Uo значение опорного напряжения источника 5.

Широтно- и амплитудно-модулировзн- ный сигнал с выхода второго змплитудно- импульсного модулятора 7 с постоянной амплитудой, равной значению опорного напряжения Uo, и длительностью, определяемой нестабильностью амплитуды напряжения треугольной формы, поступает на вход усредняющего фильтра 9, на выходе которого образую о л непрерывный сигнал в виде напряжений и(фиг. 2 е).

С учетом выражения можно записать в виде

.UlU2

1ВЫХ ;

U2o

fo,

т.е. выходная частота D-триггера 12 пропор- циочзльнэ произведению ВХОДЧУХ. напряжений и не зависит or амплитуды опорного напряжения треугольной формы, что обеспечивает возможность по/гучвнич еысокой точности преобразования за счет исключения составляющей ошибки, связанной с нестабильностью амплитуды напряжения треугольной формы,

Формула изобретения

30

40

45

50

55

20

25

Время импульсное множительное устройство, содержащее источник опорного напряжения, первый широтно-импульсный модулятор, информационный вход которого является входом первого сомножителя устройства, а выход соединен с управляющим входом первого амплитудно-импульсного модулятора, первый информационный вход которого является входо второго сомножи,- теля устройства, а выход первого амплитуд- но-импульсгого модулятора подключен к первому входу суммирующего интегратора, выход которого соединен с информационным входом D-триггера, выход которого является выходом устройства и подключен к управляющему входу ключа, выход которого соединен с вторым входом суммирующего 3° интегратора, тактовый вход D-триггера подключен к выходу генератора опорной частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены первый и второй инверторы, генератор напряжения треугольной формы, второй амплитудно-импульсный модулятор, второй широтно-импульсный модулятор и усредняющий фильтр, причем вход второго сомножителя устройства через первый инвертор соединен с вторым информационным входом первого амплитудно-импульсного модулятора, выход источника опорного напряжения подключен к первому информационному входу второго амплитудно- импульсного модулятора, к информационному входу второго широтно-импульсного модулятора и чергз второй инвертор - к второму информационному входу второго амплитудно-импульсного модулятора, выход которого через усредняющий фильтр подключен к информационному входу ключа, выход второго широтно-импульсного модулятора соединен с управляющим входом второго амплитудно-импульсного модулятоpa, выход генератора напряжения треуголь- напряжения первого и второго широтно-им- иой формы подключен к входам опорного пульсных модуляторов,

а

Т