Время-импульсный квадратор

 

О П И С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯ (11) 608175

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 070776 (21) 2379708/18-24 с присоединением заявки,% (23) Приоритет (43) Опубликовано 2505,78.Бюллетень ¹19

{45) Дата опубликованмя описания 15,0578 (51) М. Кл. 06 G 7/20

Государственный намнтет

Совета Мнннстреа СССР ае делам нэасретеннй и етнрмтнй (53) УДК 681. 335 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.У.Кизилов и И.И.Смилянский

pl) заявитель харьковский ордена ленина политехнический институт им. В.И.Ленина

ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНЫЙ КВАДРАТОР (54) 1

Изобретение относится к время-им.пульсным устройствам, служащим для возведения в квадрат сигналов постоянйого или переменного тока, и может быть использовано. но множительных уст ройствах аналоговых вычислительных машин и измерительных преобразователей мощности, в различного рода функциональных преобразователях, в устройствах релейной защиты и других областях. т0

Известны время-импульсные квадраторы с использованием опорных напряжений специальной формы, содержащие фильтр, усилитель, ограничители 1) . дь функция преобразования устройства отличается от идеальной квадратичной, так как выходной сигнал содержит наряду с квадратичным членом постоянный и 20 линейный член, которые необходимо компенсировать, что усложняет схему и приводит к погрешности квадрирования из-эа неточности компенсации.

Известно множительно-делительное 25 устройство, использующее свойстна синусоидальных сигналон, которое может быть использовано как квадратор при подаче на оба его входа одного и того же сигнала (2j. 30

Недостатком этого устройства является невозможность работы при входных сигналах постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является времяимпульсный кнадратор, содержащий последовательно соединенные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход триггера — с управляющим входом ключа, первый вход блока сравнения является входом квадратора, и два источника напряжения, изменяющегося по экспоненциальному закону, один из которых подключен к ключу, а другой— ко второму входу блока сравнения. К другому входу блока сравнения подключен входной сигнал. Для получения квадратичной зависимости выходного сигнала от нходного постоянная времени нторого источника выбрана вдвое большей, чем постоянная времени первого (31.

Основными недостатками прототипа янляется низкая точность воспроиэнедв. ния квадратичной зависимости, невозможность преобразования .входных сигналов раЗной полярности.

608175

Неточность прототипа определяется наличием в его функции преобразования наряду с квадратичным членом еще и постоянной составляющей, которая должна быть компенсирована. Неточность или временная нестабильность схемы компен5 сации обуславливает и погрешность преобразования. Кроме того, точность воспроизведения экспоненциальной зависи мости трудно, контролировать и ошибки в воспроизведении экспоненты влияют на точность устройства.

Для преобразования сигнала разной полярности в устройстве-прототипе необходимо или выпрямлять преобразуемый сигнал, что вызывает дополнительные погрешности, обусловленные неточностью схемы выпрямления, или делать отдельный канал, поЛярностью повторяющий первый, для преобразования сигналов другой полярности, что приводит 20 к значительному усложнению схемы. . В устройстве-прототипе ограничена минимальная величина входного сигнала, который может быть преобразован.

Это обусловлено тем, что минимальная д5 величина опорного напряжения, которое подается на вход схемы сравнения, от- лична от нуля и равна Qp»» «=Vpf )О, где Vp — амплитуда экспоненциального напряжения, Г» — постоянная вре мени, Tp — частота повторения.

Таким образом, эта схема,не может быть использована для преобразования сигналов, меньших чем

Целью изобретенйя является увеличение точность квадрирования и расши,рение диапазона преобразуемого сигнала (обеспечение квадрирования входных сигналов любой полярности) .

Это достигается тем", что в известную схему время-, импульсного квадрато40 ра, содержащую последбвательно соеди» ненные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, .триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а. выход тригге- 45 ра — с управляющим входом ключа, первый вход блока сравнения является входом квадратора,"введены нуль-орган, источники »"BI усоиднльного опорного напряжений, причем первый источник 50 синусоидального опорного напряжения соединен с информационным входом ключа, а второй — со входом нуль-органа и со вторым входом блока сравнения, BTopoA xo T ep ooe HH»H o BbIxo дом блока сравнения.

На фиг.1 изображена функциональная схема время-импульсного квадратора; на фиг.2 — временные диаграммы работы квадратора при преобразовании сигналов. положи-.елькой полярности (а), и при преобразовании сигналов отрицатеЛьной полярности (б) °

Предлагаемый .время-импульсный квадратор состоит из двух источников 1 и

2 синусоидального опорного напряжения

В момент сРавнЕаия .синусоидального напряжения источника 2 на восходящей ветви синусоиды с входным сигналом (потенциал входа S блока сравнения 9 становится более положительным, чем потенциал входа 10) срабатывает блок сравнения 9 и положительным перепадом выходного напряжения. устанавливает триггер 12 в состояние 0 . При этом закрывается ключ 3. Среднее значение напряжения на выходе ключа,3 за период синусоидальногь напряжения частотой сир равно

Ф» — о fV S r» 2.»оф<И, (,г-Со82 о И

8ср 03, 0 (L)

Ф Ып 30t

1 где t5- момент закрывания ключа 3, который определяется моментом .сравнения. входного сигнала »8(Ф) с опорным напряжением Yва и,»гмо

Для случая преобразования положительного входного сигнала в момент сравнения а Va2 Е4п 8 О

1 (2) откУда Mpt» ш с8(|У- М»» шг» Я -arc8i»», — „

»» 31

Р5 Г8г

Из этих двух решение восходящей ветви синусоиды соответствует первое.

Откуда получим

УР8 (3) Ъг

Для отрицательных значений преобразуемого сигнала восходящей ветви сигенерирующих синфазные синусоидальные напРЯжениЯ ц»ФО»й»»2шфи U.+Vpg5inupt соот- ветственно.

Выход пер"ого источника опорного ,синусоидального напряжения через ключ

3 и фильтр 4 связан с выходом квадратора 5.

Выход второго источника 2 синусоидального опорного напряжения подключен ко входу 6 нуль-органа 1 и ко вхо

;ду 8 блока сравнения 9, вхоД 10 ко.торого соединен с источником входного сигнала 11.

Выход нуль-органа 7 подключен ко входу установки 1 триггера 12, а выход блока сРавнения 9 — ко входу установки 0 триггера. Выход триггера подключен к управляющему входу ключа 3.

Квадратор работает следующим образом (см.фиг.2) . В момент пЕрехода через ноль в положительном направлении сииусоидального напряжения источника опорного напряжения 2. срабатывает нуль-орган 7 и положительный перепад выходного напряжения устанавливает триггер 12 в состоянйе 1 . При этом замыкается ключ. 3 и пропускает на выход напряжение источника 1..

608175 нусоиды будет соответствовать решение з

2Ф-мesta .При постановке этого значения в (1 результат также окажется равным (3) .

Из диаграммы на:фиг.2 нидно, что при преобразовании сигналов положитель5 ной полярности на выход схемы прохо» дит отрезок синусоиды частоты 2,ш длительностью от нуля до Ф„ г а при преобразовании отрицательнйх сигналов . проходит полтора полных периода. этой синусоиды (дна положительных полупериода и один отрицательный) и неполный отрицательный полупериод синусоиды без отрезка синусоиды длительностью от нуля до Cq . это эквивалентно в (5 среднем прохождению одного положительного отрезка синусоиды длительностью от нуля до

Как следует иэ (3), площади этих отрезков в точности. пропорциональны 20 квадрату преобразуемого сигнала и, следовательно, функция преобразования схемы соответствует точной квадратич- ной зависимости при преобразовании сигналов любого знака. 25

Приведенные диаграммы свидетельствуют об отсуТствни в квадРатоРе ограничения иа минимальную величину преобразуемого сигнала.

Предлагаемый:кнадратор.может быть . использован .для построения функциональных преобразователей и множительных устройств аналоговых вычислительных машин, где источник опорного сииусоидального напряжения и одйн нульорган могут быть общими для большого числа одновременно работающих квадфаторон и для каждого последующего кнадратора требуется устанонка только одного блока сравнения, ключа и фильтра. Перспективна эта схема также для 40 построения трехфазных двух-и трехэлементиых преобразователей мощности.

Обеспечиваемая устройством воэможность квадрировання сигналов любой полярности позволяет -но многих случаях значительно упростить схемы функциональных,преобразователей.

Устройство позноляет также изменять полярность выходного сигнала, т.е. получить функцию преобразования

-кх для чего достаточно поменять местами установочные выходы триггера 12.

Формула изобретения

Время-импульсный квадратор, содержащий последовательно соединенные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход триггера — с управляющим нходом ключа, йервый вход блока сравнения янляется нходом квадратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности кнадрирования, расширения диапазона преобразуемого. сигнала, он содержит нуль-орган, источники синусоидального опорного напряжения, причем первый источник синусоидального. опорного напряжения соединен с информационным входом ключа, а втоРой — со входом нуль-органа и,со вторым входом блока сравнения, второй нход триггера соединен с выходом блока сравнения.

Источмики. информации, принятйе во ннимание при экспертизе:

1. Корн Е,, Кори Т,, Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, Мир, 1976, с.356.

2. Авторское свидетельство СССР

9 151502, кл. G-06 G 7/16, 1956.

3. Авторское свидетельство СССР

9 229844, кл. Cr06 & 7/26, 1.968.

Ug

/ лип z

Составитель Л.Снимщикова

Техред М. Келемеш Корректор Н.Ковалева

Редактор Л.Народная

Заказ 2804/34 Тираж 826 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР пб делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4