Время-импульсный квадратор Советский патент 1978 года по МПК G06G7/20 

1

Изобретение относится к время-импульсным устройствам, служащим для возведения в квадрат сигналов постоянного или переменного тока, и может быть использовано, во множительных уст юйствах аналоговых вычислительных Машин и измерительных преобразователей мощности, в различного рода функциональных преобразователях, в устройствах релейной защиты и других областях,

Известны время-импульсные квадраторы с использованием опорных напряжений специальной формы, содержащие фильтр, усилитель, ограничители .

Функция преобразования устройства отличается от идеальной квадратичной, так как выходной сигнал содержит наряду с квадратичным членом постоянный и линейный член, которые необходимо компенсировать, что усложняет схему и приводит к погрешности квадрирования из-за неточности компенсации.

Известно Множительно-делительное устройство, использующее свойства синусоидальных сигналов, которое может быть использовано как кзвадратор при подаче на оба его входа одного и того же сигнала 2.

Недостатком этого устройства является невозможность работы при входных сигналах постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является времяимпульсный квадратор, содержащий последовательно соединенные ключ и фильт выход которого является выходом квадратора, триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход триггера - с управляющим входом ключа, первый вход блока сравнения является входом квадратора, и два источника напряжения, изменяющегося по экспоненциальному закону, один из которых подключен к ключу, а другой ко второму входу блока сравнения. К другому входу блока сравнения подключен входной сигнал. Для получения квадратичной зависимости выходного сигнала от входного постоянная времени второго источника выбрана вдвое большей, чем постоянная времени первого з .

Основными недостатками прототипа является низкая точность воспроизведения квадратичной зависимости, невозможность преобразования входных сигналов разной полярности. Неточность прототипа определяется наличием в его функции преобразования наряду с квадратичным членом еще и постоянной составляющей, которая долж на быть компенсирована. Неточность ил временная нестабильность схемы компен сации обуславливает и погрешность пре образования. Кроме того, точность вос произведения экспоненциальной зависи мости трудно,контролировать и ошибки в воспроизведении экспоненты влияют на точность устройства. Для преобразования сигнала разной полярности в устройстве-прототипе необходимо или выпрямлять преобразуемый сигнал, что вызывает дополнительные погрешности) обусловленные неточностью схемы выпрямления, или делать отдельный канал, поЛйрностью повторяющий первый, для преобразования сигналов Другой полярности, что приводит к значительному усложнению схемы. В устройстве-прототипе ограничена минимальная величина входного сигнала, который может быть преобразован. Это обусловлено тем, что минимальная величина опорного напряжения, которое подается на вход схемы сравнения,, отлична от нуля и равна ХГопд ин о 0, где tTo - амплитуда экспоненциального напряжения, Т - постоянная времени, TO - частота повторения. Таким образом, эта схема.не может быть использована для преобразования сигналов, меньших чем U on.-мин. Целью изобретения является увеличение точность квадрирования и расши р€ние :диапазона преобразуемого сигнала (обеспечение квадрирования входных сигналов любой полярности). Это достигается тем , что в известную схему время/гимпульсного квадратора,. с одержащую последовательно соединенные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, .триггер, первый вход .которого соединен с выходом блока сравнения, а.выход триггера - с управляюгцим входом ключа, первый вход блока сравнения является входом квадратора,-введены нуль-орган источники синусоидального опорного напряжения, причем источник синусоидального опорного напряжения соединен с информационным входом ключа., а второй - со входом нуль-органа и со вторымвходом блока сравнения, .второй вход триггера соединен с выходом блока сравнения. На фйг,1 изображена функциональная схема время-импульсного квадратора; на фиг.2 - временные диаграммы работы квадратора при преобразовании сигналов положи-, ельной полярности (а) , и при преобразовании сигналов отрицатеЛ .ной полярности (б). Предлагаемый .время-импульсный квад ратор состоит из двух источников 1 и 2 синусоидального,опорного напряжения генерирующих синфазные синусоидальные напряжения U,p,Siti2u),tHUj«Voii nu,tcooTветствённо. Выход пер-ого источника опорного Синусоидального напряжения через ключ 3 и фильтр 4 связан с выходом квадратора 5. Выход второго источника 2 синусоидального опорного напряжения подключен ко входу б нуль-органа / и ко вхо ду 8 блока сравнения-9, вход ю крторого соединен с источником входного сигнала 11. Выход нуль-органа 7 подключен ко триггера 12, а входу установки выход блока сравнения 9 - ко входу триггера. Выход тригустановкигера подключен к управляющему входу клдача 3. Квадратор работает следующим образом (см.фиг.2). В момент перехода через ноль в положительном направлении синусоидального напряжения источника опорного напряжения 2. срабатьша;эт нуль-орган 7 и положительный перепад выходного напряжения, устанавливает триггер 12 в состояние 1 . При этом замыкается ключ. 3 и пропускает яа выход напряжение источника :. В момент с&авненин синусоидального напряжения источника 2 на восходящей ветви синусоиды с входным сигналом (потенциал входа 8 блока сравнения 9 становится более положительным, чем потенциал входа 10) срабатывает блок сравнения 9 и положительным перепадом выходного напряжения устанавливает триггер 12 в состояние О. При этом закрывается ключ 3. Среднее значение напряжения на выходе ключа,3 за период синусоидального напряжения частотой oij) равно V.,,, StT, 2u,«,Ut (1-С082 V , 9 g: / где tj.- момент закрывания ключа 3, который определяется моментом сравне-ния- входного сигнала x(t) с опорным напряжением Vftjiiп..tOjjt. Для случая преобразования положительного входного сигнала в момент сравнения : Voj 6tn (2) откуда Л яЬ«а С81п или luVJt-arcbin- . гifoz Из этих двух решение восходящей ветви синусоиды соответствует первое. Откуда получим xi . scp- Для отрицательных значений преобразуемого сигнала восходящей ветви синусоиды будет соответствовать решение 2 -are4t i к.При пр.становке этого значения в (1Г результат также окажется равным (3) Из диаграммы на фиг.2 ййдно, что при преобразовании сигналов положител ной полярности на выход схемы проходит отрезок синусоиды частоты 2шд длительностью от нуля до ti / а при преобразовании отрицательных сигналов проходит полтора полных периода.этой синусоида (два положительных полупери да и один отрицательный) и неполный отрицательный полупериод синусоиды без отрезка синусоида длительностью от нуля до -bi . Это эквивалентно в среднем прохождению одного положитель ного отрезка синусоиды длительностью от нуля до ti Как следует из (3),площади этих от резкоэ в точности: {пропорциональны квгшрату преобразуемого сигнала и, сле довательно, функция преобразования cxei«i соотвегствует точной квадратичной зависимости при преобразовании сигналов любого знака. Привед енные диаграммы свидетельству ют об отс угствии в кэадратЬре ограничения на минимальную величину преобразуемого сигнала. Предлагаемойквадратор может быть использован для построения функциональных преобразователей и множительных устройств аналоговых вычислитель иых мавшн, где источник опорного синусоидального напряжения и один нульорган могут быть общими для большого .числа одновремен ио работа1рщих квад{ aiTopOB и для каждого последующего квадратора требуется установка только одного блока сравнения, ключа и фильт ра. Перспективна эта схема также для построения трехфазных двух--и трехэлементных преобразователей мощности. Обеспечиваемая устройством возможность квадрирования сигналов любой полярности позволяет во многих случаях значительно упростить схемы функциональных .преобразователей. Устройство позволяет также изменять полярность выходного сигнала, т.е. получить функцию преобразования для чего достаточно поменять местами установочные выходы триггера 12. Формула изобретения Время-импульсный квадратор, содержащий Последовательно соединенные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход триггера - с управляющим входом ключа, первый вход блока сравнения является входом квадратора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности квадрирования, расширения диапазона преобразуемого сигнала, он содержит нуль-орган, источники синусоидального опорного напряжения, причем первый источник синусоидального опорного напряжения соединен с информационным входом ключа, .а второй - со входом нуль-органа и,со вторым входом блока сравнения, второй вход триггера соединен с выходом блока сравнения. . ИстоЧНйки.Информации, принятые .во внимание при экспертизе 1.Корн Е., Корн Т,, Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, :Мир , 1976, с.356. 2.Авторское свидетельство СССР 151502, кл. XS-06 СЗ- 7/16, 1956. 3.Авторское свидетельство СССР 229844, кл; Сг 06 & 7/26, 1968.

9 JL faz: Г

fffStflZiVgt

f -/

fU2. 2