Обратимый амплитудный селектор

 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления. Техническим результатом является повышение точности воспроизводимой операции и упрощение устройства. Устройство содержит К групп ключей, каждая из которых состоит из двух размыкающих и двух замыкающих ключей, два компаратора, формирователь функции управления, состоящий из D-триггера, трех элементов 2И-НЕ, двух устройств задержки, двух узлов определения направления передачи сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления.

Известен амплитудный селектор [1] А.С.1251114 (СССР). Амплитудный селектор. /Волгин Л.И., Ефимов А.В., Зарукин А.И., Ребане Р-В.П., Тетенькин Я. Г. Опубл. в Б.И. 1986, 30.

Известное устройство имеет ряд недостатков.

Оно имеет низкие функциональные возможности, заключающиеся в неравнозначности входных и выходных выводов селектора, т.е. невозможности подачи входных напряжений на выходные выводы амплитудного селектора.

Наиболее близким к предлагаемому схемному решению является А. С. 1785007 (СССР). Обратимый амплитудный селектор./ Волгин Л.И., Зарукин А.И. Опубл. в БИ 1992, N48, содержащий формирователь функции управления, первый и второй компараторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя функций управления, К групп ключей, управляющий вход которых соединен с выходом формирователя функции управления, причем каждая группа выполнена на двух замыкающих и двух размыкающих ключах, объединенные первые выводы первого размыкающего и первого замыкающего ключей и объединенные первые выводы второго размыкающего ключей и второго замыкающего ключей соединены с соответствующими "х" входами амплитудного селектора, объединеные выводы первого размыкающего и второго замыкающего и выводы второго размыкающего и первого замыкающего ключей, формирователь функции управления выполнен на трех элементах 2И-НЕ и триггере, выходы которого соединены с входами первого и второго элементов 2И-НЕ, устройство задержки.

Недостатком прототипа является низкая точность коэффициента передачи и большие аппаратурные затраты, связанные с большим количеством аналоговых ключей.

Задачей изобретения является повышение точности воспроизводимой операции и уменьшение аппаратурных затрат.

Поставленная техническая задача решена заявляемым изобретением.

Предлагается обратимый амплитудный селектор, содержащий формирователь функции управления, первый и второй компараторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя функций управления, К групп ключей, управляющий вход которых соединен с выходом формирователя функции управления, причем каждая группа выполнена на двух замыкающих и двух размыкающих ключах, объединенные первые выводы первого размыкающего и первого замыкающего ключей и объединенные первые выводы второго размыкающего ключей и второго замыкающего ключей соединены с соответствующими "х" входами амплитудного селектора, объединеные выводы первого размыкающего и второго замыкающего и выводы второго размыкающего и первого замыкающего ключей, формирователь функции управления выполнен на трех элементах 2И-НЕ и триггере, выходы которого соединены с входами первого и второго элементов 2И-НЕ, устройство задержки, первый и второй входы первого и второго компараторов соединены соответственно с "x" и "у" входами амплитудного селектора, в котором объединенные выводы первого размыкающего и второго замыкающего и выводы второго размыкающего и первого замыкающего ключей соединены с соответствующими "у" входами амплитудного селектора, выходы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены с входами третьего элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с выходом формирователя функции управления, входы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя функций управления через первое и второе устройство задержки, а в устройство введены первый и второй узлы определения направления передачи сигнала, вход которого подключен к соответствующему входу формирователя функций управления, выход соответственно к одному из входов первого D-триггера, причем узел определения направления передачи включает второй D-трнггер, ждущий мультивибратор и дешифратор, один из входов и выход которого подключены соответственно к входу и к выходу узла определения направления передачи сигнала, D-вход второго триггера и его выход подключены соответственно к входу узла определения направления передачи сигнала и к другому входу дешифратора, вход и один из выходов мультивибратора подключены соответственно к входу узла определения направления передачи и к С входу D-второго триггера, а другой выход мультивибратора подключен к входу управления режимом выходов мультиплексора.

Заявляемое изобретение поясняется фигурами - на фиг.1 представлена схема обратимого амплитудного селектора, - на фиг. 2 представлена схема узла определения направления передали сигнала.

Устройство включает К групп ключей -1, каждая из групп которых содержит первый размыкающий 2.1 и первый замыкающий 2.2, второй размыкающий 3.1 и второй замыкающий 3.2, К первых информационных входов селектора 4.1-4.К, К вторых информационных входов селектора 5.1-5. К, К первых информационных выходов селектора 6.1-6.К, К вторых информационных выходов селектора 7.1-7. К, первый 8 и второй 9 компараторы, формирователь функции управления 10 с первым 11 и вторым 12 управляющими входами и выходом 13, включающим первый 14 и второй 15 узлы определения направления передачи, первый D-триггер 16, вход записи 17, и информационным входом 18, первый 19, второй 20 и третий 21 элементы 2И-НЕ, первое 22 и второе 23 устройства задержки.

Узел определения направления передачи фиг.2 включает ждущий мультивибратор 24, второй D-трнггер 25 и дешифратор 16.

Устройство фиг.1 содержит формирователь функции управления 10, первый 8 и второй 9 компараторы, выходы которых соединены соответственно с первым 11 и вторым 12 управляющими входами формирователя функций управления, К групп ключей 2, управляющий вход которых соединен с выходом формирователя функции управления 13, причем каждая группа выполнена на двух замыкающих и двух размыкающих ключах, объединенные первые выводы первого размыкающего 2.1 и первого замыкающего 2.2 ключей и объединенные первые выводы второго 3.1 размыкающего ключей и второго 3.2 замыкающего ключей соединены с соответствующими "х" входами 4,5 амплитудного селектора, объединеные выводы первого размыкающего 2.1 и второго замыкающего 3.2 и выводы второго размыкающего 3.1 и первого замыкающего ключей 2.2, соединены с соответствующими "у" входами 6,7 амплитудного селектора, первый и второй входы первого и второго компараторов соединены соответственно с "х" и "у" входами амплитудного селектора, формирователь функции управления выполнен на трех элементах 2И-НЕ 19-21 и триггере 16, выходы которого соединены с входами первого 19 и второго 20 элементов И-НЕ, выходы первого 19 и второго 20 элементов 2И-НЕ соединены с входами третьего 21 элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с выходом 13 формирователя функции управления 10, входы первого 19 и второго 20 элементов 2И-НЕ соединены соответственно с первым 11 и вторым 12 управляющими входами формирователя функций управления через первое 22 и второе 23 устройство задержки, первый 14 и второй 15 узлы определения направления передачи сигнала, вход которого подключен к соответствующему входу формирователя функций управления, выход соответственно к одному из входов первого D-триггера 16, причем узел определения направления передачи фиг.2 включает ждущий мультивибратор 24, второй D-триггер 25 и дешифратор 26, один из входов и выход которого подключены соответственно к входу и к выходу узла определения направления передачи сигнала, D-вход второго триггера 25 и его выход подключены соответственно к входу узла определения направления передачи сигнала и к другому входу дешифратора 26> вход и один из выходов мультивибратора 24 подключены соответственно к входу узла определения направления передачи и к С-входу D-второго триггера 25, а другой выход мультивибратора 23 подключен к входу управления режимом выходов дешифратора 26.

Устройство работает следующим образом Пусть входные напряжения X_1.1>>X_1.2 подаются на первый 4.1 и второй 4.2 информационный входы, а выходные напряжения снимаются с первого 6.1 и второго 7.1 выходов устройства. Дальнейшее рассмотрение работы будем вести применительно к схеме управления формирователя функции управления, как наиболее простой из ряда схем, которые могут быть реализованы.

Состояние триггера 16 фиксирует направление передачи сигнала и обеспечивает управление ключами 1 того компаратора (8 или 9), который обеспечивает выдачу максимального напряжения на выходе 6.1 или 4.1 и минимального на выходе 7.1 (5.1). При наличии информации о направлении передачи состояние триггера может быть изменено подачей соответствующего логического уровня на вход 18 (D-вход триггера 16) и подачей синхроимпульса на вход 17 (С-вход триггера 16). Рассмотрим работу устройства в режиме определения направлении передачи сигнала.

Пусть на выходе Q первого D-триггера 16 будет логический (лог)"0", а на выходе Q¹ лог. "1", тогда управление ключами 1 будет осуществлять первый компаратор 8 через первое устройство задержки 22 и первый 19 и третий 21 элементы 2И-НЕ. На выходе второго элемента 2И-НЕ 20 будет лог "1", обусловленная подачей будет лог "0" на его вход и логический сигнал на другом его входе не будет влиять на значение логического уровня на его выходе. Считаем, что положение ключей совпадает с положением ключей, приведенным на фиг.1.

При изменении полярности входных напряжений Х_1.1<Х произойдет одновременное изменение логических уровней на входах компараторов 8 и 9 и логических сигналов на их выходах. Изменение логического сигнала на выходе компаратора 8 приведет к переключению ключей 1 с задержкой во времени, на время, определяемое устройством задержки 22 и временем задержки включения ключей. При применении ключей с временем переключения большим времени задержки включения компаратора устройства задержки 22, 23 могут быть исключены, а сигналы с выходов компараторов в этом случае непосредственно подаются на входы соответствующих элементов 2И-НЕ. Переключение ключей 1 приведет к изменению полярности напряжения на входе компаратора 9 и изменению его выходного логического уровня. При изменении полярности входных напряжений X_1.1<X выходные логические уровни компараторов подаются также на узлы определения направления передачи 14, 15. Из предыдущего рассмотрения следует, что на вход узла 14 подается одиночное изменение логического уровня, а на вход узла 15 два изменения логического уровня со сдвигом на суммарное время задержки устройства задержки 23 и задержки переключения ключей 1. Работа узла определения направления передачи фиг.2. основана на вышеуказанном эффекте. Входной логический сигнал подается на вход ждущего мультивибратора 24 с запуском от произвольного изменения логического сигнала (как из лог. "0" в лог. "1", так и из лог. "1" в лог. "0"). Он может быть реализован, например, на двух ждущих мультивибраторах КР1533АГ3, схеме совпадения и устройстве задержки. Длительность импульса мультивибратора выбирается заведомо больше суммарной задержки устройства задержки (22, 23) и времени переключения ключей. Передний фронт ждущего мультивибратора обеспечивает перезапись в триггер 25 логического уровня на его D-входе. Другой выходной логический сигнал с ждущего мультивибратора разрешает работу дешифратора, переводя его выходы в активное состояние (из отключенного (третьего) состояния). Этот логический сигнал подается с задержкой относительно первого на время, большее времени задержки включения триггера 25. Таким образом запоминается логический уровень при изменении соотношения напряжений на входе селектора. Дешифратор построен так, что при наличии различных логических уровней на его входах на его выходе появляется лог. "0". (Дешифратор может быть реализован, например, на микросхеме мультиплексора КР1533КП12, или других аналогичных с заданием соответствующих логических уровней на входах). При приходе на входы дешифратора логических сигналов одного логического уровня на его выходе имеем логическую единицу. В этом случае на выходе узла определения направления передачи появляется лог."1" и состояние триггера 16 не изменяется. В случае изменения логического сигнала на входе узла определения направления передачи во время активного состоянии ждущего мультивибратора, что имеет место при рассмотрении выходных логических уровней компаратора 9, на входы дешифратора подаются логические сигналы разных логических уровней. Это приводит к появлению логического нуля при втором переключении компаратора на выходе дешифратора. Логический ноль на выходе узла определения направления передачи подается на вход установки S триггера 16, переводя его выходы в состояние, обратное первоначальному. В этой ситуации ключом 1 начинает управлять компаратор 9 через устройство задержки 23 и логические элементы 2И-НЕ 20, 21. На вход логического элемента 19 подается лог. "0" с выхода ¹ триггера 16, обусловливая лог."1" на его выходе. Состояние триггера 16 в таком случае определяет компаратор, управляющий ключами 1.

Пусть теперь входные напряжения Y_1.1>Y_1.2 подаются на первый 6.1 и второй 7.1. информационный входы, а выходные напряжения снимаются с первого 4.1 и второго 5.1 выходов устройства. В этом случае работа устройства будет аналогична описанной выше, но узел определения направления передачи 14 установит первоначальное состояние триггер 16.

Предлагаемое устройство более просто и имеет более высокую точность за счет уменьшения в два раза сопротивления аналоговых ключей. В устройстве применен один аналоговый ключ вместо двух, последовательно включенных для аналогового сигнала в прототипе, которые в основном и определяют погрешность передачи для аналоговых сигналов и сложность устройства.

Устройство прошло лабораторные испытания. Опытные данные показывают достижение цели.

Таким образом предлагаемое устройство более просто по аппаратурным затратам и имеет более высокую точность воспроизводимой операции по сравнению с прототипом и может выпускаться промышленностью как на дискретных элементах, так и в виде микросхемы.

Формула изобретения

Обратимый амплитудный селектор, содержащий формирователь функции управления, первый и второй компараторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя функции управления, К групп ключей, управляющий вход которых соединен с выходом формирователя функции управления, причем каждая группа выполнена на двух замыкающих и двух размыкающих ключах, объединенные первые выводы первого размыкающего и первого замыкающего ключей и объединенные первые выводы второго размыкающего и второго замыкающего ключей соединены с соответствующими "х" входами амплитудного селектора, объединенные выводы первого размыкающего и второго замыкающего ключей и выводы второго размыкающего и первого замыкающего ключей, формирователь функции управления выполнен на трех элементах 2И-НЕ и триггере, выходы которого соединены с входами первого и второго элементов 2И-НЕ, устройство задержки, первый и второй входы первого и второго компараторов соединены соответственно с "х" и "у" входами амплитудного селектора, отличающийся тем, что объединенные выводы первого размыкающего и второго замыкающего и выводы второго размыкающего и первого замыкающего ключей соединены с соответствующими "у" входами амплитудного селектора, выходы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены с входами третьего элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с выходом формирователя функции управления, входы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя функции управления через первое и второе устройства задержки, а в селектор введены первый и второй узлы определения направления передачи сигнала, вход которых подключен к соответствующему входу формирователя функции управления, выход соответственно к одному из входов первого D-триггера, причем узел определения направления передачи включает второй D-триггер, ждущий мультивибратор и дешифратор, один из входов и выход которого подключены соответственно к входу и к выходу узла определения направления передачи сигнала, D-вход второго триггера и его выход подключены соответственно к входу узла определения направления передачи сигнала и к другому входу дешифратора, вход и один из выходов мультивибратора подключены соответственно к входу узла определения направления передачи и к С-входу второго D-триггера, а другой выход мультивибратора подключен к входу управления режимом выходов дешифратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2