Время-импульсное множительное устройство и его варианты Советский патент 1981 года по МПК G06G7/16 

(54) ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ЕГО ВАРИАНТЫ

1

Предлагаемое устройство относится к области электроизмерительной и аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для перемножения двух аналоговых сигналов в системах автоматического управления, в измерительных преобразователях активной мощности и эффективного значения переменного напряжения

Известны время-импульсные множительные устройства 111, состоящие из широтно-импульсного и амплитудного модуляторо.в. Наличие амплитудного модулятора, требующего специальных элементов для управления этим модулятором (трансформаторы, транзисторные схемы сдвига уровня усложняет схему множительного устройства, снижает ее надежность, приводит к дополнительным погрешностям.

Наиболее близким к изобретению является множительное устройство 23/ содержащее широтно-импульсный модулятор и двухтактный транзисторный амплитудный модулятор.

Недостатком этого множительного устройства является наличие транзисторного амплитуд ного модулятора, состоящего из четырех транзисторов :и требующего двух электрически изолированных каналов управления, что значительно усложняет схему.

Целью изобретения является упрощение время-импульс-ного множительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, .что в предложенное время-импульсное множительное устройство,содержащее широтно импульсный модулятор, источник перво10го входного сигнала, выход которого подключён ко входу широтно-импульс ного модулятора и источник второго входного .сигнала, введены первый и йторой токозадающие резисторы и пер15вый и второй ключевые диоды. Первые выводы токозадающих резисторов объединены и подк.г1ючены к вьисоду широтно-импульс но го модулятора. Второй вывод первого токозадакщего резистора

20 подключен к аноду первого ключевого диода, катод которого подключен к од-ному выходу источника второго входного сигналаi а.второй вывод второго токозадакщего резистора подключен к катоду второго ключевого диода, анод которого подключен к другому выходу источника второго входного сигнала.

На фиг.1 приведена функциональная схема в 5емя-импульсного множительного устройства, в которой две парал30лельные одинаковые ветви, состоящие из резистора, диода и второго источника управляющего сигнала, подключены к выходу широтно-импульсного модулятора непосредственноf на фиг.2 вариант предлагаемого устройства, в котором две параллельные ветви подключены к выходу широтно-импульсного модулятора через конденсатор; на фиг.З дана форма напряжения на -выходе широтно-импульсного модулятора. Время-импульсное множительное устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, источник первого входного сигнала 2, разделительный конденсатор.3, токозадающие резисторы 4 и 5, ключевые диоды б и 7 и ибточник второго входного сигнала 8. Ко входу модулятора 1 подключен Источник первого входного сигнала 2, к .выходу непосредственно (см.фиг.1) либо через конденсатор-3 .(см. фиг. 2) подключены две одинаковые параллельные ветви, одна из которых содержит последовательно соединенные токозада ющий резистор 4, ключевой диод б, а другая - токозадающий резистор 5 и. ключевой диод 7. Рассмотрим работу схемы множитель ного устройства, приведенного на фиг.1. Предположим, что широтно-импульс ный модулятор генерирует на выходе двухп.олярные прямоугольные импульсы различной амплитуды и-д и U (см. фиг.З,а) . Причем среднее значение вы ходного напряжения широтно-импульсн го модулятора за перийд его работы (за время t Q) равно нулю, что имеет место во многих широтно-импул ных модуляторах, вьшолненных с прим нением магнитных сердечников Относительная разность f положительного t и отрицательного t/2 импульсрв выходного напряжения широтно-импульсного. модулятора, определя ется следуюцим соотношением: К и i, где напряжение источника 2; К - коэффициент пропорциональности. При положительном напряжении на выходе широтно-импульсного модулято ра с амплитудой UУ будет открыт ди 6. Ток через него (полагая ключевые диоды б, 7 идеальными, а полярность напряжения источника второго входно го сигнала 8 соответствукщей фиг.1) равен с) ч R .где Уд- напряжение источника 8;. Ri- сопротивление резистора 4. При отрицательном напряжении шир но-импульсного -модулятора с амплиту ои открыт диод 7 и ток через него ig будет равен Н 5- U5 где R5 сопротивление резистора 5. Среднее значение тока I («р на выходе множительного устройства (фиг.1) за период работы модулятора tj равно (полагая К Rj R) . о . е 1-4 СР- t, + ta. R(.t,4ti) « Поскольку первый член в (4) определяется величиной Oot. t,4t, которая представляет среднее значение напряжения выхода широтно-импульсного модулятора за период его работы, то он равен нулю. Соотношение (4} с учетом этого .соображения и с учетом выражения (1) преобразуем к следующему виду: ; ) Как видно из выражения (5); среднее значение тока на выходе множительного устройства за период работы широтно-импульсного модулятора пропорционально произведению входных управляющих сигналов. Если среднее значение напряжения на выходе широтно-импульсного модулятора не равно нулю, но выходное напряжение имеет стабильную амплитуду (иЬ Uo ) (фиг. 3,6) что также имеет место во многих схемах широтно-импульсных модуляторов, то среднее значение выходного тока (р в этом случае равно i p KUo-0,,j.C65 Если входные сигналы Цдявляются периодическими функциями с периодом Т и их средние значения за период Т равны нулю, что имеет место пои использовании множительных устройств в измерительных преобразователях активной мощности или эффективного значения переменного напряжения, то среднее значение выходного тока множительного устройства за период входных сигналов будет равно среднему значению произведения входных сигналов. . Первый член из выражения (6) в этом случае обращается в нуль, поскольку среднее значение Uj за период Т равно нулю. Если )ле требуется перемножить мгновенные значения входных сигналов с помощью предлагаемого мн жительного устройства, когда средне значение напряжения выхода широтноимпульсного модулятора не равно нул в предлагаемом устройстве между шир но- импульсным модулятором .и диодной цепью необходимо включить конденсат а выходной сигнал снимать в виде на ряжения с диодной цепи (фиг.2) . При положительном (+) напряжении на выходе широтно-импульсного модул тора при условии, что Ug-ylUijImax открывается как и в предыдущем случае диод 6. Напряжение на выходе мн жительного устройства ugJ,} в этом случае равно ивЫ) 4 . в) где i - ток, протекающий через диПри отрицательном (-) напряжении на выходе широтно-импульсного модул тора открывается диод 7 и напряжени на выходе множительного устройства вьы где 15 - ток через диод 7. При выводе соотношений С8),(9) диоды б, 7 предполагаются идеальными. СредНее за период работы широтн импульсного модулятора напряжение U на выходе множительного устройства определяется следумдим обра.зом: (Л 1. , 4. 6brf - 6farf4 .,,„, Bbw.cp- t + tQ где t - длительность положительного импульса широтно-импульсног модулятора; . t,- длительность отрицательного импульса широтно-импульсного модулятора. Учитывая соотношения (8), (9), из выражения (10) получимр полагая R4 Rf «,c..if В соотношении (.11) величина является средним значени ем тока через конденсатор 3 за период работы широтногимпульсного моду лятора. Поскольку в установившемся режиме работы широтно-импульсного жздyлятopa среднее значение тока через конденсатор должно быть равно , нулю, то величина на нули. С учетом этого из формул (1) и (2) получим JewvcP 2Ua , Из выражения (12) следует, что . среднее за период работы широтно-импульсного модулятора напряжение на выходе предлагаемого устройства в этом случае пропорционально произведению входных управляющих сигналов. Таким образом, предлагаемое множительное устройство не содержит амплитудного модулятора, а следовательно, имеет простую и более надежную схему по сравнению с прототипом. В предлагаемэм множительном устройстве исключено влияние емкостных связей между каналами управления амплитудным модулятором, поскольку они отсутствуют, что расширяет также частотный диапазон работы устройства. Использование предлагаемого устройства в измерительных преобразователях активной мощности и эффективного значения переменного напряжения, а также в системах автоматического регулирования даст положительный эффект, поскольку повысится надежность работы указанных систем, уменьшатся их габариты и вес. Формула изобретения 1.Время-импульсное множительное устройство, включающее широтно-импульсный г« дулятор,источник первого входного сигнала, выход которого подключен к входу широтно-импульсного модулятора, источник второго входного сигнала, отличающеес я тем, что с целью упрощения устройства, оно содержит первый и второй токозадаквдие резисторы и первый и второй ключевые диоды, первые выводы токозадающих резисторов объединены и подключены к выходу широтноимпульсного модулятора, второй вывод первого токозадагацего резистора подключен к аноду первого ключевого диода, катод которого подключен к одному выходу источника второго входного сигнала, а второй вывод второго токозадагацего резистора подключен к катоду второго ключевого диода, анод которого подключен к другому выходу источника второго входного сигнала. 2.Устройство по П.1, включающее широтно-импульсный модулятор,источние первого входного сигнала, выход которого подключен к входу широтноимпульсного -модулятора, и источник второго входного сигнала, о т л и -. чающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит первый и второй токозадающие резис торы,, первый и второй ключевые диоды и разделительный конденсатор, первые

выводы токозадающих резисторов объединены и через разделительный конденсатор подключены к выходу широтно-импульсного.модулятора, второй вывод первого токозадающего резистора подключен к аноду первого ключевого диода/ катод которого подключен к одному выходу источника второго входного сигнала, а второй вывод второго токозадцющегр резистора подключен к катоду второго ключевого диода, анод которого подключен к другому

входу источника второго входного сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Г. Корн/ Т. Корн. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. T.i, М-, Мир, 1967, с. 353.

2.Бенин В.Л./ Кизиллов В,У. Статические измерительные преобразователи электрической мощности. М./ Энергия, 1972, с. 67.

f

г-а-ч - Р