Функциональный частотный преобразователь

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник опорного напряжения, первый .генератор экспоненциальнозто напряжения , первую и вторую схемы сравнения ,. выходы которых подключены к соответствующим входам триггера, выход первого генератора экспоненциального напряжений соединен с первь)м входом первой схемы сравнения , о т л и ч а. ю щ и и с я тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, в негр введ:ены второй генератор экспоненциального напряжения, первый и второй . сумматоры,, первый и второй инверторы , восемь управляемых ключей, блок выбора вида функции содержащий че--. тырехпозиционный переключатель, восемь элементов И-НЕ, шесть эЛемен тов НЕ, причем выход источника опорного напряжения через первый управляемый ключ соединен с первым входом первого сумматора, через последовательно соединенные первый инвертор и второй управляемый ключ - с первым входом второго сумматора и через третий управляемой ключ - с вторым входом второго сумматора, вход преобразователя через четвертый управляемьзй ключ соединен с вторым входом первого сумматора, через пятый управляемый ключ - с третьим входом второго сумматора, а через последовательно соединенные второй инвертор и шестой управляемый ключ - с четвертым входом второго сумматора, выход первого сумматора через седьмой и восьмой управляемые ключи соединен соответственно с первыми вхо дами первого и второго генераторов экспоненциального напряжения, первый вход второй схемы сравнения соединен с выходом второго генератора экспоненциального напряжения, выход второго сумматора подключен к вторым входам первой и второй схем сравнения , прямой выход триггера подключен к управляющему входу седьмо (Л го управляемого ключа и второму входу первого генератора экспоненциальjHoro напряжения, а также к первым входам первого и второго элементов И-НЕ блока выбора вида функции, инверсный выход триггера подключён цс. jBTppbi .входу второго генератора экспоненциального напряжения и управлякхцему входу восьмого управляемого ключа., а также к первым входам третьего и четвертого элементов И-НЕ блока выбора вида функции, Э вторые входы первого,и четвертого элементов И-НЕ подключены к первому Э выходу четырехпозиционного переклю:п чателя, а через первый элемент Н53 соединены с перввм входом пятого элемента И-НЕ,. выход которого является первым выходом блока выбора вида функции и подключен к управляющему входу первого управляемого ключа , .вторые входы второго и третьего элементов И-НЕ подключены к второму выходу ётырехпозиционнбго переклюХ1ателЯг а через второй элемент НЕ соединены с вторым входом пятого И-НЕ и первым входом шестого элемента И-НЕ, третий выход четырех

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)l

3(Я) G 06 G 7/26

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21 ) 3492741/18-24 (22) 20.09.82 (46) 07.02.84. Бюл. )) 5 (72) H.Н. Барышевский, В.;Ц. Циделко, . С.В. Ляшенко, В.A.. Тесленко и 10.Г. Туманов (53) 681.335(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство, СССР

)) 309374, кл. G 06 G 7/26, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 276162, кл. 0 06 G 3/OO 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

9 580559, кл. G 06 G 7/24, 1977 (прототип). (54 ) (57 ) ФУНКЦИОНАЛЬНЫ9 ЧАСТОТНЫИ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник опорного напряжения, первый .генератор экспоненциального напряжения, первую и вторую схемы сравнения,.выходы которых подключены к соответствующим входам триггера, выход первого генератора экспоненциального напряжения соединен с первым входом первой схемы сравне-. ния, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, в него введены второй генератор экспоненциального напряжения, первый и второй сумматоры, первый и второй инверторы, восемь управляемых ключей, блок выбора вида функции, содержащий че - . тырехпозиционный переключатель, восемь элементов .И-НЕ, шесть элементов НЕ, причем выход источника опорного напряжения через первый управляемый ключ соединен с первым входом первого сумматора,. через последовательно соединенные первый инвертор и второй управляемый ключ - с первым входом второго сумматора и через третий управляемйй ключ - с вторым входом второго сумматора, вход

:преобразователя через четвертый управ ляемый ключ соединен с вторым входом первого сумматора, через пятый управляемый ключ — с третьим входом второго сумматора, а через последовательно соединенные второй инвертор и шестой управляемый ключ — с четвертым входом второго сумматора, выход первого сумматора через седьмой и восьмой управляемые ключи соединен соответственно с первыми входами первого и второго генераторов экспоненциального напряжения, первый вход второй схемы сравнения соединен с выходом второго генератора экспоненциального напряжения, выход второго сумматора подключен к вторым входам первой и второй схем срав, нения, прямой выход триггера подключен к управляющему входу седьвюго управляемого ключа и второму входу первого генератора экспоненциаль-, ного напряжения, а также к первым ф, входам первого и второго элементов

И-НЕ блока выбора вида функции, Я инверсный выход триггера подключен

g второму входу второго генератора экспоненциального напряжения и управляющему входу восьмого управляемого ключа,, а также к первьм входам третьего и четвертого элементов

И-НЕ блока выбора вида функции, вторые входы первого,и четвертого элементов И-НЕ подключены к первому выходу четырехпозиционного переключателя, а через первый элемент H3 соединены с первым входом пятого элемента И-НЕ,. выход которого явля- ется первым выходом блока выбора вида функции и подключен к управляю- фр щему входу первого управляемого ключа, .вторые входы второго и третьего элементов И-НЕ подключены к второму выходу четйрехпозиционнбго переключателя, а через второй элемент НЕ соединены с вторым входом пятого эле-. ента И-HE и первым входом шестого лемента И-НЕ, третий выход четырех1072065 за позиционного переключателя через тре. тий элемент НЕ подключен к третьему входу пятого элемента И-НЕ и первому входу седьмого элемента И-НЕ, четвертый выход четырехпозиционного переключателя через четвертый элемент

НЕ подключен к первому входу восьмого элемента И-НЕ и второму входу шестого элемента И-НЕ, выход второго элемента И-НŠ— к второму входу восьмого элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НŠ— к третьим входам шестого и восьмого элементов

И-НЕ, выход .третьего элемента И-НЕк входу шестого элемента НЕ, выход

Изобретение относится к аналого вой вычислительной технике и может быть использовано при построении аналоговых вычислительНых машин, моделирующих устройств, измеритель- 5 ных функциональных преобразователей и информационно-измерительных систем.

Известен логарифмический функциональный преобразователь, содержащий 30 задающий генератор, генератор экспоненциального напряжения, выход которого через схему сравнения и.триггер подключен к входам блока коррекции, логической схемы -и схемы совпа-; 5 дения (1) .

Недостатки устройства -. сложность трудность изготовления в интегральном или гибридном исполнении ввиду наличия в схеме катушек индуктйвности.

Известен логарифмический времяимпульсный преобразователь, содержащий задающий генератор, фильтр, модулятор входного сигнала, выход которого соединен с входом двухполяр- ного генератора экспоненциального напряжения, выход которого через схему сравнения подключен к входу триггера (2) .

Недостаток устройства - сравнительно большие аппаратурные. затраты для реализации одной функциональной зависимости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является функционалы ный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения (ИОН), 40 генератор экспоненциального напряжения (ГЭН), выход которого подключен к первым входам первой и второй четвертого элемента И-НŠ— к второму входу седьмого элемента И-НЕ и через пятый элемент НŠ— к управляющему входу второго управляемого ключа, выходы шестого, восьмого и седьмого элементов И-НЕ являются выходами блока выбора вида функции и подключены соответственно к управляющим входам третьего, четвертого и пятого управляемых ключей, выход шестого элемента НЕ подлежит к управляющему входу шестого управляемого ключа, вход четырехпозиционного переключателя — к шине питания. схем сравнения (СС 1 и СС 2), выходы которых соединены с соответствующими входами триггера (Т), причем выход первой схемы сравнения (СС 1) связан с. управляющим входом генератора экспоненциального напряжения, первый ее вход соединен с выходом источника опорного напряжения, а вто. рой вход второй схемы сравнения является входом преобразователя (3) .

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и то, что реализуется только логарифмическая зависимость Knx . Кроме того, информативным параметром выходного сигнала преобразователя является временной интервал, а не период или частота частотно-временного сигнала, что создает определенные трудностй при дальнейшей обработке сигнала.

Цель изобретения — расширение .класса воспроизводимых функций. (!

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный частотный преобразователь, содержащий источник опорного, напряжения, первый генератор экспоненциального напряжения, первую и вторую схемы сравне.ния, выходы которых подключены к соответствующим входам триггера, выход первого генератора экспоненциаль. ного напряжения соединен с первым входом первой схемы сравнения, введены второй генератор экспоненциального напряжения, первый и второй сумматоры, первый и второй инверторы, восемь управляемых ключей, блок выбора вида функции, содержащий четырехпозиционный переключатель, восемь элементов И-НЕ, шесть элементов НЕ, причем выход источника опор10720á5 ного напряжения через первый управляемый ключ соединен с первым входом первого сумматора, через последовательно соединенные первый инвер. тор и второй управляемый ключ - с первым входом второго сумматора и через третий управляемый ключ - с вторым входом второго сумматора, вход преобразователя через четвертый управляемый ключ соединен с вторым входом первого сумматора, через пятый управляемый ключ -.с третьим входом второго сумматора, а через последовательно соединенные второй йнвертор и шестой управляемый ключс четвертым входом второго сумматора, выход первого сумматора через .седьмой и восьмой управляемые ключи соединен соответственно с первыми входами первого и второго генераторов экспоненциального напряже- . 29 ния, первый вход второй схемы сравнения соединен с выходом второго генератора экспоненциального напряжения,, выход второго сумматора подключен к вторым входам первой и вто- 25 рой схем сравнения, прямой выход триггера подключен к управляющему входу седьмого управляемого ключа и второму входу первого генератора экспоненциального напряжения, а так- 30 же к первым входам первого и второго элементов И-HE блока выбора ви-. да функции, инверсный выход- триггера подключен к второму входу второго генератора экспоненциального напряжения и управляющему входу восьмого управляемого ключа, а также к первым входам третьего и четвертого элементов И-НЕ блока выбора вида функции, вторые входы первого и чет- 4» вертого элементов И-HE подключены к первому выходу четырехпозиционно-. го переключателя, а через первый элемент НЕ соединены с первым входом пятого элемента И-НЕ,.выход которого является первым выходом блока вы- 45 бора вида функции и подключен к управляющему входу первого управляемого ключа, вторые входы второго. и третьего элементов И-НЕ подключены к второму выходу четырехпозиционного переключателя, а через второй элемент НЕ соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ и первым входом

;шестого элемента И-НЕ, третий выход четырехпознционного переключателя 55 через третий элемент НЕ подключен к.. третьему входу пятого элемента И-НЕ и первому входу седьмого элемента

И-НЕ, четвертый выход четырехпозиционного переключателя через четвер- 6О тый элемент НВ подключен к первому входу восьмого .элемента И-НЕ и второму входу шестого элемента И-НЕ, выход второго элемента И-НЕ - второму входу восьмого элемента И-HE выход

65 первого элемента И-НŠ— к третьим . входам шестого и восьмого элементов

И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ подключен к входу шестого элемента

НЕ,. выход четвертого элемента И-НЕк второму входу седьмого элемента

И-НЕ и через пятый элемент НŠ— к управляющему входу второго управляемого ключа, выходы шестого, восьмо- го и седьмого элементов И-HE являются выходами блока выбора вида функции и подключены соответственно к управляющим входам третьего, четвертого и пятого управляемых ключей, выход шестого элемента НЕ подключен к управляющему входу шестого управ« ляемого ключа, выход четырехпозиционного переключателя — к шине питания.

На фиг. 1 представлена структур.ная схема функционального частотного преобразователя, на фиг. 2 функциональная схема блока выбора вида Функции.

Функциональный частотный преобразователь содержит управляемые ключи 1-8, источник 9 опорного напряжения,. два инвертора 10 и..11, два сумматора 12 и 13, два генератора 14 и 15 экспоненциального напряжения, две схемы 1б и 17 сравнения, триггер 18, блок 19 выбора вида функции, содержащий восемь элементов

И-HE 20-27, шесть элементов НЕ 2833, четырехпозиционный переключатель 34, причем выходы первой 1б и второй 17 схем сравнения подключены к соответствующим входам триггера

18, выход первого генератора 14 экспоненциального напряжения соеди-, нен с первым входом первой схемы 1б сравнения, выход источника 9 опорного напряжения, через первый управляемый ключ 1 соединен с первым входом первого сумматора 12, через пос" ледовательно соединенные первый инвертор 10,и второй управляемый ключ 2--- с первым входом второго сумматора 13 и через третий управляемый ключ 3 - с вторым входом второ- -. го сумматора 13, вход преобразователя через четвертый управляемый ключ

4 соединен с вторым входом первого сумматора 12, через пятый управляе- » мый ключ 5 - с третьим входом второго сумматора 13, а через последовательно соединенные второй инвертор

11 и шестой управляемый ключ б — с четвертым входом второго сумматора

13, выход первого сумматора 12 через седьмой 7 и восьмой 8 управляе мые ключи соединен соответственно с первым .входом первого 14 и второго 15 генераторов экспоненциального напряжения, первый вход второй схемы 17 сравнения соединен с выходом второго генератора 15 экспо1072065 ненциального напряжения, выход второго сумматора 13 подключен к вторым входам первой 16 и второй 17 схем сравнения, прямой выход триггера 18 подключен к управляющему входу седьмого управляемого ключа

7 и второму входу первого генератора 14 экспоненциального напряжения, а также к первым входам первого 20 и второго 21 элементов И-HE блока выбора вида функции, инверсный выход триггера второму входу второго экспоненциального генератора 15 напряжения и управляющеМу входу восьмого управляемого ключа 8, а также к первым входам третьего 22 и чет« вертого 23 элементов И-НЕ блока выбора вида функции, вторые входы первого 20 и четвертого 23 элементов И-НЕ подключены к первому выходу четырехпозиционного переключате.ля 34, а через первый элемент НЕ

28, соединены с первым входом пятого элемента И-НЕ 24, выход которого является первым выходом блока выбора вида функции и подключен к управляющему входу первого управляемого ключа 1, вторые входы второго . 21 и третьего 22 элементов И-HE под ключены к второму входу четырехпозиционного переключателя 34, а через второй элемент НЕ 29 соединены с вторым входом пятого элемента

И-НЕ 24 и первым входом шестого элемента И-НЕ 25, третий выход четырехпозиционного переключателя 34 через третий элемент НЕ 30 подключен к третьему входу пятого элемента И-НЕ 24 и первому входу седьмого элемента И-НЕ 26, четвертый выход четырехпозиционного переключателя через четвертый элемент НЕ 31 подключен к первому, входу восьмогб элемента И-НЕ 27 и второму входу шестого элемента И-НЕ 25, выход второго элемента И-НЕ 21 - к второму входу восьмого элемента И-НЕ 27, выход третьего элемента И-НЕ 22к входу шестого элемента НЕ 83 выход четвертого элемента И-НЕ 23к второму входу седьмого элемента

И-НЕ 26 и через пятый элемент НЕ ЗЯ к управляющему входу второго управляемого ключа 2, выходы шестого 25, восьмого 27 и седьмого 26 элементов

И-НЕ являются выходами блока выбора вида функции и подключены соответственно к управляющим входам третьего 3, четвертого 4 g пятого 5 управляемых ключей; выход шестого элемента НЕ 33 - к управляющему входу. шестого управляемого ключа 6, вход четырехпозиционного переключателя

34 - к шине питания.

Работа функционального. частотноro преобразователя происходит в два такта, в каждом из которых работает один из генераторов экспоненциального напряжения (14 или 15), второй в это время приводится в исходное состояние. В классической схеме генератора экспоненциального напряжения имеется два входа, управляющий и сигнальный, однако в большинстве практических реализаций сигнальный вход не используется, поскольку заряд конденсатора генератора

10 происходит всегда до заданного неизменного уровня. В предлагаемой схеме эта величина переменна и. равна выходному сигналу сумматора 12.

В первом такте открыты ключи 3, 15 4 и 8, при этом выходной сигнал сумматора 12

У, =Х, а выходной сйгнал сумматора 13 в первом такте

20 z, =х

При этом генератор 15 экспоненциального напряжения приводится в исходное состояние (конденсатор заряжается до величины Ч(), а выход25 ной сигнал генератора 14 изменяется по экспоненциальному закону до момента равенства напряжений на входах схемы 16 сравнения.

Уравнение преобразования в первом такте имеет вид

Х Е " =Хоъ где Х - преобразуемый сигнал, 35

"о — опорный сигнал

-- основание натурального логарифма, Ь - длительность первого такта л

,, - постоянная времени разряда генератора 14. экспоненциаль40 ного напряжения.

Отсюда л Х

, =".,e> —.

Хб

После срабатывания схемы 16 срав45. нения триггер 18 изменяет свое сос- тояние и начинается второй такт преобразования. Ключи 3 и 4 открыты.

Выходной сигнал сумматора 12 во

5р втором такте Yi Х.

Выходной сигнал сумматора 13 во втором такте

Z Х

При этом генератор 14 экспоненциального напряжения приводится в исходное состояние, а выходной сигнал генератора 15 начинает уменьшаться по экспоненциальному закону до момента равенства напряжений на вхо60 дах схемы 17 сравнения.

Уравнение преобразования во втором такте

tac

Х

Х 8 "-Х

10720 65

Реализуемая функциональная зависимость

Наличие разрешения на управляющей входе ключа

Такт

I3 1 I3

"3 уФ 5 ъ

1 Я 3 4. 3 уФ ф

Хе

+ + а

"о

Р =- 2 л<

F4. = 2Ф Arcth —. + — + + - - +

Х

Xî где tz, - длительность второго такта, ,2 — постоянная времени разряда генератора- 15 экспоненциального напряжения.

Отсюда, x

Ф, -/г eh—

Х о

Далее процесс циклически повторяется. Период (Т ) выходного сигнала преобразователя при условии 2, 2

T=t +tg =Л8п —.

Х

Х0

Многообразие реализуемых с .помощью предлагаемого устройства функциональных зависимостей получается за счет изменения алгоритма подключения прямого или инвертированного с помощью инверторов. 10.и 11 значе ний входного и опорного сигналов К входам сумматоров 12 и. 13. Эти функции выполняет блок 19 выбора вида функции, работа которого осуществляется в соответствии с таблицей.

Логические уравнения сигналов управления ключами 1-6 следующие:

Т - У ЧУ, ЧГ4, .т, =«цдк„.

:т = г„кцл(у чг ) 4 = З и 4 )

У=(ЛУНГ

Yg e Я, A У9

Приведенная система уравнений реализуется с помощью комбинационной схемы (фиг. 2} с использованием ло-, гических элементов И-НЕ, например ,микросхем серии 155.

Переключатель 34 (фиг. 2) явля- ется переключателем вида реализуе-. мой зависимости, переключение мо-, ;"жет осуществляться как вручную, так и автоматически. В рассмотренF = 2c Arc th — +. - + +

Л М

Х0 ном случае переключатель 34 находится в положении F4 .

В том случае, если переключатель

34 находится в положении F<)

Yg gg = Yipes

Z.>.<< = Х

Тогда

Т=с-+с- =2<0e—

2 Э

Если переключатель 34 находится в

1О положении F, Y =Х+Х,„Е, =Х,, xoi ец = xå- х)

Х4X„ — san, =е

Х

Х,-Х

Тогда

gp T = tg + су = 2ьАг th .Х

Х

Хо для —, < 1, Если переключатель 34 находится в положении F, 25 Yg = Х + Х Р Е = Х х е =х-х, „Х+Х

"o х с „=".Е х-х

Тогда

Х.

Т = t> + С1= 2i Arc th—

"о для )) i

Предлагаемый функциональный частотный преобразователь позволяет реализовать четыре функциональных зави- симости Хп Ж, In ф, Arthx„ Arcthx, при этом переключение с одной функциональной зависимости на другую может осуществляться программным путем.

1072065

ВЯИИПИ Заказ 128/42 Тираж 599 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4