Устройство для тригонометрического преобразования

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также в различных функциональных преобразователях, когда требуется одновременно определить значение sin x и cos x с малой погрешностью в интервале значений аргумента от 0 до π/2. Устройство включает квадратурный генератор, усилитель-ограничитель, время-импульсный преобразователь и два блока выборки и хранения. Предлагаемая структура позволяет повысить точность измерений при упрощении конструкции. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также в различных функциональных преобразователях, когда требуется одновременно определять значение sinХ и соsХ с малой погрешностью в интервале значений аргумента от 0 до Π/2.

Известен синусно-косинусный преобразователь, основанный на принципе аппроксимации заданных функций. Преоб- разователь содержит операционный усилитель с нелинейными элементами в цепи обратной связи [1] Недостатком устройства является невысокая точность аппроксимации.

Известен синусно-косинусный преобразователь, в котором аппроксимация заданных функций осуществляется отноше- нием многочленов третьей степени. Преобразователь содержит несколько множительно-делительных блоков, несколько сумматоров и масштабирующих элементов [2] Недостатком устройства является невысокая точность преобразования за счет значительной инструментальной погрешности, вносимой относительно большим количеством блоком, осуществляющих аппроксимацию.

Известно другое устройство для вычисления тригонометрических функций, содержащее два фазочувствительных выпрямителя и последовательно соединенные время-импульсный преобразователь, формирователь импульсов, интегрирующий усилитель и усилитель-ограничитель, а также генератор синусоидальных колебаний [3] Такое устройство имеет погрешность, обусловленную дрейфом интегратора.

Наиболее близким по сходным техническим признакам является устройство для тригонометрического преобразования, содержащее генератор опорного синусоидального напряжения, два фазовращателя, управляемый делитель напряжения, два блока выборки и хранения, выходы которых являются выходами напряжений, пропорциональных синусу и косинусу входного сигнала, а управляющие входы объединены и подключены через первый формирователь к выходу время-импульсного преобразователя, первый вход которого соединен с первым входом устройства, кроме этого устройство содержит второй формирователь, время-импульсные делители, генератор прямоугольных импульсов, элемент сравнения и операционный усилитель, источник опорного постоянного напряжения и источник напряжения, величина которого изменяется во времени [4] Такое устройство позволяет кроме напряжений, пропорциональных синусу и косинусу, формировать напряжение, пропорциональное второму входному напряжению, умноженного на значение тангенса первого напряжения. Однако применение управляемого делителя, выход которого подключен к информационному входу второго блока выборки и хранения, нарушает симметрию при формировании напряжений синуса и косинуса, при этом управляемый делитель напряжения не может обеспечить высокую точность при изменении входных сигналов в большом динамическом диапазоне, что приводит к погрешности на выходе второго блока выборки и хранения. Кроме этого два независимых фазовращателя также нарушают симметричность устройства при формировании напряжений, пропорциональных синусу и косинусу, что приводит к дополнительным погрешностям измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерений при упрощении конструкции.

Цель в устройстве для тригонометрического преобразования, содержащем генератор квадратурный, два блока выборки и хранения, выходы которых являются выходами устройства, а управляющие входы их объединены и время-импульсный преобразователь, первый вход которого соединен со входом устройства, достигается тем, что управляющие входы блоков выборки-хранения соединены с выходом время-им- пульсного преобразователя, второй вход которого подключен к второму входу генератора через усилитель-ограничитель.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 а-е временная диаграмма работы.

В состав устройства входят: квадратурный генератор 1; усилитель-ограничитель 2; время-импульсный преобразователь 3; два блока выборки и хранения 4 и 5.

Блоки в устройстве соединены следующим образом. Второй выход квадратурного генератора 1 (синусоидальное напряжение) подключен к входу усилителя-ограничителя 2 и к входу второго блока выборки и хранения 4. Первый выход квадратурного генератора 1 (косинусоидальное напряжение) подключен к входу первого блока выборки и хранения 5. К второму входу время-импульсного преобразователя 3 подключен выход усилителя-ограничителя 2, а к его первому входу подключен вход устройства и на него подается преобразуемый сигнал U_вх, выход время-импульсного преобразователя 3 подключен к управляющим входам блоков выборки и хранения 4 и 5, выходы последних являются выходами устройства.

Устройство для тригонометрического преобразования работает следующим образом. Квадратурный генератор 1 вырабатывает на двух своих выходах гармонические напряжения амплитудой U_о и периодом колебаний Т 2Π/w.

U1-2 U_оsinwt, фиг. 2а, U1-1 U_ocoswt, фиг. 2б.

Синусоидальное напряжение с первого выхода квадратурного генератора 1 поступает на усилитель-ограничитель 2, который формирует прямоугольные импульсы длительностью Т/2 и периодом следования Т, фиг. 2в. Выходные импульсы U2, длительность которых определена частотой колебаний напряжения квадратурного генератора, с усилителя-ограничителя 2 и входное напряжение U_вх поступает на два входа время-импульсного преобразователя 3, соответственно который формирует на выходе (аналогично работе прототипа) импульсы длительностью t (U_вх/U_max)(Т/4), где U_max U_вх(max), является максимальным значением длительности формируемых импульсов и выбрано таким потому, что устройство предназначено для осуществления тригонометрических преобразований в одном квадрате. Максимальная длительность интервала t в четверть периода устанавливается подбором коэффициента преобразования К время-импульсного преобразо- вателя 3: t [U_вх/U(T)]TU_вх/K[T/2]T 2U_вх/К, при t Т/4 и U_вх U_max, К 8U_max/T.

Выходные импульсы время-импульсного преобразователя 3 управляют режимом работы блоков и хранения 4, 5: за время длительности импульса t интервалы t_o-t₁, t₂-t₃ на фиг. 2 блоки 4, 5 работают в режиме выборки, остальное время в режиме хранения.

В режиме выборки на выходы блоков 4, 5 проходят сигналы с соответствующих выходов генераторов 1, фиг. 2д.е. В режиме хранения (интервал t₁-t₂, фиг. 2г. д. е) на выходе устройства устанавливается уровень сигнала, соответствующий значению сигнала в моменты времени t₁, t₃ и так далее, значение этого уровня и будет соответствовать значению преобразованного сигнала сигналы U4, U5 на фиг. 2д,е.

Для различных значений входного сигнала будет формироваться время-импульсным преобразователем 3 импульсы различной длительностью и, соответственно, будут различные уровни сигналов в режиме хранения с выходов блоков выборки и хранения 4 и 5.

Значение каждого i-го уровня будет соответствовать синусу (косинусу) U-того значения входного сигнала: U_4i sin U_вхi U_5i cos U_вхi Методика изменений указанных уровней в зависимости от типа регистрирующей аппаратуры может быть различна. Например осциллографическая регистрация обеспечивает непосредственное визуальное изменение уровня. При другом варианте измерений можно использовать сигналы U4, U5 в режиме выборки (в интервалах t₀-t₁, t₂-t₃,) как логические сигналы для блокировки выходных каcкадов блоков выборки и хранения 4, 5 в этом режиме, и тогда на выход устройства пройдут импульсы амплитудой соответствующего уровня (заштрихованные области на фиг. 2д,е), которую можно изменять, например, амплитудным детектором или другим измерителем.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, содержащее квадратурный генератор, два блока выборки-хранения, выходы которых являются выходами устройства, а управляющие входы объединены, времяимпульсный преобразователь, первый вход которого соединен с входом устройства, первый выход квадратурного генератора подключен к информационному входу первого блока выборки-хранения, отличающееся тем, что в него введен усилитель-ограничитель, выход которого соединен с вторым входом время импульсного преобразователя, выход которого соединен с объединенными управляющими входами первого и второго блоков выборки-хранения, причем второй выход квадратурного генератора подключен к информационному входу второго блока выборки-хранения и входу усилителя-ограничителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2