Функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при функциональном преобразовании аналоговых величин в вычислительных машинах. Целью изобретения является представление результата преобразования в виде аналогового сигнала и повышение быстродействия преобразователя. Для достижения цели в преобразователь введены компаратор, ждущий мультивибратор, два формирователя импульсов, интегратор и блок выборки-хранения. В данном преобразователе результат преобразования формируется за один период импульсного сигнала в виде аналогового сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при функциональном преобразовании аналоговых величин в вычислительных машинах.

Цель изобретения представление результата преобразования в виде аналогового сигнала и повышение быстродействия преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого функционального преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Функциональный преобразователь содержит блок 1 выделения модуля, сумматор 2, интеграторы 3 и 4, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, формирователи 7 и 8 импульсов, блок 9 выборки-хранения, входную шину 10, шину 11 опорного напряжения и выходную шину 12.

Вход блока 1 соединен с шиной 10, а выход с вторым входом сумматора 2, первый вход которого соединен с шиной 11 и вторым входом компаратора 5, а выход с информационным входом интегратора 3, выход которого соединен с первым входом компаратора 5. Вход мультивибратора 6 соединен с выходом "равно" компаратора 5 и входом сброса интегратора 3, прямой выход с входом формирователя 7, а инверсный выход с информационным входом интегратора 4, вход сброса которого соединен с выходом формирователя 8, а выход с информационным входом блока 9. Управляющий вход блока 9 соединен с выходом формирователя 7 и входом формирователя 8, а выход с шиной 12.

Работа функционального преобразователя заключается в следующем.

На вход блока 1 с шины 10 поступает аналоговый сигнал с уровнем Х_вх, удовлетворяющим условию О < I Х_вх I < А, где А уровень опорного напряжения положительной полярности, поступающего с шины 11 на первый вход сумматора 2.

Блок 1 имеет единичный коэффициент передачи. На его выходе формируется сигнал положительной полярности, равный модулю Х_вх входного сигнала. Этот сигнал поступает на второй вход сумматора 2.

Первый вход сумматора 2 является неинвертирующим, а второй инвертирующим. На его выходе формируется сигнал, уровень U₂ которого равен разности уровней сигналов на его первом и втором входах: U₂ A I X_вх I Сигнал уровня U₂ с выхода сумматора 2 поступает на информационный вход интегратора 3. Под действием сигнала U₂ сигнал на выходе интегратора 3 линейно нарастает (фиг.2а) со скоростью U₂/τ где τ постоянная времени интеграторов 3 и 4.

Сигнал с выхода интегратора 3 поступает на первый вход компаратора 5, на второй вход которого поступает опорное напряжение уровня А с шины 11. В моменты равенства сигналов на своих входах компаратор 5 формирует короткие импульсы (фиг.2б), поступающие на вход сброса интегратора 3 и вход мультивибратора 6.

Интегратор 3 под действием импульсов сброса обнуляется, а затем сигнал на его выходе и первом входе компаратора 5 вновь начинает линейно нарастать. В результате на выходе интегратора 3 формируется пилообразное напряжение (фиг.2в) с периодом Т, определяемым из соотношения T (1) Обозначив α , полученное соотношение можно записать в виде T (2) Мультивибратор 6 под действием импульса с выхода "равно" компаратора 5 формирует прямоугольные импульсы (фиг.2в) фиксированной амплитуды В длительностью τ равной постоянной времени интеграторов 3 и 4. Эти импульсы с прямого выхода мультивибратора 6 поступают на вход формирователя 7. На инверсном выходе мультивибратора 6 формируется логически инверсный сигнал (фиг.2г) прямоугольные импульсы амплитудой В и длительностью Т τ которые поступают на информационный вход интегратора 4.

Длительность Т τ импульсов на информационном входе интегратора 4 с учетом уравнения (2) определяется как T-τ τ (3)
Под действием импульса на информационном входе интегратора 4 на его выходе формируется сигнал, который во время действия импульса линейно нарастает от нуля со скоростью B/ τ а по окончании импульса остается на достигнутом уровне (фиг.2д). Уровень U₄ сигнала на выходе интегратора 4 к моменту окончания импульса длительностью Т τ на его информационном входе составляет
U₃=
С учетом уравнения (3) можно записать
U₃= (4)
Сигнал с выхода интегратора 4 поступает на информационный вход блока 9.

Формирователь 7 по передним фронтам импульсов с прямого выхода мультивибратора 6 вырабатывает импульсы выборки (фиг.2е), которые поступают на управляющий вход блока 9 и на вход формирователя 8. Длительность этих импульсов выбирается минимально возможной, но достаточной для записи в блок 9 уровня сигнала на его информационном входе. Под действием импульсов выборки в блоке 9 уровень U₉ пропорционален уровню U₃:
U₉ K₉ U₃, где К₉ коэффициент передачи блока 9.

Этот сигнал поступает на шину 12. С учетом уравнения (4) можно записать
U₉= K₉B
По заднему фронту импульса выборки формирователь 8 вырабатывает импульс сброса (фиг.2ж), который поступает на вход сброса интегратора 4. Интегратор 4 обнуляется (фиг.2д). Далее описанный процесс повторяется.

В результате в течение одного периода Т на выходе блока 9 и шине 12 формируется аналоговый сигнал уровня U₉, связанный с входным сигналом Х_вх требуемой нелинейной зависимостью.

Таким образом, предлагаемый функциональный преобразователь осуществляет нелинейное преобразование вида
Y K где Х и Y соответственно входной и выходной сигналы преобразователя;
А постоянный уровень, превышающий максимально возможный уровень входного сигнала;
К постоянный коэффициент.

При этом результат преобразования представлен в виде аналогового сигнала.

В предлагаемом преобразователе результат преобразования формируется за один период импульсного сигнала, что существенно повышает быстродействие преобразователя.

Формула изобретения

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий блок выделения модуля, вход которого является входом функционального преобразователя, сумматор и первый интегратор, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, отличающийся тем, что в него введены компаратор, ждущий мультивибратор, два формирователя импульсов, второй интегратор и блок выборки-хранения, выход которого является выходом функционального преобразователя, выход первого интегратора подключен к первому входу компаратора, выход "Равно" которого соединен с входом ждущего мультивибратора и входом сброса первого интегратора, второй вход компаратора и первый вход сумматора подключены к шине опорного напряжения, выход блока выделения модуля соединен с вторым входом сумматора, прямой выход ждущего мультивибратора подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого непосредственно соединен с управляющим входом блока выборки-хранения и через второй формирователь импульсов подключен к входу сброса второго интегратора, выход которого соединен с информационным входом блока выборки-хранения, инверсный выход ждущего мультивибратора подключен к информационному входу второго интегратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2