Устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента Советский патент 1981 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к аналогово технике и может быть использовано в автоматике, а также при решении мето дами электрического моделирования нелинейных уравнений в частных производных, описывающих процессы переноса массы и тепла. Известно устройство для моделирования нелинейных параболических урав нений, основанное на периодической коммутации конденсаторов с помощью ключей, управляемых ширстно-импульсными модуляторами ПЗ . Это устройство имеет недостаточную точность и ограниченные функциональные возмо : ности с точки зрения реализации произвольного вида нелинейной характеристики емкостного элемента. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, которое содержит источник управляющего напрлкенил (эмиттерный повторитель), вход которого подсоединен к некоммутируемому конденсатору и первому входу ключевого элемента, выход которого подсоединен к коммутируемому конденсатору, а управляющий вход - к выходу широтно-импульсного «эдулятора (триггера Шмитта), причем первый вход последнего подключен к генератору эталонного напряжения. Оиротно-импульсный модулятор этого устройства осуществляет сравнение управляющего напряжения Uyf с периодическим напряжением специальной формы С , вырабатываемым генератором эталонного напряжения. Момент сравнения внутри каждого периода Т определяет длительность импульса, коммутирующего ключевой элемент. Последний, в свою очередь, подключает коммутируемый конденсатор к некоммутируемому. Увеличение управляющего напряжения U приводит к росту времени, в течение которого коммутируемый и некоммутируемый конденсаторы включены параллельно, уменьшение UY - к уменьшению этого времени. Таким образом, реализуетсл уп равляемый емкостный элемент, эквивалентная емкость которого зависит от относительной длительности коммутирующих импульсов .f. где V - время, при включении конден саторов параллельно друг др гу. Данное устройство может задавать лишь монотонные зависимости от иJ (с ростом Ujдлительность импульсов либо только возрастает, либо только убывает).Это, в свою очередь позволяет моделировать или только возрастающие, или только убывающие нелинейные характеристики Cy-f(Uy) емкостного элемента. Так, например. Для моделирования характеристики f(sin П Usj)(1) необходимо, чтобы с ростом управляющего напряжения Сч| (а следователь но, и If возрастала и убывала периодичес1си 2 J. Такого характера изменения емкос ти устройство не обеспечивает, что ограничивает его функциональные воз можности. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей. Цель достигается тем, что в устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента, содержащее первый накапливающий конденсатор, одна обкладка которого подключена к первому информационному входу ключевого элемента и к входу источника управляющего на пряжения, выход ключевого элемента соединен с одной обкладкой второго накапливающего конденсатора, другие обкладки первого и второго накапливающих конденсаторов подключены к.шине нулевого потенциала, выход генератора эталонного напряжения подключен к первому входу широтноимпульсного модулятора, выход которого подключен к управляюи1ему входу ключевого элемента, введен функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, выход источника управляемого напряжения соединен с вторым информаци24онным входом ключевого элемента и с входом функционального преобразователя. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента содержит источник управляющего напряжения 1, функциональный преобразователь 2, широтно-импульсный модулятор 3, генератор эталонного напряжения , ключевой элемент 5, первый и второй накапливающие конденсаторы 6 и 7. Клеммой Выход устройство подключается к внешним цепям. Управляющее напряжения Оу с выхода источника 1 пбступает на вход преобразователя 2. Последний может быть настроен на любую функциональную зависимость, например, и « Unrsin(t.U), (2) где и и «j - постоянные коэффициенты. В соответствии с (2) при возрастании U-4J напряжение U на выходе преобразователя изменяется по синусоидальному закону, т.е. периодически возрастать и убывать. В модуляторе 3 это напряжение сравнивается с периодическим пилообразным напряжением где К - постоянный коэффициент; t - время. Напряжение вырабатывается генератором t, его период равен Т. В результате сравнения с модулятора 3 снимается периодическая последовательность прямоугольных импульсов относительной длительностью. () При возрастании U происходит увеличение f , и наоборот. В результате в соответствии с (2) при увеичении управляющего напряжения U параметр периодически возрастает и уменьшается. Импульсы с модулятора поступают на вход ключевого элемента 5 и комутирует его таким образом, что при наличии импульса конденсатор 6 оказывается включенным параллельно коненсатору 7. При отсутствии импульа конденсатор 6 подсоединяется к ыходу источника 1, роль которого ыполняет эмиттерный повторитель наряжения, снимаемого с клеммы Вы5ход. Эмиттерный повторитель устраняет скачки напряжений на конденсаторах в процессе коммутации ключевого элемента 5, а выражение, определяющее величину управляемой емкости в зависимости от , имеет вид Со Со4-Р) , r) Co-vCH-j) где С и С Р - емкости соответственно конденсаторов 6 и 7. Возрастание приводит к росту Су Г, и наоборот. Следовательно, при возрастании Uy и соответствующих периодических изменениях j правляемая емкость Су тоже периоди чески изменяется в соответствии с нелинейной характеристикой (1). На фиг. 2а показана зависимость Cj (Т) , соответствующая формуле(5 Изменение на отрезке fO; 12 приводит к изменению Cv от величины Со до величины (Cj, + С) На фиг. 26 показана зависимость -jr от управляющего напряжения U при изменении последнего от нуля до некоторого максимального значения Uf. Соответствующий график имеет ви синусоиды (на фиг.26 показан ее положительный полупериод . Он строится на основе зависимости. и (u.,), (ь; получаемой путем подстановки формулы (2) в (4). Диаграммы на фиг. 2й и фиг. 26 позволяет построить нелинейную характеристику емкостного элемента, которую моделирует устройство (фиг Oria имеет вид, определяемый выраже нием (1) и строится путем переноса соответствующих токов с графиков фиг.2а и фиг.26. В характеристике явно выражен экстремум (максимум. При настройке функционального преобразователя 2 на какую-либо другую зависимость, отличную отС2) соответственно изменяется вид графика фиг.26 и вид нелинейной характеристики CsjCfCUj) емкостного элемента. При наличии в графике j нескольких экстремумов столько же экстремумов имеет характеристика Cj f(U). Принципиально закон моделирования может быть любым, соде жащим любое число экстремумов. Он определяется настройкой вида (2) функционального преобразователя. « Возможность моделирования характеристик емкостного элемента с люым количеством экстремумов значительно расширяет функциональные возможности устройства по сравнению с известным, который приницпиально позволяет моделировать лишь монотонные арактеристики. Применение в качестве генератора в данном объекте генератора пилообразного напряжения вида (З) позволяет одновременно повысить точность моделирования, поскольку известный генератор с перестраиваемой формой напряжения является сравнительно сложнореализуемым устройством, необходимость перенастройки которого, в конечном итоге, увеличивает погрешность моделирования. Формула изобретения Устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента, содержащее первый накапливающий конденсатор, одна обкладка которого подключена к первому информационному входу ключевого элемента и к входу источника управляющего напряжения, выход ключевого элемента соединен с одной обкладкой второго накапливающего конденсатора, другие обкладки первого и второго накапливающих конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала, выход генератора эталонного напряжения подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, выход которого подкгючен к управляющему входу ключевого элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, выход источника управляемого напряжения соединен с вторым информационным входом ключевого элемента и с входом функционалы ного преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР V , кл. G 06 G 7/32, 1968. 2.Айторское свидетельство СССР , кл. G 06 G 7Л8, 1973 (прототип) .

7