Многостабильный функционально-логический преобразователь

 

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для линейного и функционального квантования переменных сигналов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения гистерезисных и неоднозначных функций с n точками разрыва и/или излома. 9 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и аналоговой вычислительной техники и может быть использовано в качестве многостабильного триггера с импульсным или потенциальным управлением, для линейного и функционального квантования аналоговых сигналов, для воспроизведения сложных гистерезисных и неоднозначных функций и др.

Известны реляторные триггеры с двумя устойчивыми состояниями (см., например, а. с. 1288723, кл. G 06 G 7/25). Недостатком таких устройств являются ограниченные функциональные возможности, так как его выходной сигнал может принимать только два разрешенных уровня. Известны также реляторные многопороговые преобразователи, выходной сигнал которых принимает n разрешенных уровней. Недостатком таких преобразователей являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности воспроизведения гистерезисных и неоднозначных функций (см., например, а.с. 1300507, кл. G 06 G 7/25).

Наиболее близким к предлагаемому схемному решению является реляторный коммутационно-логический преобразователь N 1596354 "Устройство для воспроизведения гистерезисных функций", кл. G 06 G 7/25.

Заявка является зависимой от а.с. N 1596354.

Недостатками прототипа являются малая нагрузочная способность (его выходное сопротивление R_вых ≅ nr, где r - сопротивление замкнутого ключа) и низкое быстродействие (время задержки прохождения фиксирующего сигнала на выход преобразователя τ_з ≅ nτ, где τ - задержка сигнала, приходящая на один ключ релятора). Здесь равенство выполняется в самом неблагоприятном случае, когда все вторые ключи реляторов замкнуты.

Цель изобретения - повышение нагрузочной способности и повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в а.с. 1596354 использованы трехключевые реляторы, выход третьего замыкающего ключа каждого предыдущего релятора соединен с входом второго размыкающего ключа последующего релятора, выходы вторых ключей всех реляторов соединены и образуют выход преобразователя, к которому присоединен выход третьего ключа последнего релятора.

Схема преобразователя изображена на фиг. 1. Она содержит n реляторов (для фиг. 1 n = 4) 1, 2, 3, 4. Каждый регятор (фиг. 2) содержит стробируемый (выход C) компаратор 5 и первый перекидной 6, второй замыкающий 7 и третий размыкающий 8 ключи. Выход компаратора 5 соединен с управляющими входами ключей 6, 7, 8. Положение ключей на фиг. 2 соответствует ситуации, когда напряжение на неинвертирующем входе компаратора 5 больше напряжения на его инвертирующем входе.

Инвертирующие входы всех реляторов присоединены к управляющему входу преобразователя, на который поступает управляющее напряжение U. Стробирующие входы компараторов 6 присоединены к стробирующему входу преобразователя, на вход которого подается стробирующий сигнал x₀.

На первый и второй входы первого ключа 6 реляторов подаются задающие напряжения U_i1, U_i2, i = 1, 2, ..., n, причем U_i1 > U_i2. Выход первого ключа в каждом реляторе соединен с неинвертирующим входом компаратора 5 этого же релятора. Выход третьего замыкающего ключа 8 каждого предыдущего релятора соединен с входом второго ключа 7 последующего релятора. Выходы вторых ключей всех реляторов соединены, образуют основной выход преобразователя Z, к которому присоединен выход третьего ключа 3 последнего (n-го) релятора. Выходы первых ключей 6 реляторов преобразуют дополнительные выходы Z₁, Z₂, . .., Z_n преобразователя.

На фиг. 3 приведено условное схемное обозначение преобразователя (фиг. 1).

Программирование преобразователя на воспроизведение заданных функций и операции осуществляются соответствующими межсоединениями входов преобразователя, фиксацией опорных напряжений U_ij и отождествлением некоторых фиксирующих переменных сигналов Y_i с управляющей переменной U.

На фиг. 4 приведены варианты схем включения базовой схемы, изображенной на фиг. 1.

При соединении переключательных входов (входы ключей реляторов) в соответствии с фиг. 4а преобразователь является многостабильным триггером с n+1 устойчивыми состояниями. Здесь зачерненными точками обозначены инвертирующие переключательные входы преобразователя, что обеспечивается включением на эти входы инверторов знака (инвертирующих повторителей напряжения). Если амплитуда U управляющего импульса попадает в интервал [U_ij, U_(i+1)j заданной шкалы опорных напряжений |U_1j|<|U|<...<|U|, то после снятия управляющего импульса на выходе Z запоминается заданный уровень напряжения Z = Y_i, где i ∈ {1,2,...,n+1}. На фиг. 5а представлены функции воспроизводимых по каждому дополнительному выходу Z_j, j = 1, 2,...,n. При потенциальном управлении (при непрерывном изменении уровня напряжения U) преобразователь по фиг. 4а по основному выходу Z воспроизводит многоступенчатую гистерезисную функцию, представленную на фиг. 5б. Сброс преобразователя в исходное состояние (Z=Y₁) осуществляется подачей на управляющий вход отрицательного импульса с амплитудой U<U. При этом все ключи релятора переключаются в положение, указанное на фиг. 2, то есть Z = Y₁, Z₁=U₁₁, Z₂= U₂₁, Z₃U₃₁, Z₄=U₄₁.

Схема по фиг. 4б также является реляторным триггером с +1 устойчивыми состояниями. Здесь в отличие от фиг. 4а отсутствует необходимость использования предвключенных интервалов знака. На фиг. 6 представлены функции, воспроизводимые преобразователем по фиг. 4б.

При присоединении входных выводов в соответствии с фиг. 4в и при Y₁ < Y₂ <. . .< Y_n+1 преобразователь воспроизводит операцию квантования управляющего напряжения U=U(t) (фиг. 7). При Y_i=Y₁+ (i+1) Δ Y закон квантования является равномерным (фиг. 7б). В общем случае в зависимости от выбранных значений Y_i может быть воспроизведен любой заданный закон квантования. В частном случае для фиг. 4в можно положить Y₁ =U₁₂, Y₂ = U₁₁, Y₃ = U₂₁, Y₄ = U₃₁, Y₅ = U₄₁ (соответствующие переключательные входы соединены).

При соединении входов в соответствии с фиг. 4г преобразователь воспроизводит различного вида многоступенчатые разрывные гистерезисные функции. В частности, при Y₁ < Y₂ < Y₃ < Y₄ < Y₅ воспроизводится функция, изображенная на фиг. 8.

При соединениях в соответствии с фиг. 4д (Y₁ = Y₃ - -U, Y₂ = Y₄ = U) воспроизводится сложная гистерезисная функция, представленная на фиг. 9.

Для предложенного схемного решения выходное сопротивление R_вых ≈ 2r, где r - сопротивление замкнутого ключа, а временная задержка τ_з = 2τ, где τ - задержка в одном реляторе. В прототипе в наиболее неблагоприятном случае R_вых = nr, τ_з = nτ. Таким образом, предлагаемое решение позволяет увеличить нагрузочную способность и быстродействие в n/2 раз.

Формула изобретения

Многостабильный функционально-логический преобразователь, содержащий n реляторов, каждый из которых состоит из стробируемого компаратора, управляющего состоянием первого перекидного ключа, инвертирующие входы всех компараторов объединены и образуют управляющий вход преобразователя, стробирующие входы всех реляторов соединены и являются стробирующим входом преобразователя, в каждом реляторе выход его первого ключа соединен с неинвертирующим входом компаратора этого же релятора, на первый и второй входы первого ключа всех реляторов подаются задающие напряжения U_i1>U_i2, i = 1, 2, . . . ,n, выходы первых ключей всех реляторов образуют дополнительные выходы преобразователя, отличающийся тем, что в каждый релятор введены второй, замыкающий, и третий, размыкающий, ключи, управляемые от компаратора этого релятора, на вход второго ключа первого релятора и на входы третьих ключей всех реляторов подаются соответственно фиксирующие сигналы y₁, y₂, ..., y_n, выход третьего ключа каждого предыдущего релятора соединен с входом второго ключа последующего релятора, выходы второго и третьего ключей n-го релятора соединены, а выходы вторых ключей всех реляторов объединены и образуют основной выход преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9