Вычислительное устройство для широтно- импульсных сигналов Советский патент 1980 года по МПК G06G7/12 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известно вычислительное устройство для время-импульсных сигналов 1, содержащее формирующий и разделитель- 5 ный узлы импульсов, разрядное устройство, интегрирующий усилитель, триггер, генератор пилообразного напряжения, эмиттерный повторитель, ключевые элементы, запоминающий конден- 10 сатор, компаратор и электромагнитные линии задержки. Это устройство отличается сложностью и громоздкостью, невысокой точностью преобразования, обусловленной критичностью резуль- 15 тата преобразования к временной и температурной нестабильности постоянной времени интегрирующего усилителя, невозможность работы в следящем (непрерывном) режиме.20

Наиболее близким техническим решением является вычислительное устройство для широтно-импульсных сигналов 2.1 , содержащиее мост, образованный четырьмя импульсно-управляе- 25 мЕлми резисторами, источник постоянного напряжения, подключенный шиной нулевого потенциала и общим выводом первого и второго импульсноуправляемых :-резисторов, общий вывод ЗО

третьего и четвертого импульсноуправляемых резисторов подключен к шине нулевого потенциала, управляйщие входы первого, второго и третьего ймпульсно-управляемых езисторов являются входами устройства, дифференциальный усилитель, первый и второй входы которого подключены соответственно к общему выводу первого и четвертого и .к общему выводу второго и третьего импульсно-управляе№jx резисторов и через первый и второй усредняющие конденсаторы - к шине нулевого потенциала, щиротноимпульсный модулятор, вход которого подключен к выходу операционного усилителя, а выход соединен с управляющим входом четвертого импульсноуправляемого резистора, являющимся выходом устройства.

Недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления корня квадратного из разности постоянной величины и результата множительноделительной операции.

Это достигается тем , что вычислитёльйое устройство для широтноимпульсных сигналов, содержащее мост образованный четырьмя импульсно-управляемыми резисторами, каждый из которых выполнен на последовательно соединенных резисторе и ключе, источник постоянного напряжения, подклю.ченный между шиной нулевого потенциала и общим выводом ключей первого .и второго импульсно-управляемЕлх резисторов, общий вывод ключей третьего и четвертого импульсно-управляеюлх .резисторов подключен к шине нулевого потенциала управляющие входы ключей первого, второго и третьего импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, дифференциальный операционный усилитель, первый и второй входы которого соединены через первый и второй.усредняющие конденсаторы с шиной нулевого потенциала и подключены соответственно к общему выводу резисторов первого и третьего импульсно-управляемых резисторов и к общему выводу резисторов второго и четвертого импульсно-управляемых резисторов, широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя , а выход - к управляющему входу четвертого импульсно-управляемого резистора, дополнительно содержит третий усредняющий конденсатор, цифровой инвертор и пятый импульсноуправляемый резистор, выводы которого подключены к шине нулевого потенциала, а управляющий вход - к выходу цифрового инвертора, являющегося выходом устройства, вход цифрового инвертора подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, трети усредняющий конденсатор включен между общим выводом ключа и резистрра пятого и общим выводом ключа и резистора четвертого импульсно-упраляемых резисторов.

Блок-схема устройства приведена на чертеже.

.Вычислительное устройство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсно-управляемые резисторы 1,2,3 и 4, источник постоянно. го напряжения 5, дифференциальный операционный усилитель б, первый и второй усредняющие конденсаторы 7,8,широтно-импульсный модулятор 9, цифровой инвертор Ю, пятый импульсно-управляемый резистор 11, третий усредняющий конденсатор 12.

Устройство работает следующим образом.

На управлякядие входы импульсноуправляемых резисторов 1,2,3 поступают входные широтно-импульсные сигналы в виде периодически повторяющихся прямоугольных импульсов с относительными длительностями Q,, Q

в каждом из периодов Т работы ключ импульсно-управляемого резистора соответственно 1-4, 11 замкнут в течение времени f и разомкнут в течение времени T-f . Проводимость импульсно-управляемого резистора в среднем пропорциональна относительно длительности управлякяцего широтноимпульсного сигнала. Развязка по переменному току импульсно-управляемых резисторов 1-4, 11 между, собой обеспечивается усредняющими конденсаторами 7,8,12. Благодаря им на входы дифференциального усилителя 6 постуйают только постоянные составляющие напряжений в точках а и б

см.чертеж),

а высшие гармоники подавляются.

Изменение относительных длительностей управляющих широтно-импульсных сигналов приводит к пропорциональному изменению проводимостей -импульсно-управляемых резисторов 1-3 что вызывает изменение постоянных составляющих напряжений в тбчках а и б. Разность этих напряжений через дифференцисшьный усилитель б воздействует на широтно-импульсный модулятор 9, который благодаря отрицательной обратной связи подбирает выходную величину схемы так, чтобы мост оказался уравновешенным. Известно, что условиеравновесия моста состоит в следующем

, (1)где Ug , U5 - постоянные составляющие напряжений, действукядих в точках а и б.

Учитывая пропорциональность среднего значения проводимости импульсноуправляемого резистора относительной длительности управляющего широтноимпульсного сигнала и идеальность дифференциального операционного усилителя постоянного тока, можно запии-0„)с,в,.1,

(2) . (3) CE-Og),qsG,,95,

US-E г ъ

где Е - напряжениэ источника 5, Q,,Q,j,Qj- проводимости резисторов, входящих в состав соответствующих импульсно-управляемых резисторов 1,2,3;

la - постоянная составляющая тока, вытекающего из узловой точки а через импульсно-управляемый резистор 4 в общую точку схемы.

Значение тока Ig для установившегося режима работы cxeNw можно найти из условия равенства -приращений количества злектричества, приобретаемого конденсатором 12 при заряде , и меряем го им при разряде в течение соответствующих интервалов широтно импульсных сигналов, управляющих импульсно-управляемыми резисторами и 11, на одном периоде коммутации ключей. В течение интервала времени , (bfeix длительность прямоугольного импульса выходного широтно-импульс го сигнала, определяемого как ©ьих где Т - период повторения широтноимпульсного сигнала, когда ключ им пульсно-управляемого резистора 11 замкнут, а ключ импульсно-управляе мого резистора 4 разомкнут, осущес вляется заряд конденсатора 12, а в Течение интервала времени (T-tf,o(x когда упомянутые ключи изменяют свое состояние на противоположное, осуществляется разряд конденсатора 12. С учетом выполнения условия (C/G )Т (С - емкость конденсатор 12, G - проводимость импульсно-управляемых резисторов 4 и 11), позво ляющего пренебречь пульсациями напр жения на конденсаторе 12, в установившемся режиме работы схемы можно .«lap- U -UjC t,; записать ..), здесь УС - постоянная составляющая напряжения на конденсаторе 12. Из условия. ЛQjgp uQp3j определи ,x-w Тогда ток, вытекающий из узла а, изменяется во времени согласно зав сймости JCe.-Uc К; при lil t nT t, при (, и„е К.--0.1,2... Среднее за период Т зЯачение то ) 1 равно V4I V a C - lbwVC ктс учетом выражения (k} и выражения получим. (E-Uo,)(1-0J,), о - .O-9,) Принимая во внимание условие {1) и .выражения (3 ) и ( 5) i можно записат f 1 -г г&г Qn9( . ,0i Из ЭТОГО уравнения нетрудно определить значение выходной величины Применение предлагаемого вычислительного устройства для ШИС, обесйечива1ощего выполнение наряду с множительнО делительной операцией операции вычитания и,извлечения корня квадратного за счет структурной характеристики устройства, позволяет получить экономический эффект как за счет уменьшения числа используемых в вычислительном устройстве комплек.тукхцих изделий, так и за .счет упрощения технологии его изготовления и настройки при одновременном улучшении метрологических характеристик. . . . Формула изобретения Вычислительное устройство для широтно-импульсных сигналов, содержащее мост, образованный четярьмя импульсно-управляемыми резисторами, каждый из которых выполнен на последовательно соединенных резисторе и ключе, источник постоянного напряже.ния, подключенный между шиной нулевого потенциала и общим выводом ключей первого и второго импульсноуправляемых резисторов,общий вывод ключей третьего и четвертого импульсно-управляемых резисторов подключен к шине нулевого потенциала, управляющие входы ключей первого, второго и третьего импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, дифференциальный операционный усилитель, первый и второй входы которого соединены через первый и второй усредняющие конденсаторы с шино.й нулевого потенциала и подключены соответственно к общему выводу резисторов первого и третьего импульсно-управляемых резисторов и к общему выводу резисторов второго и четвертого импульсно-управляемых ре-, зисторов, широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, а выход - к управляющему входу четвертого импульсно-управляемого резистора, отличающеес я тем, что, с целью расширения функционэльнЕдх возможностей за счет вычисления корня квадратного из разности постоянной величины и результата множительно-делительной операции, оно содержит третий усредняющий конденсатор, цифровой инвертор и пятый импульсно-управляемый резистор, выводы которого подключены к шине нулевого потенциала, а управляющий вход - к выходу цифрового инвертора, являющегося выходом устройства, вход цифроврго инвертора подключены к выходу широтно-импульсного модулятора, третий усредняющий конденсатор включен между общим выводом ключа и езистора пятого и общим выводом

ключа и резистора четвертбго импульсно-управляемых резисторов.

Источники информации, Яринятые во внимание при экспертизе 1.Карпов Р.Г., Карпов Н,Р. Преобразование и математическая обработка

широтно-импульсных сигналов, М., Маг шиностроение, 1977, с.78.

2.Авторское свидетельство СССР 260290, кл. G 06 G 7/16, 1970 (прототип),