Аналоговое множительно-делительноеуСТРОйСТВО Советский патент 1981 года по МПК G06G7/161 

(54) АНАЛОГОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Предлагаемое аналоговое множительно-делительное устройство позволяет вырабатывать импульсный сигнал с частотой повторения

jMi С)

f « k

01

где 9, 0, 0,, относительные длительности входных широтно-импульсных сигналов;

k коэффициент пропорциональности .

Подобные устройства находят применение в информационно-вьачислительных и управляющих системах, обрабатывающих последовательности импульсных сигналов.

Известны аналоговые устройства, реализующие операции умножения и деления для импульсных сигналов Cll , Е21 и СЗ.

Известно множительно-делительное устройство, в состав которого входит уравновешенный мост, четыре плеча которого представляют собой иштульсно-управляемые резисторы (ИУР), состоящие из последовательно соединенных ключа и резистора; общий вьюод

первого и второго ИУР подключен через источник опорного напряжения к шине нулевого потенциала, а общий вывод третьего и четвертого плеч моста подключены непосредственно к этой шине. Общие выводы первого и четвертого , второго и третьего ИУР подключены соответственно к первому и второму входам дифференциального

0 операционного усилителя и через усредняющие конденсаторы к шине нулевого потенциала, выход усилителя через широтно-и тульсный модулятор подключен к выходной клемме устройст5ва и к управляющему входу кдаоча ИУР четвертого плеча моста. Работа устройства основана на автоматическс сведении баланса мостовой схемы с помсяцью цепи подбора интервала, со0стоящей из дифференциального операционного усилителя и широтно-импульсного модулятора. В установившемся режиме воспроизводится множительноделительная операция для широтно-им5пульсных сигналов l).

Недостатком зтого устройства яв-г ляется невозможность получения результата множительно-делительной опе0рации над широтно-импульсными сигналами в виде частотно-импульсного сигнала.

Известны также устройства, осуществлякйцие выработку частотно-импульсного сигнала как результата множительно-делительной операции над частотно-импульснь ш сигналами. Оно содержит соединенный с тремя источниками сигналов множительноделительный блок, реверсивный счетчик, управляемый--генератор частотных сигналов, преобразователь код-напряжение, ключев схему, интегросуммирующий усилитель, амплитудновре 11енной и временной стандартиэатоЕжл импульсов 2},

Однако это устройство не позволяет обрабатывать широтно-импульсные сигналы. Кроме того, оно отличается сложностью и громоздкостью.

Известно устрюйство для перемножения время-импульсных и частотноимпульсных сигналов. Это устрюйство содержит интегратор с цепью разряда, накопительный конденсатор, преобразователь частота-найряжение, формирователь импульсов, блокинг-генераTOpvH мультивибратор З.

Однако это устройство не позволяет реализовать операцию деления. Кроме того, оно является сложным, отличается невысокой точностью работы из-за наличия температурно-нестабильных конденсаторов, изменения емкостей которых влияют на постоянную времени интегратора и коэффициент преобразования накопительного конденсатора.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для умножения и деления сумм частотно-модулированных сигналов, функциональная характеристика которого не зависит ни от напряжения опорного сигнала источника, ни от емкости усреднякяцих конденсаторов, входящих в состав его решакщих узлов, что исключает необходимость их стабилизации. Кроме того, это устройство позволяет выполнить операции умножения и деления для широтно-импульсных сигналов с вьадачей результата в виде частотно-импульсного сигнала. Это стоойство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсноуправляемые резисторы, управляющие входы первого, второго и-третьего импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, усредняющие конденсаторы и управляемый генератор импульсов переменной частоты, первые выводы первого и второго импульсноуправляемых резисторов подключены к выходу источника опорного напряжения, вторые выводы первого и второго импульсно-управляемых резисторов подключены к соответствующим входам дифферюнциального усилителя, к первьм выводам третьего и четвертого импульсно-управляемых резисторов и к первьм обкладкам усредняющих конденсаторов, вторые обкладкн которых подключены к шине первого потенциала, выход дифференциального усилителя подключен ко входу управляемого генератора импульсов переменной частоты, первый выход которого является выходом устройства, второй вы0вод третьего импульсно-управляемого резистора подключен к шине нулевого потенциала 4.

Недостатком этого устройства является сложность и ограниченный динаSмический диапазон обрабатываемых частотно-модулированных сигналов.

Цель изобретения - упрощение, устройства и расширение динамического диапазона выходного сигнала.

Поставленная цель достигается тем,

0 что в известное устройство введены дополнительный ключ и дополнительный конденсатор, при зтом второй вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный кон5денсатор подключен к шине нулевого потенциала, вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный ключ подклочен к шине нулевого потенциала, управляю0щий вход четвертого импульсного управляемого резистора подключен к пер вому выходу управляемого генератора импульсов переменной частоты, второй выход которого подключен к управляе5мому входу дополнительного ключа.

На чертеже, показана функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсноуправляемые резисторы {ИУР - 1 - 4),

0 дополннтельный конденсатор 5, дополнительный ключ 6, источник 7 опорного напряжения, дифференциальный уси;литель 8, усредняющие конденсаторы ,9 и 10, управляемый генератор 11 им5пульсов переменной частоты , шину 12 нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом.

Импульсно-управляемые резистор

O 1-4 образуют автобалансный мост, условие равновесия которюго запишется следующим образом

UQ Uffr (2) где UQ и Уд - постоянные составляю5щие (средние значения) напряжений в точкгис а и б {см. чертеж) ,

При изменении входных широтно-модулированных сигналов 9, 3, бо, обеспечивается за счет изменения средОнего значения проводимости четвертого плеча. Способ усреднения импульс них последовательностей предполагает выбор таких значений емкостей .

усредняющих конденсаторов 9 и 10,

5 jcpTOjsfle обеспечивают достаточно большие в сравнении с периодом широтномодулированных сигналов постоянные времени импульсно-управляемых делит лей напряжения. Вследствие этого пу сациями напряжений на выходах этих импульсно-управляемых делителей напряжения (точки а и б) при рассмотр нии установившегося режима работы устройства можно пренебречь и счита эти напряжения постоянными. Уровни этих напряжений определяются напряжением источника 7 и средними значе ниями проводимостей плеч моста. При нимая во внимание пропорциональност среднего значения проводимости ИУР относительной длительности управляю щего ШИМ-сигнала и идеальность дифференциального операционного усилит ля 8 постоянного тока, можно опреде лить - напряжение опорного ис точника 7; бд и 6j,- проводимости резисторо входящих в состав ИУР и 3 соответственно. Среднее значение проводимости че вертого плеча моста, определяемого как - среднее значение тока, вы текающего из вершины а (фиг. 2) в общую точку схемы; UQ - среднее значение напряжения на конденсаторе 9, . с f , где с - емкость конденсатора 5; f - частота следования импульсной последовательности, поступающей на управление ключами четвертого плеча моста. Если предположить, что конденсатор 5 полностью заряжается в течени времени замкнутого состояния ключа и разомкнутого состояния ключа б и полностью разряжается при противопо ложных состояниях этих ключей, то среднее значение тока, вытекающего из вершины а (фиг. 2) равно 1« 1 - где ft - заряд, получаемый конденсатором 5 при замкну том ключе ИУР 4 и разом кнутом состоянии ключа а также теряемый им при противоположных состоян ях этих ключей; - период следования импул ной последовательности, поступающей на управление ключами четвертого плеча моста. Учитывая определения среднего значения проводимости четвертого пл ча моста, отсюда непосредственно получают выражение: . б-, 0-1 б,в,+ cf При равновесии моста согласно (2) + cf бдвх1 + ба&з Отсюда следует, что f 1 б- влбг& . а-,еэ ба в 2 и соответствует выражению (1). Устройство работает следующим образом. На управляющие входы 4пульсноуправляемых резисторов 1-3 поступают входные широтно-модулированные сигналы с относительными длительностями 9 , 0а , 03 . Выходной частотномодулированный сигнал с частотой повторения импульсов f управляет средним значением проводимости четвертого плеча моста. При вштолнении условий,(4T5)Te и (T-ty,),()e. cR, где t - длительность импульсов в выходной частотно-модулированной последовательности, имеющей повторе- а ния Т I/f, сопротивление резистора ИУР 4 обеспечивается полный перезаряд конденсатора 5. При достаточно большой емкости усредняющих конденсаторов 9 и 10 обеспечивается фильтрация периодических напряжений, появляющихся при работе импульсно-управляемых резисторюв, с выделением на них средних значений напряжений в вершинау а и б. Измерение длительности входных широтно-модулированных сигналов приводит к пропорциональному изменению средних значений проводимостей импульсноуправляе их проводимостей первого, второго и третьего плеч моста, что вызывает изменение постоянных составлякяцих напряжений в вершинах айв. Дифференциальный операционный усилитель 8 постоянного тока, включенный в измерительную диагональ моста, выделяет и усиливает разность потенциалов в этих вершинах. Выходное напряжение с усилителя с помощью управляемого генератора 11 импульсов переменной частоты преобразуется в частотно-модулированный сигнал, который управляет средним значением проводимости четвертого плеча моста, обеспечивая отрицательиую обратную связь. Тем caMiJM автоматически балансируется мостовая схема, т.е. выравниваются постоянные составляющие потенциалов вершин а и б. Таким образом, в установившемся состоянии схемы выполняется условие (2), и значение выходной величины устройства определяется выражением (1). Применение предлагаемого импульсно-аналогового множительно-делитель