Времяимпульсный квадратичный преобразователь
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение при построении аналоговых и цифроаналоговых приборов. Целью изобретения является повышение быстродействия. Сущность изобретения заключается в создании быстродействующего времяимпульсного квадратичного преобразователя на основе временного разделения процессов интегрирования и формирования выходного сигнала устройства посредством организации двухтактного противофазного управления выборкой с использованием активных структур интеграторов с аналоговой памятью, электронных ключей 3,4,5 и 15 и схемы управления, состоящей из элементов И 17 и 18 и Т- триггера 16. 2 ил. с S (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (191 (l I) А1 (50 4 G 06 G 7/20
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4164684/24-24 (22) 23.12.86 (46) 30.06.88. Бюл. N 24 (71) Ленинградский технологический институт холодильной промышленности и Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина ) (72) А.Н.Евстигнеев, А.П.Потоцкий, И.В.Герасимов и Н,М.Сафьянников (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 502383, кл. G 06 G 7/20, 1976.
Авторское свидетельство СССР
М 1141426, кл. С 06 G 7/20, 1983. (54) ВРЕМЯИМПУЛЬСНЬЙ КВАДРАТИЧНЬП1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение при построении аналоговьж и цифроаналоговых приборов.
Целью изобретения является повышение быстродействия. Сущность изобретения заключается в создании быстродействующего времяимпульсного квадратичного преобразователя на основе временного разделения процессов интегрирования и формирования выходного сигнала устройства посредством органиэации двухтактного противофазного управления выборкой с использованием активных структур интеграторов с аналоговой памятью, электронных ключей
3,4,5 и 15 и схемы управления, состоящей из элементов И 17 и 18 и Ттриггера 16. 2 ил.
1406610
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение при построении аналоговых и цифроаналоговых приборов.
Целью изобретения является повышение быстродействия.
На фиг.l приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2— временные диаграммы работы, !0
Времяимпульсный квадратичный преобразователь содержит источник 1 широтно-модулированного (IlIHM ) сигнала, источник 2 опорного напряжения, первый 3, второй 4 и третий 5 ключи, первый 6, второй 7, третий 8 масштабные резисторы, запоминающий конденсатор 9, сглаживающее звено, содержащее сглаживающий конденсатор 10, операционные усилители 11 и 12, два бло- 20 ка 13 и 14 выборки-хранения, четвертый ключ 15, Т-триггер 16, два элемента И 17 и 18 °
Преобразователь работает следующим образом. 25
Пусть и начальный момент времени
t=0 первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 15 ключи разомкнуты, Т-триггер 16 сброшен, на выходе блоков 13 и 14 выборки-хранения и на выходе преобразователя нулевое напряжение..
Тогда с приходом импульса „ от источника I I!IHN-сигнала на Т-триггер
16 последний устанавливается н "1" по пРямому выходу, и первый элемент
И 17 формирует управляющий сигнал, замыкающий ключ 3 и разрешающий прохождение напряжения Uo„ oT источника
2 опорного напряжения на первый вывод первого масштабного резистора 6, 40 образующего вместе с операционным усилителем 12 и конденсатором 9 первый интегратор, последний интегрирует это напряжение и на его выходе формируется напряжение UIÄI. Блок 14 вы- 45 борки-хранения находится н это время в режиме хранения, но так как на ее выходе сигнал нулевого уровня, он не участвует в формировании напряжения („ Ключ 4 в это время разомкнут 50 управляющим сигналом нулевого уровня с выхода второго элемента И 18.
С приходом следующего импульса от источника 1 ШИМ-сигнала на вход Ттриггера 16 последний переходит в нуленое состояние по прямому выходу, и первый элемент И 17 формирует сигнал, размыкающий ключ 3 и запрещающий поступление напряжения U „ от источника 2 опорного напряжения на первый вывод первого масштабного резистора
6. Блок 14 выборки-хранения переходит в это время под ноздействием сигнала единичного уровня с инверсного выхода триггера 16 н режим выборки, Выходной сигнал блока 14 выборки-хранения через второй масштабный резистор 7 и ключ 4,замкнутый сигналом единичного уровня с выхода второго элемента И 18 на время 7„, поступает на вход операционного усилителя 11, образующего совместно с резистором 7 и конденсатором 10 второй интегратор.
Второй интегратор интегрирует этот сигнал, и на его выходе формируется напряжение UI . Ключ 5 при этом разомкнут сигналом нулевого уровня с прямого выхода Т-триггера 16, и выходное напряжение блока 14 выборкихранения не поступает на вход операционного усилителя 11 второго интегратора. Блок 13 выборки-хранения под воздействием сигнала нулевого уровня с прямого выхода Т-триггера 16 находится н режиме хранения, но так как на его выходе сигнал нулевого уровня, он не участвует в формировании напряжения 11 „!через четнертый ключ
15, замкнутый уровнем "1" с инверсного выхода Т-триггера 16.
С приходом очередного импульса на вход Т-триггера 16 устройство работает, как и в первом такте, с той лишь разницей, что в формировании сигнала
U <„! принимает участие и сигнал с выхода блока 14 выборки-хранения, полученный во втором такте, а блок 13 выборки-хранения, находящийся в режиме выборки, под действием "1" с прямого выхода Т-триггера 16 формирует ныход-, ной сигнал преобразователя, отличный от нуля.
Таким образом, в нечетные такты
1!!ИМ-сигнала с источника 1 происходит интегрирование как сигнала U<Ä, так и предыдущего значения на блоке 14 выборки-хранения, а также выборка напряжения Uг и формирование выходного сигнала преобразователя с квадратичной характеристикой. В четные такты ШИИ-сигнала с источника I осуществляется выборка напряжения U <
1406610
А
n„
"1 (2) 40
o, dt к-< и, учитывая,что U („„— величина, не зависящая От времени, а занисящая от номера такта К, перепишем выражение 45 (1) следующим образом:
U(„,)(1 — -„--) + Ак. (3)
Т
"1
Полученное уравнение янляется ли-, нейным разностным неоднородным уран- 50 некием первого порядка. Решение уравнения (3) при п п
u,„ас (4)
А =А =...А =А=
1 t к находим н виде и 2
U =А —,— ) ) — ()в (к) Т вЂ”,-) j +U(,)(1- -„-),(5) t
В основу построения устройства положен принцип временного разделения процессов интегрирования сигнала и его выборки на основе двухтакт5 ного режима управления выборкой и хранением информации с получением квадратичного закона преобразования при одновременном быстром усреднении полученного результата и представлении его н виде напряжения, благодаря чему значительно повышается быстродействие преобразователя.
Принимая во внимание то, что процесс интегрирования в первом интег- 15 раторе преобразователя происходит лишь н нечетнъ1е такты, а в четные такты напряжение остается постоянным, определим номер такта, как К=2п+1, где К вЂ” номер такта; n — 1,2,3,4... ° 20 огда на выходе операционного усилителя 12, входящего в состав первого интегратора, будем иметь
1К
Т
1 1
"(к) "(К-f) 7 ) UoÄ dt n "(к 1) Ф () где 7, =R
Л
i<=R С вЂ” постоянная интегрироэ вания перного интегратора по цепи обратной связи
U(k,) — напряжение на выходе 35 первого интегратора в предыдущем такте.
Введем обозначение
4у
n„n
"ц(К) И (К+1) и выборе постоянных интегрирования
1= "2= Т (7) получим из (5) с уче(том (4), что
U — U н (к) on Т (8)
В четные периоды ШИМ-сигнала это напряжение будет поступать на второй интегратор и, так как интегрирование будет происходить в данном случае лишь в четные такты, а в нечетные напряжение на выходе второго интегратора остается постоянным, определим номер такта для второго интегратора как
М=2п,где М вЂ” номер такта;и — 1,2,3...
Тогда на выходе операционного усилителя 11, входяшего в состав второго интегратора, будем иметь м и ! Г "н (-U --) dt—
off Т
Э iM, (9) (6) (М) (М 1)
1
Т о где 7э =К С„ — постоянная интегрирования второго интегратора по входу;
=R С вЂ” постоянная интегри5 1о рования второго интегратора по цепи обратной связи;
U — напряжение на выхо(М-1) де второго интеграто ра и выходе устройства в предыдущем такте.
Введем обозначение М
Л
1 1
B -я- ) U -- dt (10) ьэ Т
M-1 и, учитывая, что U („, — величина, не зависящая от времени, а зависящая от номера такта М, перепишем выражение (9) следующим образом:
Т
U(M) U (M -1) ()
Решение уравнения (1)) при е„
) н
< ll
В -S -...-Â -a -- I U -- dt (12) 2 К М Т о находится в виде
U(N) -В Т-()-(l — т) 1 U(,)()+ -T-) .
o g (l3) где U — напряжение на ныходе интег(ol ратора н начальный момент времени t o.
При установившемся входном сигнале, т.е. при условии
14066 где U — напряжение на выходе усто ройства в начальный момент времени
При установившемся сигнале на вто5 ром выводе второго масштабного резистора 7, т.е. при выполнении условия (6) и выборе постоянных интегрирования
4, = 7, (14) 1р получим из (9) с учетом (12), что (15)
n„„
4 где 6 = — — — относительная длительТ
НОСТЬ ВХОДНОГО ИМ 15 пульса.
Иэ выражения (13) при выполнении условия (14) следует, что переходный процесс заканчивается за два такта.
I торах, Формула изобретения
Времяимпульсный квадратичный преобразователь, содержащий источник широтно-модулированного сигнала, источник опорного напряжения, три ключа, три масштабных резистора, запоминающий конденсатор и сглаживающее звено, выполненное на первом операционном усилителе, в цепь обратной
50
„20
Переход от получения квадратичного закона преобразования на основе пассивных импульсно-управляемых многополюснихов с последующим медленным усреднением полученного результата, 25 на использование активных структур интеграторов с аналоговой памятью при организации на их основе двухтактного противофазного управления выборкой информации с одновременным 1П быстрым формированием выходного сигнала позволяет значительно увеличить быстродействие в предлагаемом преобразователе по сравнению с известным за счет снятия принципиального противоречия между точностью и быстродействием времяимпульсных преобразователей на основе сглаживания импульсных потоков, так как исключает необходимость в фильтрующих конденса- 4О
1О 6 связи которого включен сглаживающий конденсатор, выход источника опорного напряжения соединен с информационным входом первого ключа, выход которого через первый масштабный резистор подключен к первому выводу запоминающего конденсатора, первый вывод второго масштабного резистора через второй ключ подключен к входу операционного усилителя сглаживающего звена, первый вывод третьего масштабного резистора подключен к выходу преобразователя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены операционный усилитель, два блока выборки-хранения, четвертый ключ, Ттриггер и два элемента И, первые входы которых подключены к выходу источника широтно-модулированного сигнала и к входу Т-триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и с управляющими входами третьего ключа и первого рлока выборки-хранения, выход которого подключен к выходу преобразователя, а информационный вход соединен с выходом операционного усилителя сглаживающего звена, подключенного входом к выходам второго и третьего ключей, информационный вход четвертого ключа соединен с вторым выводом третьего масштабного резистора, инверсный выход Т-триггера подключен к второму входу второго элемента И и к управляющим входам четвертого ключа и второго блока выборки-хранения, выход которого соединен с вторым выводом второго масштабного резистора, а информационный вход подключен к второму выводу запоминающего конденсатора и выходу операционного усилителя, соединенного входом с вторым выводом первого масштабного резистора и выходом третьего ключа, соединенного информационным входом с первым выводом второго масштабного резистора, выходы первого и второго элементов И соединены с управляющими входами соответственно первого и второго ключей.
1406610
4Ч
Тираж 704
Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Редактор Э.Слиган
Заказ 3195/45
Составитель Н.Зайцев
Техред Л.Сердюкова Корректорй.Король
