Устройство для нелинейного преобразования широтно-модулированных сигналов Советский патент 1978 года по МПК G06G7/12 

no три масштабных резистора, по одному двухпозиционному переключателю и по одной усредняющей емкости. Вторые полюсы этих трехполюсников также объе динены и подключены к входу операцион ного усилителя постоянного тока. Первый полюс первого трехполюсника соединен с выходом опорного напряжения постоянного тока, а первый выход второго трехполюсника - через ана логовый инвертор с выходом операционного усилителя постоянного тока, являющегося выходом устройства в целом Управляющие входы двухпозиционнык переключателей объединены и являются импульсным входом устройства в целом Первый масштабный резистор трехполосника включен между его первым полюсом и первой клеммой двухпозиционного переключателя, второй масштабный резистор - между первым полюсом и второй клеммой двухцозиционного пере ключателя, соединенной через усредняющую емкость с Ниной нулевого потенциала, а третий масштабный резистор включен между третьей клеммой двухпозиционного переключателя и входом операционного усилителя пос-. тоянного тока. Как первое, так и второе описанны выше устройства для точного выполнения математической операции над ид ротно-модулированными величинами тре буют стабилизированного опорного напряжения. Кроме того, первое устройство воспроизводит множительную зави симость над ШИМ-сигналами и не позаоляет реализовать операцию (1). Второе устройство, осуществляя синусное преобразование входной широтно-модулированной величины, не позволяет, во-первых, обрабатывать отношение широтно-модулированных вел чин, а во-вторых, имеет выходную величину не в виде ШИМ-сигнала, а в виде напряжения прстоя шого тока. Наиболее близким техническим реше нием к данному изобретению является устройство для нелинейного преобразо ванич широтно-модулированных сигналов, содержащее уравновешенный мост, в каждое плечо которого BKJffl)4eHbJ соо ветственно последовательно соединенные резистор и ключ, управляющие входы ключей второго и третьего плеч уравновешенного моста являются входа ми устройства, первая вершина уравно вешенного моста подключена к источни ку опорного напряжения, его вторая и четвертая вершины через сглаживающ конденсаторы, а третья вершина непое редственно подключена к шине нулевог потенциала, вторая tr четвертая верши ны подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого че рез широтно-импульсный модулятор сое нен с выходом устройства и с управля щим входом ключа четвертого плеча Уравновешенного моста з. Недостатком этого устройства является невозможность получения синуса отношения ШИМ-сигналов и невысокая точность. Целью предполагаемого изобретения является расошрение класса решаемых задач и повышение точности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит дополнительный сглаживакмдий конденсатор, два масштабных резистора и инвертор, вход которого соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход подключен к управляющему входу ключа первогоплеча уравновешенного моста, первый масштабный резистор включен между первой и четвертой вершинами уравновешенного моста, а второй масштабный резистор, включен в четвертое плечо уравновешенного моста между его четвертой вершиной и своооным выводом резистора этого плеча, соединенным через дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. Устройство состоит из уравновешенного моста, в каждое плечо которого включены соответственно соединенные последовательно резисторы f и ключи 2 , источника 3 опорного напряжения,дифференциального усилителя 4, широтно-импульсного модулятора 5, сглаживающих конденса- . торов б, 7, 8, масштабных резисторов 9, 10 и инвертора 11. Сочетание последовательно соединенных ключа и резистора в плечах моста образует импульсио-управляемые резисторы. Принцип расширения класса решаемых задач и повышения точности выполнения им операции деления состоит в следующем. Можно показать, что для функции Y olt-csin Х справедливо приближение с приведенной погрешностью, не превосходящей 0,15%, вида 7,0744 Л 10, Здесь О S X i Исходную аппрокснюсруницую формулу (3) можно представить в виде, удобном для ее реализации с помощью мостовой to-f , 1-х 2Ь 2Ъ и b должны Здесь коэффициенты d удовлетворять условиям 2clb 7,0744, ,Obi64, Если положить X вых относительная длительность выходного ШИМ-сигнала), то с учетом линейной зависимости средних значений проводимостей импульсно-управляемых резис торов второго и третьего плеч моста нетрудно записать статическую функциональную характеристику уравновешенного моста в виде f±li-.-QBb.xV ,,,,. ч 2b 2b / Здесь 0 и 02 относительные длительности входных ШИМ-сигналов, поступающих на управляющие входы импульсно-управляемых резисторов вто рого и третьего плеч моста. При этом предполагается, что проводимости этих импульсно-управляемых резисторо равны между собой. Выражение в скобках соотношения (5) реализуется с п мощью импульсно-управляемого резисто ра, проводимость резистора которого пропорциональна 1/2 fe и на управляющий вход которого поступает фазои версная выходной широтно-импульсная величина ©вых . причем это импульсно-управляемый резистор зашунтирован масштабным резистором с проводимостью, пропорциональной % . . - . . О Сомножитель для 02 в правой части выражения (5) реализуется с помощью последовательного соединения импульс но-управляемого выходной ШИМ-величиной 0ВЫХ резистора и масштабного резистора, проводимость которого пропорциональна а. Устройство работает следующим образом. На управлякнцие входы ключей 2 и 2 поступают входные ШМ-величины с относительными длительностями Oj и 0 соответственно. Выходной ШИМ-сигнал управляет ключом 2 непосредственно Относительной длительностью вых. ключом 2 инвертор 13, т.е. относительной длительностью 1 - ввь1х-При достаточно большой емкости сглаживающих конденсаторов 6, 7, 8 обеспечивается развязка постоянных и импульсно-управляемых резисторов (об разованных сочетанием резисторов ключей 2) между собой п переменному току,- что и позволяет сч тать среднее значение проводимости двухполюсника ключ-резисторпропорциональным относительной длительности управлякядего ШИМ-сигнала. Тогд изменение длительностей управляющих ШИМ-сигналов приводит к пропорционал ному изменению проводимостей первого второго и третьего плеч моста и к др но-рациональному по Ogbix изменению пр водимости и четвертого плеча моста. Это вызывает изменение потенциалов в точках пoдкJПoчeния сглаживающих ко денсаторов, в частности конденсаторо 6 и 7. Дифференциальный усилитель 4 постоянного тока выделяет и усиливае разность потенциалов на этих конденсаторах; в другую диагональ моста включен источник 3 опорного напряжения. Выходное напряжение усилителя с помощью широтно-импульсного модулятора 5 преобразуется в ШИМ-сигнал с относительной длительностью вц,„х, который поступает непосредственно на управляющий вход ключа 24 и через инвертор 11 на управляющий вход ключа 2, обеспечивая автоматическое сведение баланса моста, т.е. выравнивание постоянных составляющих потенциалов на входах усилителя 4. Таким образом, в установившемся состоянии схемы имеет место уравнение баланса моста. где (l-eB,Ua, среднее значение проводимости первого плеча моста; Q«-6202 среднее значение проводимости второго плеча моста; ,e - среднее значение проводимости третьего плеча моста; (вь.1-) Сц.1 - среднее значение проводимости четвертого плеча моста. Здесь G,Q2,Q3.4 проводимости резисторов .Q. г с1эгя/- ч г-м т 1 - 1 «i проводимости масштабных резисторов 9 и 10. Сравнивая между собой уравнения (5) и (6), уставнавливаем соотношения между проводимоетями резисторов моста i-r-L i- ,-, Эти соотношения обеспечивают реализацию уравнения (5), или равносильного ему уравнения (4) при условии Y - С учетом (3) и (2) получаем 9l - -- си-смп -arcsin-Т вых 8, что, очевидно, эквивалентно зависимости (1) . Возможность синусного преобразования результата операции деления ШИМвеличин, достигнутая в предлагаемом устройстве, обуславливает целесообразность его использования в различных системах управления техническими объектами и технологическими процессами, когда к вычислительным преобразователям предъявляются жесткие требования по габаритам, весу, надежности и точности функционирования при умеренных требованиях к быстродействию. Формула изобретения Устройств для нелинейного преобазования широтно-модулированных сигалов, содержащее уравновешенный мост, каждое плечо которого включены соотетственно последовательно соединенные резистор и ключ, управляющие входы ключей второго и третьего плеч уравно вешенного моста являются входами устройства, первая вершина уравновешенно го моста подключена к источнику опорного напряжения, его вторая и четвертая вершины через сглаживающие конден саторы а третья вершина непосредст(Венно подключены к шине нулевого потенциала, вторая и четвертая вершины подключены ко входам дифференциальног усилителя, выход которого через широт но-импульсный модулятор соединен с вы ходом устройства и с управляющим входом Ключа четвертого плеча уравновёшейного хоста, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач и повшления точности работы устройства, оно содер жит дополнительный сглаживающий конденсатор, два масштабных резистора и инвертор, вход которого соедирен с выходом широтн0 импульсного модулятора, а выход подключен к управляющему входу ключа первого плеча уравновешенного моста, первый масштабный резистор включен между первой и четвертой вершинами уравновешенного моста, а второй масштабный резистор включен в четвертое плечо уравновешенного моста между его четвертой веришной и свободным выводом резистора этого плеча, соединенным через дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Смолов В.Б., Угрюмов В.П. ВремяИмпульсные вычислительные устройства, Л., Энергия, 1968. 2.Никитенко С.Г, и др. Время-импульсные функциональные преобразователи с аппроксимацией воспроизводимых зависимостей рациональными дробями,. М., АИ Т., 1973, № 2. 3.Авторское свидетельство СССР №. 260290, кл. G06 Q 7/16, 1968.

3- г13гИ

Х