Резистивный узел сеточной модели

 

1. РЕЗИСТИВНЫЙ УЗЕЛ СЕТОЧНОЙ МОДЕЛИ, содержащий блок управления, блок проводимости, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выводами устройства и подключены соответственно к первому и второму входам блока линеаризации , выход которого соединен с первым информационным входом блока управления, первый, второй и третий управляющие входы которого подключены соответственно к первому, второьгу и третьему выходам программного блока, первый выход блока формирования относительной длительности импульса сое динен с вторым информационным входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока проводимости, первый выход которого соединен с первым выводом сглаживающего конденсатора , второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен блок формирования временного интервала, состоящий из полевого транзистора , трех эталонных резисторов, источника постоянного напряжения, дифференциального усилителя, генератора пилообразного напряжения и компара-. тора, выход которого подключен к входу блока фop шpoвaния относительной длительности импульсов, второй выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход котЬрого соединен с выходом дифференциального усилителя, первый вход которого подключен к первому выводу первого эталонного резистора и к затвору и истоку полевого транзистора, . сток которого соединен с выходом источника постоянного напряжения и первым выводом второго эталонного резистора , второй вывод которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и первому выводу. третьего эталонного резистора, втою о рой вывод которого соединен с вторым выводом первого эталонного резистора и щиной нулевого потенциала. со 2. Узел ПОП.1, отличаюо щийся тем, что в нем блок фор,миаь рования относительной длительности импульса содержит генератор запускающих импульсов, триггер и генератор опорной частоты, выход которого подключен к первому установочному входу триггера, выход которого является первым выходом блока, второй выход которого соединен с вьосодом генератора запускающих импульсов, вход блока подключен к второму установочному входу триггера.

союз советсяих

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

gpss G 06 G 7/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по ДелАм изоБРетений и Отнятий (2i) 3603692/24-24 (22) 09.06.83 (46) 23 . 10 .84 . Бюл . К 39 (72) Г.Н.Азаров, В.M.Àíäðèåâñêèé, В.В.Гармаш и Л.И.Торчун (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им.В.И.Ленина (53) 681.333(088.8) (56} 1. Авторское свидетельство СССР

Р 547790, кл. G 06 С 7/46, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

У 781842, кл, G 06 G 7/46, 1979 (прототип). (54}(57) 1. РЕЗИСТИВНЫЙ УЗЕЛ СЕТОЧНОЙ

МОДЕЛИ, содержащий блок управления, блок проводимости, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выводами устройства и подключены соответственно к первому и второму входам блока линеаризации, выход которого соединен с первым информационным входом блока управления, первый, второй и третий управляющие входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам программного блока, первый выход блока формирования относительной длительности импульса соединен с вторым информационным входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока проводимости, первый выход которого соединен с первым выводом сглаживающего конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, о т л и . ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен блок формирования временного интервала, состоящий из полевого транзистора, трех эталонных резисторов, источ-, ника постоянного напряжения, дифференциального усилителя, генератора пилообразного напряжения и компаратора, выход которого подключен к входу блока формирования относительной длительности импульсов, второй выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, первый вход которого подключен к первому выводу первого эталонного резистора и к затвору и истоку полевого транзистора, сток которого соединен с выходом источника постоянного напряжения и первым выводом второго эталонного резистора, второй вывод которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и первому выводу . третьего эталонного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводoM первого эталонного резистора и шиной нулевого потенциала.

2. Узел по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в нем блок формирования относительной длительности импульса содержит генератор запускающих импульсов, триггер и генератор опорной частоты, выход которого подключен к первому установочному входу триггера, выход которого является первым выходом блока, второй выход которого соединен с выходом генератора запускающих импульсов, вход блока подключен к второму установочному входу триггера.

112036б

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь. зовано при построении автоматизированных сеточных интеграторов для моделирования уравнений математической физики и для решения задач управления объектами с распределенными параметрами.

Известен узловой элемент сеточной модели, содержащий блок проводимос- f0 ти, входы которого соединены с выходами блока управления, первый вход которого подключен к выходу программного блока, блок аналоговой памяти, ключи блока слежения и блок развяз- i5 ки (11 .

Недостатком устройства является необходимость применения большого количества цепочек, состоящих из прецизионного резистора и ключа, для 20 получения малой дискретности величины проводимости в требуемом диапазоне, Это приводит к усложнению схемы управления ключами, возрастанию габаритов и стоимости узлового элемен- 25 та что, имеет решающее значение при

2 построении многомерных сеточных моделей с большим числом узлов.

Для поддержания постоянной разности потенциалов между стоком и затвором МОП-ключа в целях исключения зависимости сопротивления открытого канала полевого транзистора от потенциала узла требуется сложная схема управления, включающая четыре взаимосвязанных блока.

Зависимость сопротивления открытого канала транзистора от величины проходящего тока отрицательно сказывается на точности.

Кроме того, аналоговая память сложна в технической реализации и не обеспечивает высокой стабильности хранимого параметра, что снижает точность узлового элемента, Наиболее близким техническим решением к изобретению является резистивный узел сеточной модели, содержащий блок проводимости, состоящий из параллельных цепочек с после- 50 довательно включенными резисторами и ключом на полевом транзисторе с управляющим р-9-переходом между ними, входы которого соединены с выходами блока управления, состоящего из трех 55 идентичных каналов, каждый собран на полевом транзисторе, исток и затвор которого соединены резистором обратной связи„ исток через выходной резистор соединен с анодом ограничительного диода, катод которого явля— ется третьим входом блока управления анод — его выходом, сток полевого транзистора — вторым, а затвор — пер вым входами блока управления, который подключен к выходу программного блока, блок формирования относительной длительности импульса, состоящий из формирук>щего триггера, первого ге нератора опорной частоты и второго генератора опорной частоты с управля емым фазовым сдвигом, выход которого подключен к первому входу формирующего триггера, второй вход которого непосредственно подключен к выходу первого генератора опорной частоты, сглаживающую емкость и блок линеаризации, включающий два усилителя, выходы которых соединены с крайними выводами делителя напряжения, средний вывод которого подключен к второму входу блока управления, третий вход которого соединен с выходом бло ка формирования относительной длительности импульса, первьгй и второй выходы блока проводимости подключены соответственно к входам первого и второго усилителей блока линеаризации, одна обкладка сглаживающей емкости соединена с первым BblxojIQM бло ка проводимости, а.другая — с шиной нулевого потенциала (21.

Недостатком известного устройства является то, что сопротивление канала полевого транзистора существенно зависит от температуры, что снижает точность узлового элемента. Экспериментально установлено, что изменение температуры приводит к изменению величины сопротивления цепей блока проводимости на величину до 17 на каждые 10 С. о

Цель изобретения — повышение точности резистивного узла сеточной модели.

Поставленная цель достигается тем, что в узел, содержащий блок управления, блок проводимости, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выводами устройства и подключены соответственно к первому и второму входам блока линеаризации, выход которого соединен с первым информационным входом блока управления, первый, второй и третий управляющие входы ко1120366 торого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам программного блока, первый выход блока формирования относительной длительности импульса соединен с 5 вторым информационным входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответст. венно к первому, второму и третьему входам блока проводимости, первый 1р выход которого соединен с первым выводом сглаживающего конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, введен блок формирования временного интервала, состоящий из полевого транзистора, трех эталонных резисторов, источника постоянного напряжения, дифференциального усилителя, генератора пилообразного напряжения и компаратора, выход которого подключен к входу блока формирования относительной длительности, второй выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого 25 подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, первый вход которого подключен к первому выводу первого эталонного резистора и к затвору и истоку полевого транзистора, сток которого соединен с выходом источника постоянного напряжения и с первым выводом второго эталонного резистора, второй вы35 вод которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и первому выводу третьего эталонного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого эталонного резистора и шиной нулевого потенциала.

Кроме того, блок формирования относительной длительности импульса содержит генератор запускающих импульсов, триггер и генератор опорной частоты, выход которого цодключен к первому установочному входу, триггера, выход которого является первым выходом блока, второй выход ,которого соединен с выходом генератора запускающих импульсов, вход блока подключен к второму установочному входу триггева.

На чертеже изображена функцио- 55 нальная схема предлагаемого узла.

Устройство содержит блок 1 проводимости, блок 2 линеаризации, блок

3 управления, программный блок 4, блок 5 формирования относительной длительности импульса, сглаживающий конденсатор 6, блок 7 формирования временного интервала.

Блок 1 проводимости содержит резисторы 8 и ключи 9, Блок 2 ли-. неаризации содержит усилители 10 и резисторы 11. Блок 3 управления содержит резисторы 12 и 13, полевые транзисторы 14 и диоды 15. Программный блок 4 содержит транзисторы 16.

Блок 5 формирования относительной длительности импульса содержит триггер 17, генератор 18 запускающих импульсов и генератор 19 опорной часто ты с управляемым фазовым сдвигом.

Блок 7 формирования временного интервала содержит эталонные резисторы 20, полевой транзистор 21, дифференциальный усилитель 22, генератор 23 пилообразного напряжения, компаратор 24 и источник 25 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В программном блоке 4 в цифровом коде записывается номер К одной из параллельных цепочек блока 1 проводимости. С его выхода на блок 3 уп; равления подается сигнал, разрешающий работу только одного выбранного ключа 9. На другой вход блока 3 управления с блока 5 формирования относитель. ной длительности импульса поступает широтно-импульсный управляющий сигнал. Блок 3 управления вырабатывает сигнал, синхронный с сигналом g ко- торый управляет ключом 9 на полевом транзисторе. Средняя за период ве 1ичина проводимости складывается из двух ее дискретных значений: чу в мо. мент, когда ключ 9 замкнут, и О, ког. да ключ 9 разомкнут. На конденсаторе

6 пульсации напряжения, вызванные импульсной модуляцией проводимости, сглаживаются, в результате чего среднее значение проводимости за период определяется формулой где Ц вЂ” средняя за период проводимость,-соответствующая ц; (1 1ф2фЗ@ ° э)у

Г ч — величина постоянной проводимости, соответствующая Н -му разряду.

Средняя за период проводимость оказывается пропорциональной относи11?0366 тельной длительности импульса широтно-импульсного сигнала Ц =1 I j -, где — длительность импульса, 1 — период квантования, и величине постоянной проводимости Сг г

Кроме того сглаживающий конденсатор 6 может быть использован для мо делирования динамических свойств объ. екта с распределенными параметрами при решении нестационарных задач.

Дпя стабилизации сопротивления открытого канала полевого транзистора при изменении входного и выхоцного потенциалов блока 1 проводимости применяется блок 2 линеаризации, Потенциа- 15 лы входа и выхода блока 1 проводимости через усилители 10, служащие для развязки., поступают на резистивный делитель напряжения на резисторах 11, с которого снимается полуразность 20 поданных напряжений. Из теории полевых,транзисторов известно, что стабилизация сопротивления канала или линеаризации возможна при подаче на затвор половины разности нагряженпй стока и истока. Если учесть, что вели ина сопротивления резисторов

8 каждой из цепочек блока 1 проводимости одинакова, а следовательно, одгпгаковы и падения напряжений íà 30 них, туг на выходе делителя блока 2 линеаризации выделяется только полуразность папряжений между стоком и истоком транзистора, так как равные пения напряжения па резисторах 8 компенсируются. Напряжение липеаризации с помощью блока 3 управления подается на затвор выбранного транзистора в моменты отпирания ключа.

Блок управления рабогает следугт-, щим образом, При сигнале "Логическая "1" с выхода соответствующей схегы програм.6JioI(3 4 закрывается Bblxop;zr0H транзистор 16 логики. Исток и затвор г. транзистора 14 оказываются связанными через резистор 12, и транзистор

14 открывается, при этом на истоке его присутствует напряжение линеаризации. 50

При подаче запирающего широтноимпульсного управляющего сигнала с блока 5 формирования относительной длительности импульса диод l 5 откры-вается и на затвор ключа 9 подается низкий запирающий потенциал.

При отпирающем широтно-импульсном сигнале диод 15 закрыт и на затвор кл!очя 9 черсз транзистор 14 и резистор 13 подается ..àïðÿæåние линеаризации.

При сигнале "Логический 0" на выходе блока 4 на затвор транзистора 14 подается нулевой потенциал.

Траггзистор 14 и резистор 12 представлягот собой генератор тока малой величины, поскольку резистор 12 выбирается высокоомным, вкл оченный между источником напряжения линеаризации и шиной нулевого потенциала. Омическае сопротивление канала транзистора 14 практически равно дифференциальному сопротивлению стабилизатора тока. Поэтому напряжение линеаризации оказывается практически отключег.:ным от затвора ключа 9. На резисторе 12 выделяется напряжение. примерно равное напряжению отсечки транзистора 14, которое закрывает ключ 9.

Блок 7 формирования временного интервала служит для создания задержки на некоторое время поступления опорного импульса на формирующий триггер 17, Время задержки зависит от изменения величины сопротивления каналя полei3QI"о транзис тора 21. Поскольку транзисторы 9 находятся в тех же условиях, что и транзистор 21, изменение сопротивлеzrHH канала транзисторов 9 связано функциональной зависимостью с временем задержки опорного импульса 1, Задержка опорного импульса вызывает уменьшение длительности широтно-импульсного сигнала управления, что в свою очередь приводит к уменьшению средней за период проводимости блока 1.

Напряжение не баланса мо" та, состоящего из полевого транзистора и эталонных резисторов 20, вызванное изменением проводимости канала полевого транзистора 21 от температурь1, усиливается усилителем 22 и поступает на один из входов компаратора 24. На второй вход поступает импульс пилообразного напряжения с генератора 23 напряжения пилообразной формы, запускаемого импульсом частоты z генео ратора 18. В момент сравнения усиленного напряжения небаланса и напряжеz!z.ÿ пилообразной формы на выходе схемы сравнения появляется сигнал озадержка которого относительно импульса определяется уровнем выХ

1120366

ВНИИПИ Заказ 7745/38 Тираж 698 Подписное

Филиал ППП "Натент", г.У кгород, ул.Проектнаа, 4 ходного напряжения усилителя. Величина задержки импульса по отношению ! к импульсу 1 выбирается такой, что бы скомпенсйровать изменение проводимости канала полевого транзистора во всем диапазоне изменения температуры.

Таким образом, введение в узловой элемент блока формирования интервала времени, содержащего мостовую измерительную схему с полевым транзистором в одном из ее плеч, дифференциальный усилитель, генератор пилообразного напряжения и компаратор, позволяет скомпенсировать изменение 15 проводимости канала полевого транзистора от температуры и тем самым повысить точность узлового элемента сеточной модели.

Предлагаемый узловой элемент пред- 20 назначен для замены известного, используемого в специальном вычислителе для исследования систем термостатирования. В процессе работы с вычислителем экспериментально установлено, что изменение температуры приводит к изменению величины сопротивления цепей блока проводимости узлового элемента на величину до 17. на каждые 10 С. Следовательно, введение о автоматической компенсации изменения величины сопротивления от температуры путем изменения длительности управляющего импульса с помощью блока формирования интервала времени позволяет повысить точность узлового элемента сеточном модели и, следовательно, специализированного вычислителя в целом.

Изобретение приводит к повышению точности узлового элемента, .д также качества научно-исследовательских разработок и не влияет на экономические показатели.