Устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМОГО ДВУХПОЛЮСНИКА , содержащее подключенные к входным . выводам управляемый преобразователь напряжение-ток и интегратор, о тличающееся тем, что, с целью повышения добротности и устойчивости устройства, оно содержит дешифратор, счетчик импулхзсов, генератор тактовых импульсов, элемент И, времяимпульсный блок деления, два блока вьщеления модуля и два блока формирования соответственно положительного и отрицательного знаков, каждый из которых содержит триггер, первый и второй элементы И и элемент ИЛИ, управляемый преобразователь напряжение-ток содержит конвертор отрицательного сопротивления, первый и второй ключи, ц эталонных резисторов и группу из И ключей, подсоединенных информационньми выводами параллельно соответствующим эталонным резисторам, которые включены последовательно,свободный вывод первого эталонного резистора подключен через последовательно включенные первый ключ и конвертор отрицательного сопротивления и через второй ключ к одному из выходнык выводов преобразователя, свободный вьшод ц-го эталонного резистора соединен с другим входным выводом преобразователя и с шиной нулевого потенциала , управляющие входы первого и второго ключей подключены к выходам элементов ИЛИ соответственно блоков формирования отр1щательного и положительного знаков, входа элемента ИЛИ в каясдом из этих блоков подсоединены к выходам соответственно первого и второго элементов И, одни из входов которых соединены с выходами триггера формирования соответствующего СО знака, а другие - с выходами триггера блока формирования противоположного знака , управляющие входы П ключей группы управляемого преобразователя напряжение-ток подклочены к соответствующим выходам дешифратора, подсоединённого входами к соответX ) ствумщим выходам счетчика импульсов« информационный вход которого под:л М) ключен к выходу элемента И, один их входов элемента И соединен с сд X) выходом генератора тактовых импульсов , а его другой вход подключен к входу сброса счетчика импульсов и к выходу времяимпульсного блока деления , входа которого подсоединены к вь ходам соответ ств;пощих блоков воделения модуля, вход одного из блоков вьщеления модуля соединен с входом интегратора и с входом триггера блока формирования положительного знака, а вход другого - с выходом интегратора и с входом триггера блока формирования отрицательного знака.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (И) (5!)4 G 06 G 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3723515/24-24 (22) 04.04.84 (46) 15.10.85. Вюл. М 38 (72) В.А.Кешишьян (71) Минский радиотехнический институт (53) 681.3(088.8) (56) Марше Ж. Операционные усилители и их применение. "Энергия", 1974.

Патент ГДР В 132829, кл. Н 03 Н 11/46, опублик. 1976; (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМОГО ДВУХПОЛ1()СНИКА, содержащее подключенные к входным .выводам управляемый преобразователь напряжение-ток и интегратор, о тл н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения добротности и устойчивости устройства, оно содержит дешифратор, счетчик импульсов, генератор тактовых импульсов, элемент И, времяимпульсный блок деления, два блока выделения модуля и два блока формирования соответственно положительного и отрицательного знаков, каждый из которых содержит триггер, первый и второй. элементы И и элемент

ИЛИ, управляемый преобразователь напряжение-ток содержит конвертор отрицательного сопротивления, первый и второй ключи, l1 эталонных резисторов и группу из )) ключей, подсоединенных информационными выводами параллельно .соответствующим эталонным резисторам, которые включены последовательно, свободный вывод первого эталонного резистора подключен через последовательно включенные первый ключ и конвертор отрицательного сопротивления и через второй ключ к одному из выходных выводов преобразователя, свободный вывод

)1-ro эталонного резистора соединен с другим входным выводом преобразователя и с шиной нулевого потенциала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к выходам элементов ИЛИ соответственно блоков формирования отрицательного и положительного знаков, входы элемента ИЛИ в каждом из этих блоков подсоединены к выходам соответственно первого и второго элементов И, одни из входов которых соединены с выходами триггера формирования соответствующего

C знака, а другие — с выходами триггера блока формирования противоположного знака; управлякщие входы и ключей группы управляемого преобразователя напряжение-ток подключены к соответствующим выходам дешифратора, подсоединенного входами к соответ- . ствующим выходам счетчика импульсов, информационный вход которого подключен к выходу элемента И, один их входов элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, à его другой вход подклочен к входу сброса счетчика импульсов и к выходу времяимпульсного блока деле- .

-ния, входы которого подсоединены к выходам соответствукщих блоков вьщеления модуля, вход одного из блоков выделения модуля соединен с входом интегратора и с входом триггера блока формирования положительного знака, а вход другого - с выходом интегратора и с входом триггера блока формирования отрицательного знака.

1185358

Изобретение относится к вычислительной технике и электротехнике и может найти применение в различных устройствах автоматики и радиотехники в качестве индуктивного или 5 емкостного элемента различных резонансных контуров и электрических фильтров.

Цель изобретения — повышение добротности и устойчивости устройства.

На чертеже приведена схема устройства для моделирования частотнозависимого двухполюсника.

Устройство для моделирования 15 часто ТНо-çà B исимо го двухполюс ника содержит цепочку эталонных резисторов 1-1, 1-2, ... 1-()и группу ключей 2-1, 2-2. . ., 2-(1, конвертор отрицательного сопротивления 3, 20 первый и второй ключи 4 и 5, дешифратор 6, счетчик импульсов 7, генератов тактовых импульсов 8, элемент И 9, времяимпульсный блок деления 10, блоки выделения модуля 11 и 12 соот- 25 ветственно. Кроме того, устройство содержит интегратор 13, блоки формирования положительного и отрицательного знаков 14 и 15 соответственно, содержащие триггеры 1б, 30 элементы И 17(и 17 2 и элементы

ИЛИ 18. Входное напряжение подается к первому входному выводу устройства 19 и второму входному выводу 20, который подключен к шине нулевого потенциала. Совокупность элементов и блоков 11- 1(,, 21 - 2(,, 3. 4 и 5 образует управляемый преобразователь напряжение-ток.

Устройство работает следующим 4() образом.

Пусть входной сигнал, поступающий на выводы 19 и 20, представляет собой синусоидальное напряжение Б(г.)=

=U,„)Sin(vt + q), которое с одной сто- 45 роны поступает на вход интегратора

13, выполненного,. например, на операционном усилителе, и с другой стороны поступает на первый блок 11 выделения модуля напряжения, а выходное напряжение с интегратора 13 поступает на второй блок 12 выделения модуля напряжения. Если на вход блока 11 приходит положительная полуволна напряжения, то она окажется 55 и на выходе этой, ячейки, если же приходит отрицательная полуволна напряжения, то все равно на выходе блока 11 будет положительная полуволна напряжения. В результате этого на выходе блока 11 будут только положительные полуволны напряжений, которые обозначим как И 1(. Аналогично работает и блок 12, т.е, если с выхода интегратора 13 напряжение имеет положительную полуволну, то оно инвертируется и на выходе будет отрицательное напряже- ние. Если сигнал с выхода интегратора 13 имеет отрицательную полуволну напряжения, то оно проходит без инвертирования на выход блока 12.

Следовательно, на выходе блока 12 всегда будут только отрицательные полуволны напряжений, которые обозначим как И (.

Таким образом, на выходе блока 11 всегда будет модуль входного напряжения .

I (1 1 Щ (y)I 9 а на выходе блока 12 — модуль выражения интеграла от входного напряжения с учетом знака, т.е.

U =- — Cot(gt+q)) =(U >

Um

12 4) )!

Напряжения U((= ) 08„) =

=tU Sin((:+q)I, 1)1 = -)U»I = — Cos(g(+g) поступают íà сооТ

>m

fi) ветствующие входы времяимпульсного блока деления 10. На выходе времяимпульсного блока деления 10 присутствуют широтно-модулируемыс. импульсы, длительность которых пропорциональна отношению П /U,, т.е. каждому дискретному во времени отношению U((, /U(,» соответствует определенная длительность импульса на входе блока 10. Далее широтномодулируемые импульсы с выхода блока 10 поступают на первый вход элемента И 9, на второй вход которого поступают короткие импульсы с генератора 8, которые заполняют широтно-модулированные импульсы с выхода блока 10. В результате этого на выходе элемента И 9 всегда существуют пачки импульсов разного количества, поступающие на вход счетчика 7 импульсов, который подсчитывает их, начиная с. момента

1185358 появления переднего фронта прямо— угольного импульса с выхода блока 10 и кончая по его заднему фронту. Очевидно, что в момент окончания подсчета импульсов (в момент появления 5 заднего фронта прямоугольного импульса) счетчик 7 должен передать информацию в дешифратор 6 и в то же время перейти в исходное состояние (т,е. обнулиться) . Таким образом, чтобы счетчик импульсов 7 перешел в исходное состояние, необходимо выход блока 10 подключить на вход сброса (вход R обнуления счетчика импульсов 7). Подсчитав количество импуль- «5 сов, счетчик 7 ставит в соответствии с длительностью i-го широтно-модулированного импульса 1-й двоичный код.

Выходы счетчика 7 соединены с входом дешифратора 6, вход которого в соответ- 20 ствии с -м двоичным кодом счетчика управляет работой соответствующих ключей

2-1, 2-2, ..., 2-п, включая тем самым i-e эталонные резисторы из цепи эталонных резисторов (1-1. 25

1-2, ..., 1-п) . Следовательно, каждому х-му двоичному коду соответствует определенный i-й резистор, эталонное значение которого подобрано в соответствии с выражением 30

«0

П ЙИ1 U Bx (i3 n(;) "«з(1

Для установки требуемого реального знака отношения U щ, /U, в i-й 35 момент времени, что позволяет устанавливать требуемый знак i-му эталонному резистору 1-i в устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника введены два блока 40 формирования положительных и отрицательньм знаков.

Принцип действия блоков формирования отрицательного и положительного знаков основан на том, что при высо- 45 ких уровнях напряжений на первых (левых на чертеже) выходах триггеров 16, принадлежащих соответственно блокам формирования положительного и отрицательного зйаксв, включается 50 элемент И 171 в блоке 15, все остальные элементы И обоих блоков закрыты. Включение элемента И 17« приводит к тому, что на выходе элемента

ИЛИ 18 того же блока появляется сиг- 55 нал, который существует в интервале времени 0-t« в котором отношение

U „/U«1 имеет отрицательный знак, поэтому сигнал с выхода элемента

ИЛИ 18 поступает на управление первого ключа 4. Следовательно, в интервале 0-t« ключ 4 включен. При этом включается в цепь конвертор 3 отрицательного сопротивления и цепоч— ка эталонных резисторов 1- 1, 1-п оказывается включенной в цепи нагрузки конвертора 3 отрицательного сопротивления. В результате этого в указанном интервале времени формируются отрицательные значения эталонных резисторов. В интервале времени й«- 2 отношение U» /U» положительно. Высокие уровни с соответствующих выходов триггеров 16 включают элемент И 17« в блоке 14, в результате чего на выходе элемента

ИЛИ 18 того же блока появляется сигнал, который включает ключ 5 (при этом ключ 4 выключается). В интервале времени, -t < эталонные резисторы 1-1, 1-2, ..., 1 -и подключены непосредственно к выводам 19 и 20 и имеют присущие им положительные значения. Далее процесс повторяется, т.е. в интервале времени, когда напряжения И „ и И « положительные (или оба отрицательные) появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ 18 блока 14 формирования положительного знака, который включает ключ 5.

В интервале времени, когда либо напряжение И ь, либо И принимает отрицательное значение, появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ 18 блока 15 формирования отрицательного знака, который включает ключ 4.

Таким образом, как указывалось вьппе, номиналы эталонных резисторов изменяются дискретно, с установкой соответствующего знака, определяемого отношением И „/H» . Подключение эталонных резисторов 1-1, ..., 1-п ко входу устройства (выводы 19 и 20) приводит к тому, что в этой ветви между выводами 19 и 20 формируется ток, изменяющийся re закону, определяемому законом изменения номиналов эталонных резисторов R во времени.

Ф

В рассматриваемом случае ток определяется следующим образом.

1. Если в качестве блока 13 используется схема интегратора, то

° Uax . Um

= — K — соз (с +« )

R1 Я

:9 где К« — коэффициент (постоянная времени интегратора) .

ВНИИПИ Заказ 6367/46 Тираж 709 Подписное филиал ППП "Патент", r.уж. ород, ул.Проектная, 4

5 11

2. Если в качестве блока 13 используется схема дифференциатора, то — = К MU соз(И+ )

Овх г

\ где К вЂ” коэффициент (постоянная времени дифференциатора).

Сравнивая полученные выражения для тока в цепи двухполюсника с входным напряжением, видно, что в первом случае ток будет отставать от приложенного напряжения на угол /2 и, следовательно, устройство будет моделировать свойства индуктивного элемента. Во втором случае ток будет опережать приложенное

r напряжение на угол и /2. В этом случае устройство б:дет моделировать свойства емкостного элемента. Следовательно, эталонные резисторы

1.-1, ..., 1-п, подключаемые к входным выводам 19 и 20 и принимающие как отрицательные, так и положительные значения, в зависимости от отно« шения И „/И, определяют частотнозависимый двухполюсник. Рассматривая вопросы устойчивости и стабильности в работе, необходимо отметить, что

85358 6 когда эталонные резисторы 1-1, 1-п принимают положительные значения, то вопроса о чувствительности и устойчивости устройства вообще не возникает, а когда эталонные резисторы принимают отрицательные значения, необходимо лишь удовлетворить условию, чтобы сопротивление эталонного i-ro резистора 1-i, которое является наг10 рузочным резистором конвертора отрицательного сопротивления 3, быпо больше внутреннего сопротивления источника входного напряжения., что не представляет особого труда в реализации. Таким образом, в устройстве ток в ветви между выводами 19 и 20 искусственно задается дискретным изменением номиналов эталонных резисторов 1-1, ..., 1-п, изменяющихся по

2б закону, определяемому отношением входного напряжения, например, к проинтегрированному входному напряжению, и практически строго oiстает от при-. ложенного напряжения на угол 7 /2.

25 Это приводит к возможности получения высокой добротности практически на любых частотах и, что самое важное, на низких частотах.