Время-импульсное множительно-делительное устройство Советский патент 1978 года по МПК G06G7/161 

.(54)

ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ

устройство

ИЛИ и параллельно соединенные цепочки включенные между выходом источника опорного сигнала и входом операционного усилителя постоянного тока, причем первая цепочка состоит из последовательно соединенных первого и второго дополнительных ключей, общий вывод которых чареэ последовательно соединенные первый дополнительный масштабный резистор и первый дополнительный сглаживающий конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, а вторая цепочка состоит из последовательно соединенных дополнительных второго масштабного резистора, второго сглаживающего конденсатора, третьего масштабного резистора, обкладки второго дополнительного сглаживающего конденсатора через дополнительные третий и четвертый ключи соединены с шиной нулевого потенциала, входы первого элемента ИЛИ соединены с вторым и треты; входом устройства, выход первого элемента ИЛИ соединен с управляющими входами третьего дополнительного ключа непосредственно и четвертого дополнительного ключа через первый инвертор, первые входы второго элемента И и второго элемента ИЛИ соединены с четвертым входом устройства, а вторые входы соединены с первым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И через второй инвертор и выход второго элемента ИЛИ соединены с входами третьего элемечта И, выход которого соединен с управляющими входами второ:О дополнительного ключа непосредственно и первого дополнительного ключа через третий инвертор, а управляющий вход второго ключа соединен с выходом второго элемента И.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 даны временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Оно содержит операционный усилитель постоянного тока 1, в цепь обратной связи которого включены последовательно соединенные ключ 2, масштабный резистор 3 и сглаживающий-конденсатор 4, входная цепь операционного усилителя содержит последовательно соединенные источник опорного сигнала 5, ключ 6 и масштабный резистор 7, управляющий вход ключа 2 язляется одним из входов устройства, и паоаллелъно соединенные цепочки, одна из которых состоит из последовлтельно соединенных ключей 8, 9, общий вывод которых через последовательно соединенные масштабный резистор 10 и сглаживающий ко;.ленсатэр 11 соединен с шиной нулевого потенциала, а вторая цепочка состоит из последовательно соединенных 1 :асштабного резистора 12 конденсатора 13 и масштабного резистора 14, обхладки сглаживающего конденсатора 13 через ключи 15, 16 соединены с шиной нулевого потенциала, элементы И 17, 18, элементы ИЛИ 19, 20, инверторы 21, 22, 23, первый вход элемента И 17 и входы элемента ИЛИ являются входами устройства.

Принцип расширения Функциональных возможностей устройства и повышения точности выполнения им множительнолелительной операции состоит в .следую

Известно, что

6.97-i(,)-(8,.&,f. (2)

Путем введения логических операций выделения

МАКсС9,в.,) и мин С в,, 6-)

ВОЗМОЖНО сформировать в в) за счет выполнения операции вычитания

(i)

МАКС () - МИН (.1, 8-г.)

при которой вычитаемое никогда не преЕюсходит уменьшаемое. Последнее необходимо при реализации операции вычитания широтно-модулированных сигналов средствами цифровой вычислительной техники, когда МАкс(в , 8) и М1ж(б, 0),формируются соответственно

с: помощью элементов ИЛИ и И, а операция вычитания - с помощью инвертора Злемента И. Операция сложения широтномодулированных сигналов также осуще- ствляется с помощью цифровых логических схем, но с тем ограничением, что относительные длительности б и 9 не должны превосходить 0,5 и отсчет каждой из них имеет место от переднего и заднего фронтов соответственно. На фиг.2 (см. кривые 1,2,4) представлены ШИМ-сигналы, длительности которых отсчитываются от передних фронтов, и (см. кривая 3) второй ШИМ-сигнал, длительность которого отсчитывается от заднего фронта.

С учетом соотношения (3) выражение (2) преобразуется к моделирующему входной цепью предполагаемого устройства уравнению

C(e„&4)K8,(e,.вJ)(б„8г),f},W

К - коэффициент пропорциональгде

ности;

&,|Э.,,в,У- среднее значение проводи55мости входной цепи операционного усилителя 1 постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

На его первую входную клемму поступает 1ЧИМ-сигнал (см.фиг.2, кривая 4) с относительной длительностью 6j, отсчитываемой от переднего фронта, причем синхронизация этого сигнала от носительно других входных сигналов устройства не является обязательной. Этот ШИМ-сигнал управляв средним зна чение1у1 проводимости двухполюсника, включенного в цепь обратной связи опе рационного усиличеля 1, состоящего из резистора 3 и ключа 2. Как известно/ среднее значение проводимости такого двухполюсника, зашунтированного сглаживающим конденсатором 4, пропорционёьпьно 9j, т.е. . (5) где Ог - среднее значение проводимости цепи обратной связи операционного усилителя 1; Cfj - проводимость резистора 3. На вторую, третью и четвертую вход ные клеммы устройства соответственно поступает ШИМ-сигнал с относительной длительностью 9 , отсчитываемой от переднего Фронта (см.фиг.2, кривая 2) ШИМ-сигнал с относительной длительностью б , отсчитываемой от переднего фронта {см.фиг.2, кривая 1), и ИШМ-сигнал с относительной длительностью 6J: , отсчитываемой от заднего фронта (см.фиг.2, кривая 3) и рав. ной по величине относительной длитель ности 9j . Входные элементы И 17 и ИЛИ 19 вырабатывают ШИМ-сигналы соответственно с минимальной (&,в (см.фиг.2, кривая 6) и максимальной (9, J 6j ) (см.фиг.2, кривая 5) относительными длительностями, причем упомянутые ШИМ-сигналы синхронны по переднему фронту. На выходе.элемента ИЛИ 20 формируется ШИМ-сигнал с относительной длительностью 6. {см, фиг.2, кривая 9), который керез инвер тор 23 управляет ключом 16 и непосред ственно/ключом 15. Выходной ШИМ-сигнал элемента И 17 через инвертор 22 (см.фиг.2, кривая 7) поступает на пер вый вход элемента И 18, на второй вхо которого поступает ШИМ-сигнал с относительной длительн9стью 9 МАкс-(&,,8 с выхода элемента ИЛИ 19. В результате выполнения операции коньюнкции на выходе элемента И 18 формируется разностный ШИМ-сигнал с относительной дл1 тельностью,равной MAKcCSiB -мин1б1,влУ (см.фиг.2, кривая 8). Последний через инвертор 21 поступает на управляющий вход ключа 8 и непосредственно на управляющий вход ключа В установившемся режиме приращение заряда на конденсаторе 11 за период коммутации ключей 8, 9 равно нулю, т.е. пренебрегая пульсациями напряжения на конденсаторе 11 (последнее справедливо при достаточно большой его емкости), можно записать уравнение баланса зарядов в виде ljap,,MpaipCT-r,,) , (6) ток заряда конденсатора 11; Т, - время замкнутого состояния ключа 8; Ipa.- ток разряда конденсатора 11; T-tfi - время замкнутого состояния ключа 9; Т - период коммутации ключей 3,9. Заметим, что ключи 8,.9 работают в противофазе. Принимая во внимание значения токов заряда и разряда Ipajp 4ar-(Vo-Ve,V Ip,,CVV,,, из (б) можно вывести .напряжение на конденсаторе 11, которое равно ис,, исв„ , где ,1/Т - относительная длительность ШИМ-сигнала, управляющего ключом 8; .. YO напряжение опорного источника 5-постоянного тока. Аналогичным путём можно показать, что в установившемся режиме напряжение на конденсаторе 13 будет определяться как c,,--Voe,,, где 9,j- относительная длительность ШИМ-сигнала управляющего ключом 15. Заметим, что ключи 16 и IS работают в противофазе. Знак минус в выражении (8) О31начает, что токи в резисторах 12 и 14 имеют противоположные направления. Согласно полученным выражениям 7) и (8) среднее значение тока, втекающего в суммирующук точку операционного усилителя 1 со стороны второй и третьей входных цепей, равно ,,(1-&,,)-в,(4-9,з) , (9) где G-- проводимость резисторов Ю, 12 и 14. С учет(4 того, что е„ илкс(&,9,)-м«н(в,,8г)18,-8г1 , в1--&2.// выражение (9) можно представить в виде,,-9i) У(,& -гмин (8, ,9)+ 4 &,ei. Если проводимость резистора 7 выбрать вдвое большей, чем проводимости резисторов 10, .12, 14, и обеспечить управление ключом Ь с помощью ШИМ-сигналов с относительной длительностью &g мин С-0, ,&a)f которые формируются на выходе элемента И 17, то очевидно, среднее значение тока, втекающего в суммирующую

точку операционного усилителя 1 со стороны входной цепи, будет удовлетворять соотнаиению

IjhZV &MMM С9,,9,)-4V,Gd,ej..

Поскольку среднее значение проводимости цепи обратной связи равно ( G-J - проводимость резистора 3), то выходное напряжение операционного усилителя 1 будет

JJL V 1 .-.-YOпри 6-j«-)Crj

0«.

ЧТО соответствует уравнению (1) .

Предложенное техническое решение позволяет расишрить функциональные возможности время-импульсного множительно-делительного устройства и повысить точность преобразования широтио-модулированных величин и напряжение постоянного тока по множительноделительной зависимости.

Формула изобретения

Время-импульсное множительно-делительное устройство, содержащее операционный усилитель.постоянного тока, в цепь обратной связи которого включен сглаживающий конденсатор, параллельно которому включены последовательно соединенные первый масштабный резистор и первый ключ, а входная цепь, операционного усилителя содержит последовательно соединенные источник опорного сигнала, второй ключ и второй масштабный резистор, управляющий вход первого ключа является первым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач и повышения точности, оно содержит инверторы, элементы И, ИЛИ и параллельно соединенные цепочки, включенные между выходом источника опорного сигнала и входом операционного усилителя постоянного

тока, причем первая цепочка состоит из последовательно соединенных первого и второго дополнительных ключей, общий вывод которых через последовательно соединенные первый дополнительный масштабный резистор и первый дополнительный сглаживающий конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, а вторая цепочка состоит из последовательно соединенных дополнительных вто

0 рого масштабного резистора, второго сглаживающего конденсатора,, третьего масштабного резистора, обкладки второго дополнительного сглаживающего конденсатора через дополнительный тре5тий и четвертый ключи соединены с шиной нулевого потенциала, вхолы первого элемента ИЛИ соединены с вторым и третьим входом устройства, выход первого элемента ИЛИ соединен с управляю0щими входами третьего дополнительного ключа непосредственно и четвертого дополнительного ключа через первый инвертор, первые входы второго элемента И и второго элемента ИЛИ соединены

5 с четвертым входом устройства, а вторые входы соединены с первым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И через второй инвертор и выход второго элемента ИЛИ соединены с входами третьего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами зторого дополнительного ключа непосредственно и первого дополнительного ключа через третий инвертор, а управляющий вход второго ключа соеди5нен с выходом второго элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Угрюмов Е.П. Импульсно-управляемая проводимост1, как элемент схем автоматики и вычислительной техники. Известия вузов СССР. Приборостроение, М., № 4, 1971.

2.Авторское свидетельство СССЕ №260290, кл. G-06 G 7/161, 1968.