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

Изобретение относится к аналогово и комбинированной вычислительной тех нике и позволяет выработать напряжение постоянного тока в соответствии с зависимостью и К DO где К - коэффициент пропорциональнос ти; Зо - значение тока опорного источ ника постоянного тока; Ву- относительные длительности входных широтно-модулированных сигналов; выходное напряжение постоянкого тока и может найти применение в информационно-вычислительных и управляющих системах, обрабатывающих широтно-импульсную информацию, а также в ряде других систем Известно устройство, содержащее уравновешенный мост, в плечи которого включены импульсно-управляемне резисторы, управляющие входы импульс но-управляемых резисторов первого, второго и третьего плеч моста являют ся входами устройства, первая вершина моста подключена к источнику опор ного напряжения постоянного тока, вторая и четвертая вершины моста через усредняющие конденсаторы, а третья вершина непосредственно подключены к шине нулевого потенциала, вторая и четвертая вершины подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого через широтно-импульсный модулятор соединен с выходом устройства и управляющим входом импульсно-управляющего резистора четвертого плеча 13 Однако в этом устройстве выходной сигнал, подчиняющийся множительно-делительной зависимости от входных ШИМ-сигналов, представлен в широтноимпульсной форме. Известно устройство, в котором выходной сигнал представлен в виде напряжения постоянного тока 2. Однако здесь входные переменные являются не ШИМ-сигналами, а напряжениями постоянного тока. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является время-импульсное множительно-делительное устройство, содержащее операционный усилитель, выход-которого является :выходом устройства,. последо:вательно соединенные первый ключ и первый маештабный резистор, включенные в цепь обратной связи операционного усилителя, управляющий вход первого ключа является первым входом устройства, .первый усредняквдий конденсатор, вклю ченный в цепь обратной связи операционного усилителя, последовательно Соединенные второй и третий ключи, подключенные ко входу операционного усилителя, первый элемент НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, а вход - к управ ляющему входу третьего ключа, вход второго ключа через последовательно соединенные второй резистор и второй усредняющий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, четвертый и пятый ключи и второй элемент НЕ, выход которого подключен к управляющему входу четвертого ключа 3 . Недостатком этого устройства является сложность, невысокие показатели точности и надежности. Цель изобретения - упрощение устройства и првьвяение его точности. Поставленная цель достигается тем что в устройство введен опорный источ ник постоянного тоца, выход которого через четвертый ключ подключен к шине нулевого потенциала, а через пятый ключ к первой обкладке второго усредняющего конденсатора, управляющий вход пятого ключа подключен ко входу вторюго элемента НЕ и является вторым входом устройства, управляющий вход третьего ключа является третьим входо устройства, выход второго ключа подключен к шине нулевого потенциала. На чертеже изображена функциональ ная схема время-импульсного множитель но-делительного устройства. Устройство содержит операционный усилитель 1, в цепь обратной связи ко торого включены последовательно соеди ненные ключ 2, управляияций вход кото рого соединен с первой входной клеммой устройства, резистор 3, усредняю щий конденсатор 4,. ключи 5 и 6. Упра ляющий вход ключа 5 через элемент НЕ 7, а управлякнций вход ключа 6 непосредственно соединены со второй входной клеммой устройства.Общий сиг нальный зажим ключей 5 и 6 через последовахельно соединенные резистор 8 и усредняющий конденсатор 9 подключе к общей точке схемы. Выход опорного источника 10 постоянного тока через ключ11, управляющий вход которого соединен с третьей входной клеммой устройства, соединен с общим згикимом резистора 8 и усредняющего конденсат ра 9, а через ключ 12, управляющий вход которого Через элемент НЕ 13 соединен с трютьей входной клеммой устройства, соединен с общей точкой схемы. Принцип работы устройства состоит в усреднении широтно-модулированных последовательностей импульсов тока с последующим преобразованием результата в среднее значение напряжения. Устройство работает следующим образом. На его первую клемму поступает ШИМ-сигнал с относительной длительностью. О-(. Этот ШИМ-сигнал управляет средним значением проводимости двухполюсника в цепи обратной связи операционного усилителя 1. Среднее значение проводимости такого двухполюсника равно (00 -Ь () где G j - проводимость резистора 3. На вторую клемму устройства поступает ШИМ-сигнал с относительной длительностью б. Этот ШИМ-сигнал парафазно управляет ключами 6 и 5, обеспечивающими широтно-импульсную модуляцию тока 0 который протекает через резистор 8 и задается RC-цепью (8, 9) и опорным источником 10 постоянного тока. Среднее значение тока JexBO входной цепи операционного усилителя 1 при условии пренебрежиме малых пульсаций напряжения на конденсаторе 9 равно 3 t ISi UG среднее значение напряжения на конденсаторе 9; Gg - проводимость резистора 8. Среднее значение напряжения Uj, за период Т ШИМ-сигнал на конденсаторе 9 можно найти из условия баланса количества электричества Q-.,, получаемого этим конденсатором при его заряде от опорного источника постоянного тока По в течение времени €,1 Т9, замкнутого состояния ключа 11, и теряемого в течение времени Т- С разомкнутого состояния ключа 11 при разрядес ра1,ртоком, определяемым проводимостью GO резистора 8. Поскольку ключи 5 и б управляются вторым входным ШИМ-сигналом с относительной длительностью G2 парафазно то с учетом потенциально заземленного входного зажима операционного усилителя 1 можно считать конденсатор 9 постоянно (во времени) зашунтированным резистором 8. Из условия баланса Qvjr QeoiMt Qy 3ofэ - UcGgr, .QiK.,P ,(T -Г, У. непосредственно следует, что п - При идеальном операционном усилителе 1 (входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению бесконечно велики) среднее значение его выходного напряжения U с учетом выражений (1)-(4) равно Применение в устройстве оперного источника постоянного тока позволяет Получить положительный эффект как за счет уменьшения числа используемых в вычислительном устройстве комплектующих изделий, так и за счет упрощения технологии его изготовлени .и настройки при одновременном улучив НИИ надежностных и точностных показателей. Кроме того,предлагаемое устройство имеет более широкую область применения, поскольку в отличие от известных устройств, ,оно. обеспечивает обработку асинхронных и асинфазных ШИМ-сигналов.

Уменьшение числа комплектующих изделий достигается за счет исключения в предлагаемом устройстве всех, за исключением двух элементов НЕ, цифровых элементов для предварительной логической обработки ШИМ-сигналов, а также сокращением в 2,5 раза числа прецизионных резисторов и в 1,5 раза усредняющих конденсаторов.

Упрощение технологии его изготовления и настройки обеспечивается, в основном, снижением требований к качеству используемых во входной цепи операционного усилителя ключей. Ключи 11 и 12 являются токовыми, а к клчам 5 и б предъявляются лишь требования идентичности прямых сопротивлений и отсутствия остаточных напряжений. Кроме того, в предлагаемом устройстве через эти ключи не протекает значительный сквозной ток. Этот ток, обусловленный опорным источником напряжения постоянного тока, накладывает дополнительные ограничения как на прямые сопротивления самих ключей в переходном режиме изменения их состояний, так и на режим функционирования операционного усилителя.

На дежностные и точностные показатели предлагаемого устройства повышаются как за счет уменьшения числа комплектующих изделий, так и за счет улучшения режимов работы ключевых элементов. Кроме того, в этом устройстве полностью исключены погрешности Обработки ШИМ-сигналов за счет возможной их асинхронности и асинфазности.

Формула изобретения

Время-импульсное множительно-делительное устройство, содержащее

операционный усилитель, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные первый ключ и первый.масштабный резистор, включенные в цепь обратной связи операционного усилителя, управляющий вход первого ключа является первым входом устройства, первый усредняющий конденсатор, включенный в цепь обратной связи операционного усилителя, последовательно соединенныевторой и третий ключи, подключенные ко входу операционного усилителя, первый элемент НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, а вход - К управляющему входу третьего ключа, ёход второго ключа, через последователно соединенные второй резистор и второй усредняющий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, четвертый и пятый ключи, и второй элемент НЕ, выход которого подключен к управляющему входу четвертого ключа, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его точности, в него введен опорный источник постоянного тока, выход которого через четвертый ключ подключен к шине нулевого потенциала, а через пятый ключ к первой обкладке второго усредняющего конденсатора, управляющий вход пятого ключа подключен ко входу второго элемента НЕ и является вторым выходом устройства управляющий вход третьего ключа является третьим входом устройства, выход второго ключа подключен к шине нулевого потенциала.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 260290, кл. G Об G 7/161, 1968.

2.Мурсаев А. X., Смолов В. Б., Угрюмов в. п. Прецизионное быстродействующее время-импульсное множительно-делительное устройство. Автометрия, 1975, W 4.

3. Авторское свидетельство СССР №608171, кл. G Об G 7/161, 1976 (прототип).

8jf

±