Широтно-импульсный функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к устройствам нелинейного преобразователя информации, заданной в виде длительности прямоугольных импульсов. Известен функциональный преобразо ватель,, содержащий функциональные преобразователи аргумента, развязывающие усилители, управляемые делите ли напряжения, усилитель напряжения разбаланса, источник опорного напрях ения и выходной управляемый генератор 1 . Недостатком преобразователя является пониясенная точность преобразования аргумента, представленного в. широтно-импульсной форме, из-за дрейфа нуля усилителя напряжения разбаланса. Известен также широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий управляемый делитель напряжения, развязывающий усилитель, филЬ ры, усилитель напряжения разбаланса и выходной управляемый генератор 2 Недостатками данного преобразователя являются ограниченные функциональные возможности и пониженная точность из-за дрейфа нуля усилителя напряжения разбаланса. Прототипом изобретения является широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два полиномиальных преобразователя относительной длительности импульсов, первый из которых подключен сигнальным входом к входу широтно-импульсного сигнала, а второй соединен выходом с первым входом усилителя напряжения разбаланса, подключенного вторым входом к выходу первого управляемого делителя 1апряжения, соединенного управляющим входом с выходом управляемого генератора и с управл$пощим входом второго управляемого делителя напряжения, соединенного сигнальным входом с шиной нулевого потенциала и с опорными входами полинсмлиальных преобразователеП относительной длительности импульсов, а выходом - с выходсяи первого полиномиального преобразователя относительной дпительности импульсов и с вторым входом усилителя напряжения разбаланса, подключенного nepBtavi входом через постоянный резистор к выходу источника опорного напряжения и к сигнальному входу первого управляемого делителя напряжения, причем сигнальный вход второго полиномиального пр обраэователя относительной длительности импульсов соединен с входом широтноимпульсного сигнала 3J, Недостатком прототипа также явля ется пониженная точность функционального преобразования.; Цель изобретения - повьлпение точ ,ности функционального преобразоваС этой целью в широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два полиномиальных преобразователя относительной длительности импульсов, первый из которых подключен сигнальным входом к входу широтно-импульсного сигнала, а втор соединен выходом с первым входом ус лителя напряжения разбаланса, подклю ченного вторым входом к выходу первого управляемого делителя напряжения, соединенного управляющим входом с выходом формирователя выходного сигнала и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, дополнительно введены развязыв ющие усилители, ключи, амплитудные выпрямители и вычитатель, подключенный выходом к входу формировател выходного сигнала, а входам - к вы-ходам первого и второго амплитудных выпрямителей, соединенныхвходами соответственно с выходами первого и второго ключей, подключенных сигнал ными входами к в лходу усилителя напряжения разбаланса, а управляющш/и входами - к входу широтно-импульсно го сигнала и к сигнальному входу второго управляемого делителя напря жения, соединенного выходом через первый развязывающий усилитель с сигнальном входом второго полиномиального : преобразователя относитель йой длительности импульсов, причем выход первого полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов подключен через вто рой развязывающий усилитель к сигнальному входу первого управляемого делителя напряжения. Кроме этого, каждый полиномиальный преобразователь относительнЬй длительности импульсов содержит сум матор и группу последовательно соединенных линейных преобразователей длительности импульсов в их амплиту ду, первый из которых подключен вхо дом к сигнальному входу полиномиаль ного преобразователя относительной длительности импульсов и к первому входу сумматора, соединенного остал ными входами с выходами линейных пр образователей длительности импульсов в их амплитуду, а выходом - с .выходом полиномиального преобразова теля относительной длительности им.пульсов. Кроме этого, каждый линейный преобразователь длительности импульсов в их амплитуду содержит развязывающий усилитель, однополупериодНый выпрямитель и фильтр верхних частот, вход которого является входом линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду, а выхор соединен через однополупериодНый выпрямитель с входом развязывающего усилителя, выход которого является выходом линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду. ; На фиг. 1 изображена блок-схема 1ииротно-импульсного функционального преобразователяЛ на фиг. 2 - блоксхема полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов . Широтно-импульсный функциональный преобразователь .. 1), содержит первый и второй по/гиномиальные преобразователи 1 и 2 относительной длительности импульсов, первый и второй управляемые делители 3 и 4 напряжения, первый и второй развязывающие усилители 5 и б, усилитель 7 напряжения разбаланса, первый и второй ключи 8 и 9, первый и второй амплитудные выпрямители 10 и 11, Вычитатель 12 и формирователь 13 выходного сигнала. .Первый полиномисшьный преобразователь 1 соединен сигнальным входом с входом широтноимпульсного сигнала, сигнальным входом второго делителя 4 и с управляющими входами ключей 8 и 9, а выходом через второй развязывающий усилитель б с сигнальным входом первого делителя 3, подключенного управляющим к выходу формирователя 13 и к управляющему входу второго делителя 4. Выход делителя 4 через первый развязывающий усилитель 5 соединен с сигнальным входом второго полиномиального преобразователя 2, подключенного выходом к первому входу усилителя 7 напряжения разбаланса. Усилитель 7 соединен вторым входом с выходом первого делителя 3, а выходом - с сигнальными входами ключей 8 и 9.. Вход формирователя 13 подключен к выходу вычитателя 12, соединенного входами с выходами первого и второго амплитудных выпрямителей 10 и 11, подключенных входами соответственно к выходам первого и второго ключей 8 и 9. Каждый полиномиальный преобразо- . ватель 1 и 2 относительной длительности импульсов может быть вьтолнен, например, содержащим (фиг. 2) группу последовательно соединенных линейных преобразователей 14-16 длительности импульсов в их амплитуду и сумматор 17. Первый из линейных преобразователей 14 подключен входом к сигнальному входу полиномиального

преобразователя и к первому входу cyMTijaTopa 17, соединенного остальными входами с выходами линейных преобразователей 14 - 16, а выходом - с выходом полиномиального преобразователя. Кроме этого, полиномиальные преобразователи могут содержать инверторы 18 - 21 (фиг. 2), первый из которых включен ме)хду сигнальным входом полиномиального преобразователя и .первым входом сумматора 17, а остальные включены между выходами всех лийейных преобразователей (за исключением последнего линейного преобразователя 16) и соответств.ующими входами сумматора 17.

Каждый линейный преобразователь .длительности импульсов в их амплитуду: может быть ВЕлполнен,. например, содержащим (фиг. 2) фильтр 22 верхних частот, однополупериодный выпрямитель 23 и развязывающий усилитедь. 24. Вход фильтра 22 -явля- : ется входом линейного преобразователя, а выход фильтра 22 соединен через однополупериодный выпрямитель 23 с входом развязывающего усилителя 24, выход которого является выходом линейного преобразователя.

Широтно-импульсный функциональный преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение, используемое в качестве напряжения питания мостовой цепи (образованной узлами 1-б) , имеет форму прямоугольных импульсов длительностью t/, следующих с периодом Т. Выходные напряжения U и UQ преобразователей 1 и 2 повторяют по форме входной широтно-импульсный. сигнал, но имеют амплитуды U х и , зависящие по определенным законам F от относительной Длительности 0 Т/Т входных импульсов,

UX4 mi ), где V. - амплитуда импульсов на,

входе i-ro преобразователя i 1,2.

При изменении относительной длительности шшульсов входного сигт нала на входах усилителя 7 возникает импульсное напряжение разо ланса мостовой цепи с амплитудой UXiT где Uy - амплитуда импульсного напряжепил на выходе управляемого . делителя 3. Это импульсное напряжение, усиленное уеилителем 7, с помощью элементов 8-12 преобразуется в величину постоянного напряжения фор.мирователя 13. Ключи В и 9 разделяют выходной сигнал усилителя 7 на импульсы, соответствующие по времени импульсам и паузам входного широтно-импульсного сигнала. На выходах амплитудных выпрямителей 10 и 11 образуются постоянные напряжения, . соответствующие по величине и полярности амплитудам импульсов на их входах. Эти постоянные напряжения поступают на входы ычитател1я 12,на выходе которого формируется нгшряжение постоянного тока, пропорционгшьное величине полного размаха усиленного импульсного напряжения разбаланса и соответствующее ему по полярности независимо от дрейфа нуля . усилителя 7. Выходное напр51жение вычитателя 12 воздействует на формирователь 13 выходного сигнала, изменяя величину.X параметра его выходного сигнала таким образом, чтоСры восстановить равновесие моста, характеризуемое равенством напряжений на входах усилителя 7. В результатов характеристика преобразователя ширбтно-импульсного функционального преобразователя будет определяться выРажением ..

ЧаМрав)

) и %х; - функциональные арактеристики первого и второго уп авляемых делителей.3 и 4 соответственнЬ. .

В качестве параметра х выходного сигнала формирователя 13 могут быть использованы цифровой код или махани-

ческое перемещение, при этом форми- . рователь 13 должен быть .сортветственно выполнен в виде управляемого генератора цифрового кода или исполнительного двигателя, а управляемые

делители напряжения - в виде преобразователей код - напряжение или потенциометров. Кроме того, в качестве выходного параметра х может быть использована длительность прямоугольных

импульсов, следующих с частотой, в сотни раз превышающей частоту следования входных импульсов, для чего формирователь 13 должен быть выполнен в виде генератора прямоугольных

импульсов управляемой длительности с необходимой частотой следования. При этом в качестве управляемых делителей напряжения могут быть использованы импульсные делители напряжения, на входы которых поступает напряжение импульсов/ следующих с частотой, значительно меньшей частоты следования управляющих (.выходных) импульсов, так что входное импульсные напряжения импульсных делителей являются для них квазипостоянными и играют роль их опорных напряжений. Полиномиальные преобразователи . 1 и 2 относительной Длительности импульсов работают следующим образом.

На каждый линейный преобразователь длительности импульсов в их амплитуду поступает последовательность однополярных импульсов напряжения, подобная входному сигналу.

Фильтр 22 верхних частот не пропускает постоянную составляклпую этой импульсной последовательности, в результате чего на выходе фильтра имеет место Двухполярный импульсный процесс, в котором амплитуды положи тельных и отрицательных импульсов с ответственно равны: u;;--uJ --u.O-0;,-иг,,: где U| - амплитуда входных импульсов линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду. Зависимость амплитуд U и и от относительной длительности импульсо используется для получения преобраз вания относительной длительности импульсов в их амплитуду. Однополупериодный выпрямитель 23 пропускает только импульсы одной полярности.и, следовательно, на его выходе восста навливается однополярный импульсный процесс, но амплитуда импульсов на выходе выпрямителя зависит от величины & входного сигнала данного линейного преобразователя в соответ ВИИ с -одной из приведенных зависимо тей, а развязывающий усилитель 24 : служит для согласования выхода выпрямителя с входом последующих лине ных преобразователей длительности импульсов в их амплитуду или усилителя напряжения разбаланса. Соответственно, для преобразователя 1 или 2, содержащего только m последовательно -соединенных линейны преобразователей 14-16 (без сумматора 17) длительности импульсов в их амплитуду, где в казхдом линейном преобразователе выпрямитель 23 пропускает импульсы одной и той же .полярности, характеристика полиноми сшьного преобразователя будет иметь вид (б)-(-б)) В полной схеме преобразователей 1 и 2 (включающих в себя сумматоры 17) характеристика преобразования относительной длительности импульсо в амплитуду будет иметь вид )--Н)(1-0) F(0)--()0, где р О для слагаемых, определяющих сигналы, подаваемые на входы сумматора 17 непосредственно; 1 для слагаемых, определяющих сигналы, подаваемые на входы сумматора 17 через инверторы. Этим обуславливаются широкие возможности получения характеристик . преобразования, реализуемых преобразователями 1 и 2 в виде различных нелинейных функциональных зависимостей при помощи полиномиальной аппроксимации, а в схеме предложенного преобразователя в целом в соответствии с вышеприведенным выражением для. его характеристики преобразования обеспечивается также возможность аппроксимации заданных нелинейных функций преобразования относительной длительности прямоугольных импульсов 9 в параметр х дробно-рациональныг/1 приближением как непосредственно заданной функции, так и функции, обратной заданной. Предложенный преобразователь обеспечивает возможность преобразования информации с повышенной, по сравнению с прототипом, точностью, достигаемой за .счет введения в схему устройства узлов, исключающих влияние дрейфа усилителя напряжения разбаланса на результаты преобразования, чем и определяются его технико-экономические преимущества. Формула изобретения 1. Широтно-импульсныйIфункциональный преобразователь, содержащий два полиномиальных преобразователя относительной длительности импульсов, первый из которых подключен сигнальным входом к входу широтноимпульсного сигнала, а второй соединен выходом с первым входом усилителя напряжения разбаланса, подключенного вторым входом к выходу первого управляемого делителя напряжения, соединенного i управляющим входом с выходом формирователя выходного сигнала и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности функционального преобразования, в него дополнительно введены развязывающие усилители, ключи,I амплитудные выпрямители и вычитатель подключенный выходом к входу ффрмирователя выходного сигнала, а входами - к выходам первого и второгс|з амплитудных выпрямителей, соединенны входами соответственно с выходами первого и второго ключей, подключенных сигнальными входами к выходу ус1 лителя напряжения разбаланса, а управляющими входами - к входу широтнф-импульсного сигнала и к сигнальному входу второго управляемого делителя напряжения, соединенного выхолюм через первый развязывающий ycиJflитeль с сигнальным входом второгб полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов, причем выход первого полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов подключен через второй развязывающий усилитель к сигнальному входу первого управляемого делителя напряжения.

2. Преобразователь по п. 1, о т ли ч а ю щи и с я тем, что каждый полиномиальный преобразователь относительной длительности импульсов содержит сумматор и группу последовательно соединенных линейных преобразователей длительности импульсов в их амплитуду, первый из которых подключен входом к сигнальному входу полиномиального преобразователя относительной длительности импуль сов и к первому входу сумматора, соединенного остальными входами с выходами линейных преобразователей длительности шАтульсов в их амплитуду, а выходом - с выходом полиномиальногр преобразователя относительной длительности импульсов.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждый линейный преобразователь длительности импульсов в их амтлитуду содержит развязывсшхций усилитель,

однополупериодный выпрямитель и фильтр верхних частот, вход которого является входом линейного преоб разователя длительности импульсов в их амплитуду, а выход соединен .

через однополупериодный выпрямитель с входом развязывакхцего усилителя, выход которого является выходом линейного преобразователя длительности импульсов в их гилплитуду.

: Источники информации,

.принятые во внимание при экспертизе 1 1. Авторское свидетельство СССР 736122, кл. G 06 G 7/16, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР 665377, кл. Н 02 М 5/16, 1976.

3.Смолов В.Б. Функциональные преобразователи ин юрмации Л., Энергоиздат, 1981, с. 2 03-204, рис. 5-26 (прототип}.