Усилитель времяимпульсных сигналов

 

-ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3I2 375 с

С069 Соеетоких

Социелиотичеоких

Реепублик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 09.1.1970 (№ 1,392819/18-24) МПК Н ОЗЕ 5/02 с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19.И11.1971. Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 12.Х.1971

Комитет по делам изобретеиий H открытий при Совете Миииотров

СССР

УДК 621.375.4(088.8) Автор изобретения,В. А. Добрыдень

Украинский заочный политехнический институт

Заявитель

УСИЛИТЕЛЬ ВРЕМЯИМПУЛЬСНЬ1Х СИГНАЛОВ

Предлагаемое устройство относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности линейному преобразованию сигналов во времяимпульсной форме.

Известны усилители различных электрических величин (напряжения, тока, мощности, часготы импульсов и т. д.), а также преобразователи этих величин в интер валы времени и обратно, содержащие генератор импульсов и делитель частоты, подключенные через ключи к реверсивному счетчику, логические элементы «И», «ИЛИ», .«НЕ», элемент задержки и формирователь, позволяющие реализовать усиление сигнала, заданного интервалом времени, путем преобразования его, например в напряжение, с последующим усилением при помощи усилителя напряжения и обратным преобразованием усиленного сигнала в интервал времени. Однако схемы, реализующие эту последовательность действий, громоздки, имеют недостаточную точность и невысокий коэффициент с узким диапазоном регулирования, нестабильны из-за наличия большого числа аналоговых элементов, подверженных дрейфу, чувствительны к различным помехам, а. также вносят запаздывание выходного сигнала относительно входного и не позволяют одновременно получать результат в цифровой форме.

Для устранения перечисленных недостатков в предлагаемом устройстве введены дополнительно реверсивный счетчик и триггер, счетный вход которого через первый и второй ключи соответственно подключен к первому входу элемента «НЕ» и входа,м сброса первого и второго реверсивных счетчиков, нулевой выход — к управляющему входу первого ключа и к первым входам первого, второ рого и третьего элементов «И», а единичный выход к управляющим входам третьего и четвертого ключей. Выход генератора импульсов через третий ключ соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и непоlS средственно — со входом делителя частоты, выход которого через четвертый и пятый ключи подсоединен соответственно к суммирующему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика, а через шестой ключ—

2р к первому входу первого элемента «ИЛИ», второй вход этого элемента через элемент задержки соединен с выходом пятого ключа., а выход — с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, р азрядные выходы ко2S торого через второй логический элемент

«ИЛИ» соединены со вторыми входами первого и второго элементов «И», а через формирователь импульсов — со вторым входом логического элемента «НЕ». Разрядные выходы рр второго счетчика через третий элемент «ИЛИ»

3i2375

15 г0 г5

12 — f1/Ê

N) — — fi-„

/ /2 — f! >1/К (2) 65 соединены со вторым входом третьего элемента «И», выход которого подключен к управляющему входу пятого ключа„а управляющие входы второго и шестого ключей соединены соответственно с выходами первого и второго элементов «И».

На. фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — его характеристика т — — /(тг); на фиг. 3 — временная диаграмма, поясняющая, работу устройства.

Подлежащий усилению входной сигнал (интервал времени xk) подается на входную шину устройства, соединенную со счетным входом триггера 1 и рабочим входом ключа 2. (Способ задания т не имеет принципиального значения и всегда может быть приведен к принятому). Ключ 2, как и все остальные ключи схемы, является нормально закрытым и пропускает на выход импульсы, поступающие на его рабочий вход, только. при поддержа.нии на его у>пра>вляющем входе высокого потенциала. Выход ключа 2 соединен с первым входом логического элемента неравнозначности «НЕ» 3, выход которого является выходом всего устройства. Нулевой выход триггера 1 соединен с у>правляющим входом ключа 2 и с первыми входами логических элементов «И» 4 и 5, а единичный выход — с управляющими входами ключей б и 7.

Выход генератора импульсов 8 соединен с рабочим входом ключа б и входом делителя частоты 9, выход которого соединен с рабочими входами ключей 7, 10, 11.

Суммирующий вход первого реверсивного счетчика 12 соединен с выходом ключа б, а вычитающий — с выходом логического элемента «ИЛИ» 13, первый вход которого соединен с выходом ключа 11, а второй через элемент задержки импульсов 14 — e выходом ключа, 10. Разрядовые выходы счетчика 12 соединены со входами третьего логического элемента «ИЛИ» 15, выход которого через формирователь импульсов 16 соединен со вторым входом логического элемента неравнозначности 3 и непосредственно — со вторым входом логического элемента «И» 4, выход которого соединен с управляющим входом ключа 11.

Суммирующий вход второго реверсивного счетчика 17 соединен с |выходом ключа 7, а вычитающий — с выходом ключа 10, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента «И» 5. Разрядовые выходы реверсивного счетчика 17 соединены со входами четвертого логического элемента

«ИЛИ» 18,,выход которого соединен со вторым входом логического элемента «И» 5.

Входная шина устройства соединена также через ключ 19 со входами сброса (установки в нулевое исходное состояние) счетчиков 12 и 17. Управляющий вход ключа 19 соединен с вых>одом логического элемента, «И» 20, один вход которого соединен с выходом элемента

15, а второй — с нулевым выходом триггера

1. Элементы 19 и 20 не участвуют в работе

4 схемы на линейном участке характеристики

Tg = f (Tk) (см. фиг. 2) H нужны только для установ>ни схемы в исходное состояние перед началом каждого интервала т при работе усилителя,времяим>пульсных сигналов в режиме ограничения (насыщения).

Схема работает следующим образом.

В исходном состоянии реверсивные счетчики 12 и 17 и триггер I находятся в нулевом состоянии. При этом высокий потенциал поддерживается на нулевой (верхней) выходной шине триггера, так как ключ 2 открыт. Логические элементы «ИЛИ» 15 и 18 построены таким образом, что высокий, потенциал на их выходных шинах отсутст>вует только когда счетчики 12 и 17 находятся соответственно в нулевом состоянии. Следовательно, в исходном состоянии выходы логических элементов

4, 5 и 20 имеют низкий потенциал, благодаря чему ключи 10, 11 и 19 закрыты. Ключи 6 и 7 также закрыты (триггер 1 находится в нулевом состоянии). Таким образом, хотя на входы ключа б с выхода генератора 8 непрерывно поступают импульсы высокой частоты fk, а на. входы ключей 7, 10 и 11 — импульсы частоты с >выхода делителя частоты 9, счетчики 12 и

17 от них отключены и остаются в нулевом состоя,нии.

Пусть теперь на входную шину устройства поступает короткий импульс, фиксирующий начало временного интервала ть подлежащего усилению. Этот импульс через открытый ключ 2 и логический элемент неравнозначности 3 поступит на выходную шину устройства, фиксируя тем самым начало отсчета усиленного сигнала т, и переведет триггер 1 в единичное состояние, т. е. высокий потенциал установится на его единичной (нижней) выходной шине, благодаря чему ключи б и 7 откроются.

С этого момента на суммирующий вход счетчика 12 через ключ 6 начнут поступать импульсы частоты fi> а на суммирующий вход счетчика 17 через ключ 7 — импульсы частоты f . Ключи 10, 11 и 19 по-прежнему закрыты, поскольку, хотя с момента поступления на счетчики 12 и 17 первых импульсов устанавливается высокий потенциал на выходах логических элементов «ИЛИ» 15 и 18, еще до этого с первых входов логических элементов

«И» 4, 5 и 20 снимается высокий потенциал (так как триггер 1 переходит в едини>иное состояние), т. е. высокий потенциал на их выходах по-прежнему отсутствует.

Нетрудно видеть, что за время т1 на счетчике 12 будет зафиксировано число импульсов а на счетчике 17 — число импульсов

3!2375

60 б5

Второй импульс, поступающий на входную шину устрой!ства и свидетельствующий об окончании времени т!, не проходит через открытые ключи 2 и 19, возвращая лишь триггер 1 в нулевое исходное состояние. Благодаря этому высокий потенциал оказывается поданным также и на вторые входы логических элементов «И» 4, 5 и 20, т. е. откроются ключи 10, 11 и 19. На вычитающий вход счетчика 12 при этом начинают поступать импульсы с выхода делителя 9 (с частотой f )— через ключ 11 и логический элемент «ИЛИ»

18, а также эти же импульсы, задержанные на некоторое время v — через ключ 10, элемент задержки 14 и элемент 18. Именно элемент задержки 14 и обусловливает сдвиг во времени .на, величину v импульсов на разных входах элемента 18. Одновременно импульсы с выхода делителя частоты 9 начинают поступать через ключ 10 на вычитающий вход счетчика 17.

При К ) 2 (а, случай К (2 не представляет практического интереса) первым достигнет исходного нулевого состояния счетчик 17.

Это можно видеть, хотя бы из того, что для возврата в нуль счетчика 12 необходимо подать,на его вычитающий вход N! импульсов.

Через ключ 11 за время т = т — т! (здесь тг = Кт!) поступит число импульсов

Уз — — т f!/Ê, откуда с учетом (1) и (2) получаем У (У, если К ) 2.

Как только счетчик 17 возвратится в исходное состояние, вы!сокий потенциал с выхода логического элемента 18 будет снят, и, следовательно, закроется ключ 10, прекращая поступление импульсов на счетчик 17, остающий ся в нулевом состоянии, и на второй вход логического элемента «ИЛИ» 13. На вычитающий вход счетчика 12 продолжают поступать импульсы через ключ 11 до тех пор, пока счетчик 12 также не возвратится в исходное нулевое состояние. Тогда высокий потенциал с выхода элемента 15 снимается, благодаря чему исчезает вы сокий потенциал на выходах логических элементов «И» 4 и 20, т. е. ключи б и 19 закрываются.

В момент скачкообразного перехода на низкий уровень потенциала выхода элемента

1б элемент lб формирует короткий импульс, проходящий через элемент неравнозначности

8 на выходную шину устройства.

Интервал времени между импульсами на выходе элемента 3 составит

1 т2 — т! + (т!! т! 2) = Кт! з

Л причем схема вновь будет находиться в исходном состоянии.

Если интервал т оказывается больше времени такта T времяимпульсного представления сигнала т! (т. е. несмотря на условие т! „(Т, получаем при большом коэффициенте усиления т!К ) Т), усилитель времяим5

15 г0

55 пульсных сигналов входит в режим ограничения (см. фиг. 2 и фиг. 3), В этом случае схема работает идентично предыдущему, но к моменту окончания очередного периода Т по крайней мере счетчик

12 не успевает возвратиться в исходное состояние. Чтобы установить устройство в исходное состояние (это необходимо делать до начала очередного интервала т!, так как в этом периоде Т может оказаться уже т!К(7 и схема усилителя должна в этом же такте выдавать правильный результат), используется входной импульс, обозначающий начало отсчета. очередного интервала т!. Этот импульс в случае, если триггер 1 находится в нулевом состоянии, а счетчик 12 — не в нулевом, т. е. если схема нуждается в принудительной установке в исходное состояние ввиду того, что т!К) Т, проходит через открытый сигналом с выхода логического элемента «И» 20 ключ

l9 на входы, сброса счетчиков 12 и 17, так что к моменту открывания ключей б и 7 счетчики оказываются в нулевом состоянии (триггер 1 должен иметь меньшее быстродействие, чем триггеры счетчиков, иначе потребуется введение дополнительных элементов задержки импульсов). Импульсы на вы оде логического элемечта неравнозначности 8 не появляются, начиная с импульса, после которого усилитель входит в режим ограничения, поскольку в этом режиме импульсы проходят на оба его входа практически одновременно и «гасят» друг друга (см, фиг. 3).

Содержимое счетчиков 12 и 17 в момент окончания т! представляет в цифровой форме (в масштабах, отлича!ощихся в К раз) входной времяимпульсный, сигнал и может быть использовано для ввода в цифровую часть системы, использующей предлагаемое устройство (например, для запоминания, для периодической регистрации сигнала в десятичной системе счисления и т. д.).

В качестве делителя частоты может быть использован, например триггерный. При этом коэффициент деления легко регулировать, меняя коэффициент деления частоты.

Если взять, например, f! = 10 л!гц, то порог чувствительности усилителя оказывается равным О,1 !!ксек, а дискретность выходного сигнала h=10 л!ксек, что недостижимо при усилении (принято К = 100) другими мето-. дами. Следует также отметить высокую помехоустойчивость схемы, отсутствие опасности возбуждения, независимость работы от внешних факторов, простоту ее изготовления и обслуживания.

Предмет изобретения

Усилитель времяимпульсных сигналов, содержащий генератор импульсов и делитель частоты, подключенные через ключи к реверсивному счетчику, логические элементы «И», «ИЛИ», «НЕ», элемент задержки и формирователь, отличающийся тем, что, с целью повы312375

Фиг. 1 шения точности, быстродействия, помехоустойчивости работы, он дополнительно содержит реверсивный счетчик и триггер, счетный вход которого через первый и второй ключи соответственно подключен к первому входу элемента «НЕ» и входам сброса первого и второго реверсивного счетчика, нулевой выход — к управляющему входу первого ключа и к первым входам первого, второго и третьего элементов «И», а единичный выход. — к управляющим:входам третьего и четвертого ключей, причем выход генератора импульсов через третий ключ соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и непосредственно — со .входом делителя частоты,, выход которого через четвертый, и пятый ключи подключен соответственно к суммирующему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика, а через шестой ключ— к первому входу первого элемента «ИЛИ», второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом пятого ключа, а выход—

5 с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, разрядные выходы которого через второй логический элемент «ИЛИ» соединены со вторыми входами первого и второго элементов «И», а через формирователь импуль10 сов — со вторым входом логического элемента «НЕ», при этом разрядные выходы второго реверсивного счетчика через третий элемент «ИЛИ» соединены со вторым входом третьего элемента «И», выход которого под15 ключен к управляющему входу пятого ключа, а управляющие входы второго и шестого ключей соединены соответственно с выходами первого и второго элементов «И».

312375

Фиг.3

Составитель В. А. Чистов

Редактор P. А. Киселева Техред Л, Л. Евдонов

Корректор E. Н. Зимина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2760/12 Изд. № 1139 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5