Время-импульсное множительное устройство Советский патент 1980 года по МПК G06G7/161 

(54) ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, к измерительным элементам устройств преобразования информации и управления Широко известны время-импульсные множительные устройства,состоящие из широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и амплитудного модулятора (АМ l| и 2 . В таких множительных устройствах ШИМ обычно состоит из интег .ратора и неинвертирующего компарато ра, а амплитудный модулятор строитс на компенсированных транзисторных ключах. Основным недостатком множительных устройств с ШИМ и AM является сложность управления ключами AM,что приводит к многочисленным конкретным ре шениям l . Наиболее близок к п{эедлагаемому устройству время-импульсный умно5китель 3 , содержащий операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен интег рирующий конденсатор, компаратор, выход которого через масштабный резистор подключен к первой обкладке интегрирующего конденсатора, и источники перемножаемых сигналов. Несмотря на то, что развитие интегральной технологии позволило выполнить ШИМ на двух стандартных операционных усилителях (ОУ),схема множителя в целом;остается достаточно сложной, что во многих случаях неприемлемо. Целью изобретения является упрощение схемы множительного устройства при ограниченных требованиях к точности. Поставленная цель достигается Тем, что в известное время-импульсное множительное устройство,содержащее операционный усилитель,инвертирующий вход которого подключен к первой обкладке интегрирующего конденсатора, компаратор, выход которого через первый масштабный резистор, подключен к первой обкладке интегрируквдего конденсатора, и источники перемножаемых сигналов,один из которых подключен через второй масштабный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, введен выпрямительный мост, включенный между выходом операционного усилителя и второй обкладкой интегрирующего конденсатора, в диагональ вышэямительного моста включены последовательно соединенные стабилитрон и другой источник перемножаемых сигналов , вход компаратора соединен со второй обкладкой интегрирующего конденсатора, выход операционного усилителя является выходом устройства.

Принципиальная схема время-импульрнрго множительного устройства представлена на фиг.1. Кривые,поясняющие работу множительного устройства,приведены на фиг.2.

Время-импульсное множительное устройство содержит операционный усилитель 1, источник перемножаемого сигнала 2,интегрирующий конденсатор 3, первый масштабный резистор 4, второй масштабный резистор 5, компаратор б, состоящий из масштабных резисторов 7 и 8 и операционного усилителя 9, выпрямительный мост на диодах 10-13, стабилитрон 14, другой источник перемножаемого сигнала 15,

Сущность изобретения состоит в том, что одновременно с переключением компаратора изменяется направление тока в интегрирующем конденсаторе 3, а следовательно, и выходного тока операционного усилителя 1, что и предложено использовать для коммутации выпрямительного моста и соответствующего смещения потенциала на выходе операционного усилителя 1, куда подключена нагрузка.

В предложенном устройстве отсутствует необходимость в амплитудном модуляторе на выходе компаратора и среднее значение напряжения выхода не зависит от сопротивления нагрузки

Устройство работает следующим образом. При положительном напряжении на выходе компаратора и указанной полярн ости источника 15 интегрирующий конденсатор 3 перезаряжается током, равным сумме токов на резисторах 4 и 5, если предположить, что ток выхода операционного усилителя 1 равен нулю.

(О

- «t

и в результате напряжение на интегрирующем конденсаторе

c uJtVu(o)-(3.:jg(St. (а)

о ... .,.. - ..).. - ;,

В момент равенства величин токов через резисторы 7 и 8 в моментвремени t компаратор переключателя. .Если предположить, что в обоих состояниях компаратора напряжение на его выходе стабильно и равно U.,, то

--(.,.

(i)

где тгз

t-.3

или N 7()

Начальное напряжение на ийтегрирующем конденсаторе U(;(0) опредепредыдущим переключением и

UK «8

Ue(0)

(51

После переключения компаратора конденсатор начинает перезаряжаться

с7,-з,.а, (6)

Время перезаряда до переключения компаратора

UK-C

(7)

- RvCV s)

в результате относительная разность длительностей пропорциональна, входному сигналу X

.to-lA

ЯдУ;.

2в,

Са)

4

з.У

- i

так как RA .

(9)

- 5

Соотношение (8) свидетельствует о наличии линейной широтно-импульсной модуляции.

Кривые, поясняющие работу широтно-импульсного модулятора приведены на фиг.2а.

Наличие выпрямительного моста не сказывается на напряжении на интегрирующем конденсаторе 3, так как токи на входе операционного усилителя 1 не изменяк тся. Следовательно не изменяются и интервалы времени t и t, а изменяется лишь напряжение на выходе операционного усилителя 1 на величину падения напряжения на выпрямительном мосте (фиг.26).

На интервале О t t напряжение на выходе меньше напряжения на конденсаторе (фиг.2б):

J;ы,.-V(-VUcт- X (0)

где и - прямое падение напряжения

на диодах 10-13,

и. - напряжение стабилитрона 14 -. Y - напряжение источника перемножаемого сигнала 15. В интервале t t 4 напряжение на выходе больше напряжения на конденсаторе на ту же величину (фиг.26):

,) С) в этом случае среднее значение напряжения за цикл колебаний широтно-импульсногр.модулятора

Uew

oUeb x t

t.- t.

Bbtx

(41)

,too.t

t.4

D CT)

Так как конденсатор перезаряжася в симметричных пределах, то рвый интеграл в (12) равен нулю, тогда с.учетом (8)

b,r,(.V -fiJ;V. (3

При напряжениях X и Y переменного тока частотой f, которая значительно ниже частоты колебаний широтно-импульсного модулятора, первое слагаемое в (13) за период этой частоты равно нулю, а среднее значение

аых R;-U ), (А

1 О

где X и Y - напряжения переменного тока.

Таким образом, (14) свидетельствует о достижении цели изобретения.

Необходимо отметить, что выходное напряжение практически не зависит от сопротивления нагрузки.

Схема выпрямительного моста может отличаться от приведенной на фиг.1 включением стабилитронов и источника сигнала. Например, может быть использовано два стабилитрона включенных в смежные плечи вместо диодов, и исключен стабилитрон в диагонали. Из диагонали может быть исключен источник сигнала, который может быть подключен в одно или несколько плеч выпрямительного моста.

Формула изобретения

Время-импульсное множительное устройство, содержащее операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к первой обкладке интегрирующего конденсатора,компаратор, выход которого через первый масштабный резистор подключен к первой обкладке интегрирующего конденсатора , и источники перемйожаемых сигналов, один из которых подключен через второй масштабный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью упрощения множительного устройства при ограниченных требованиях к точности, в устройство введен выпрямительный мост, включенный между выходом операционного усилителя и второй обкладкой интегрирующегоконденсатора, в

5 диагональ выпрямктельйого моста включены последовательно соединенные стабилитрон и другой источник перемножаемых сигналов, вход компаратора соединен со второй обкладкойинтег0рирующего конденсатора, выход операционного усйлйт еля явлйё тс я выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

. 1. Экспресс-информация Приборы и элементы айтоматики № 34, 1972, с. 4-5.

0 рис. 7.15.

кл. 307-229, опублик. 1972 (прототип),

и.