Цифро-аналоговый кубический преобразователь Советский патент 1978 года по МПК G06J1/00 G06G7/20 

Бому упргчвляемог.гу резистору, один БЫ . вод которого подключен „через нремязадающий конденсатор к шине нулевого потенциала, а другой к выходу широтно-управляемого ключа и через однопо люсный ключ ко входу операционного усилителя, На фиг,1 приаедена функциональная схема цифро-аналогового кубического преобразователя на фиг.2 -- времанные диаграммы его работы. Преобразователь содержит операцион ный усилитель 1, источник опорного .напряжбни 2, широтно-управляёмый ключ 3, однополюсный ключ 4, цифровой управляемый резистор 5, шунтирующий резистор 6, времязадающий конденсатор 7, источник опорного напряжения 8 им пульсно-управляемый резистор 9, генератор импульсйн 10; двоичный счетчик 11, блок сравнения 12, кo мyт ipyio)4Ий триггер 13,. резистор 14 и усреднягогдий конденсатор 15, Во входну;д цепь усилителя 1 включе ны две цепи, одна из которых представ ляет: собой последовательно соединенные источник опорного напряжения 2р ключ 3 и ключ 4. Объединенные зажимы этих ключей соединены с шиной нулевого потенциала .через последовательно соединенные резистор 5, згицунтированный резистором 6, и конденсатор 7. Вторая цепь представляет собой последбвательно соединенные источник опорного напряжения 8 и резистор 9. Выход генератора импульсов 10 соединен со счетным входом счетчика 11, выходные разрядные шины которого подключены к первым входам блока срав.нения 12 двоичных кодов. Вторые, входы блока сравнения 12 объединены с упра:вляющими входами резистора 5 и. с входныкти кодо выми N,j преобразователя. Единичный и нулевой установочные вкоды триггера 13 соединены состветстйенно с выходом переноса старшего разряда счетчика 11 и с выходом блока сравнзния 12. Прямой и инверсный выходы триггера 13 подключены соответственно к объединенным управляющим входам резистора 9, ключа 3 и управляющему входу ключа 4. В цепь обратной связи усилителя 1 постоянного тока включен резистор 14, зашунтированный конденсатором 15. Выход усилителя 1 является выходом устройства. Принцип работы устройства состоит в преобразовании входной цифровой величины в периодическую последовательность модулированных как. по ширине, так и по уровню, импульсов тока и усреднения этой последовательности с помощью активного ЦС фйльтра с выдачей результата преобразования по куби ческому закону в виде напряжения постоянного тока. Устройство работаетследующим образом..,. Генератор 10 запускается .в момент поступления входного кода V преобразуемой цифровой величины (фиг.2,а,б). Приход каждого очередного счетного импульса изменяет на единицу младший разряд кода N(4:) в счетчике 11 (фиг.26), которому соответствует очередное возбужденное состояние его выходных разрядных шин. При этом триггер 13 нахолится в единичном состоянии (фиг.2,в), вызывая замыкание ключа 3 и электронного аналогового однополюсного ключа резистора 9. .Ключ 4 разомкнут под воздействием нулевого сигнала, снимаемого с инверсного выхода триггера 13, В момент наступления равенстваN{t)aNi(H{t) текущее значение кода счетчика 11). блок сравнения 12 выдае.т короткий импульс (фи,г.2.,д) , который устанавливает триггер 13 в нулевое с.остояни.е{фиг,2в), При эт.ом состояния кгао-ча 3 э.лектрон:ного -аналогового. одн..йг1олюсного ключа рези.стбра 9 иключа- 4 изменяются на противополойсные. При переполнении счетчика 11 на выходе переноса его старшего разряда формируется короткий импульс (,г) переноса, под воздействием которого триггер 13 возвращается в единичное состояние (фиг.2в), и цикл работы повторяется с периодом Т (фиг,2 б) ,. Ток п:.-данный в суммирующую точку усилите.лк 1 со схороны входной , определяется как , I О ща if tiAl - -l V(,i,2..,} (задается цепью на основе резистора . Q - максимальное значение сопротивления резистора 9 , -Ид- напряжение источника опорного напряжения 8, При определении токаЗ в установивемся режиме работы преобразователя (задается цепью на сснове резистора 5, зшлунтированного резистором 6) будем пренебрегать пульсациями напряжения на конденсаторе 7, что возможно при остаточно большой емкости этого коненсатора. Условием динамического равновесия рассматриваемой .цепи йвляется равенство приращений заряда на конденсаторе 7 при его заряде, когда ключ 3 замкнут, а КЛЮ.Ч. 4 разомкнут, и заряде, когда ключ 4 замкнут, а.ключ 3 разомкнут . Ключи 3 и 4 работают в противофазе. Поскол-ьку заряд протекает в течение промежутка времени t, а разряд в течение Т -fe то условие можно за писать в виде . (Uo-uc)i(ueHjt u q(i+eHjUT-t), СО где 1/0 напряжение источника опорног напряжения .2; tFjj- среднее значение напряжения на конденсаторе 7; G- максимальное значение сопротивления резистора 5, равное максима ному значению сопротивления резистора 9 и резистора б; 0К,- относительная длительность п риодически повторяющихся прямоугольных импульсов (фиг.2 в)р равная -С -fccu s W 1 ЧРЙСЗКС где t: - длительность ьзриодически по торяющихся прямоугольных импульсов, формируемых триггером 13 (фиг.2,в); I пери.од повторения переполнен счетчика 11 (фиг,2., б,г) ; i|,- период повторения счетных им пульсов (фиг 2 , а) ; Wj- двоичный код преобразуемой цифровой величины; IftioiKc максима.г{ЬНЬ1 й двоичный код пр образуемой цифровой величины; и - порядковый номер периода пов торения широтно-модулированных импул сов (фиг.2,в) . Из выражения (1) находим среднее значение напряжения на конденсаторе с оОтсюда непосредственно следует, что ГО при wT -ttMT-it 1и„в(,рИ (HU)Tj, Среднее значение тока П период Т равно - 1 а. -О (i-QH,. Выходное.напряжение 11 устройства, ес пренебречь пульсациями и/Т ( к 1, 2 ,3 , после усреднения на выходе усилителя определяется как - „ „ -S „ t.,l 1г -Зд т гг ен а-идЯ где В - сопротивление резистора 14, причем Oi i/ L J- коэффициент пропорционал а «Ты V 1макс1 ности. Формула изобретения Цифро-аналоговый кубический преобразователь, содержащий операционный усилитель с параллельно включенными резистором и усредняющим конденсатором в цепи обратной связи, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, подсоединенный к счетному выходу двоичного счетчика, последовательно включенные источник опорного напряжения и широтно-управляемый ключ, цифровой управляемый резистор, управляющие входы которого соединены с входными кодовьоми шинами преобразователя и первой группой входов блока сравнения, подключенного второй группой входов к разрядным шинам двоичного счетчика, отличающийся тем, что, с целью првьлиения точности преобразования, он содержит имцульсно-управляемый резистор, дополнительный источник опорного напряжения, шунтирующий резистор, времязадающий конденсатор, однополюсный ключ и коммутирующий триггер, установочные вхбдй: которого соединены соответственно- с выходом переноса старшего разряда -двоичного счетчика и с выходом блока,-. сравнения ; один из выходов, триггера подключен к управляющему входу однополюсного ключа, а другой - к управляющим .выходам широтно-управляемого ключа и импульсно-управляемого резистора, включенного в цепь между дополнительным источником опорного напряжения и входом операционного усилителя; шунтирующий резистор подсоединен параллельно цифровому управляемому резистору, один вывод которого .подключен через времязадающий конденсатор к ши«не нулевого потенциала, а другой к B Iходу широтно-управляемого ключа и через однополюсный ключ ко входу опера ционного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1-. Смолов В,Б., Фомичев В,С. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые нелинейные вычислительные устройства, М,, -Энергия, 1974, с. 142, рис „ 6 , 2 . 2. Авторское свидетельство СССР № 421117,кл. Н 03 к 13/04, 1972,

H{i) N

нанс

HI

Пепеполнение счетчина

.равнение Hoaoo

/

3-j-e

iPui. I