Устройство для умножения широтномодулированных сигналов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено17.05.76 (21} 2363312/18-24 с присоединением заявки №(23) Приоритет(43) Опубликовано05.12.78.Бюллетень №45 (45) Дата опубликования описания 15.12.78

Союз Соввтских

Социалистинвских

Реснублик

636628

2 (5l) М. Кл

С; 06 Ст 7/161

Государственный коинтот

Совета Инннотров СССР оо делом нзобретвннй н открытнй (53) УДУ< 681.335 (088.8) А. Х. Мурсаев н Т. Р. Рытель (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова(Ленина) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ

ШИРОТНО МОДУЛИРОВАННЫХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области вычислительной и информационно-измерительной техники.

Устройство позволяет вырабатывать широтно-модулированный сигнал (ШИМсигнал) с относительной длительностью

eZ, равной произведению относительных длительностей 81 но входных ШИМсигналов, т.е. воспроизводить зависимос« ти вида 1 2 (д о

Подобные устройства находят широкое применение в информационно-вычислительных и управляющих системах, обрабатывающих широтно-импульсную информацию, а также в ряде других систем.

Известно устройство для умножения широтно-модулированных сигналов jlj содержащее импульсные делители напряжения, сглаживающий усилитель и замкнутый широтно-импульсный модулятор.

Их недостатком является низкое быстродействие, а также необходимость наличия для точного выполнения операции умножения стабилизированного источника опорного напряжения.

Наиболее близким техническим решением является устройство для умножения широтно-модулированных сигналов (2j содержащее уравновешенный мост, в каждое плечо которого включены резистор и ключ, управлякнцие входы ключей первого второго и третьего плеч являются входами устройства, первая вершина уравновешенного моста соединена с шиной нулевого потенциала через сглаживающий конденсатор, вторая и четвертая вершины подключены к источнику опорного напряжения, первая и третья вершины уравновешенного моста подключены ко входам дифференциального усилителя, в цепи обратной связи которого включен сглаживакнций конденсатор, выход дифференциального усилителя через широтно-импульсный модулятор подключен к выходу устройства и управляющему входу четвертого плеча уравновешен ного моста.

636628

Недостатком этого устройства является малое быстродействие, связанное с йеобходимостью фильтрации импульсных потоков при относительно небольшой частоте коммутации ключей.

Белью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит дополнительные однополюсные ключи, инверторы, усили1й тель постоянного тока и включенные в плечи уравновешенного моста транзисторы, причем в каждом плече уравновешенного моста эмиттер транзистора соединен с резистором, коллектор с ключом, базы транзисторов второго и третьего плеч уравновешенного моста подключены к источнику смещения, а базы транзисторов . первого и четвертого цлвч уравновешенного моста подключены к выходу усилителя @ постоянного тока, вход которого соединен с иеран вершиной уравновешенного моста, дополнительные однополюсные ключи включены между шиной нулевого потенциала и коллектором транзистора каж його плеча уравновешенного моста, управляющие входы первого, второго и третьего дополнительных однополюсных ключей соединены через соответствующие инверторы со входами устройства, а управляю- © ший вход четвертого доцолнительиого однополюсного ключа через инвертор сое» динен с выходом устройства.

Сущность изобретения состоит в использовании s качестве коммутирующих элементов ненасьпценных транзисторных ключей, работающих в режиме переключения токов. Отсутствие режима насыщения цозволяет нри тех же самых допустимых ошибках формирования плоша- 46 ди тока увеличить частоту коммутации приблизительно на три порядка, что, в свою очередь, позволяет уменьшить емкости сглаживающих конденсаторов и увеличить скорости изменения входных сигналов тоже приблизительно на три порядка.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство состоит из уравновешенного моста, все плечи которого содержат последовательно включенные резисторы

1, 2, 3, 4 (соответственно для четырех плеч моста), транзисторы 5, 6, 7, 8 (соответственно для четырех плеч моста) и ключи 9, 1о 11, 12 (соответственно для четырех плеч моста). Змиттерные вы-. воды транзисторов 5, 6, 7, 8 соединяют» ся с резисторами 1, 2, 3, 4 соответственно. Вторые выводы резисторов j. и 2 подключены к источнику опорного напряжения Еоп (положительного), а вторые выводы резисторов 3 и 4 — к источнику опорного напряжения -Е оп (отрицательного). Коллекторные выводы транзисторов

5, 6, 7, 8 соединены с первыми выходами ключей 9, 10, l 1, 12 соответственно. Второй вь ход ключа 9 соединен с вторым выходом ключа 11, второй выход ключа 10 соединен с вторым выходом ключа 12. Однополюсные ключи 13, 14, 15, 16 первым выходом подключаются к обшей точке схемы, а вторым — к коллекторам транзисторов 5, 6, 7, 8 соответственно. Базовые выводы транзисторов 5 и 6 подключаются к источнику смешения Е,ц, а базовые выводы транзисторов 7 и 8 подключаются к выходу усилителя постоянного тока 17. Вход этого усилителя подключен к точке соединения ключей 9 и 1 1. К этой же точке подключен сглаживающий конденсатор 18, второй выход которого соединен с обшей точкой схемы, и неинверсируюший вход дифференциального (операционного ) усилителя 19. К точке соединения ключей 10 и

l2 подключен инвертирукнций вход усилителя 19 и сглаживающий конденсатор

20, второй выход которого соединен с выходом усилителя 19. Выход усилителя

19 соединен с входом широтно-импульсного модулятора 21, выход которого является выходом всей схемы в целом, а также подается на управляющий вход ключа 12 и через инвертор 22 на управляющий вход ключа 16. Входной сигнал 8 < подается на управлякнций вход ключа 9 н через инвергор 23 на управляющий вход ключа 13; Входной сигнал 8 подается на управляющий вход ключа 10 и через инвертор 24 на управляющий вход ключа

l4. Входной сигнал 8 подается на управляющий вход ключа 11 и через инвертор 25 на управляющий вход ключа 15.

Принцип повышения быстродействия устройства состоит в следующем.

Введение в каждое плечо моста дополнительного ключа 13, 14, 15, 16 (соответственно для каждого из четырех плеч моста), второй выход которого подключен к общей точке схемы, позволило при одновременном использовании ключей 9, 10, 11, 12 (соответственно для каждого из плеч моста) осуществить принцип переклк чения токов. Применение этого принципа позволяет не использовать при работе

636628 транзисторых ключей режим насьииения, что, и свою очередь, позволяет при тех же самых допустимых относительных ошибках формирования плоецвди тока увеличить частоту коммутаееии приблизительно на три десятичных порядка, уменьшить постоянное» времени фильтров и, соответетв" нно, увеличить допустимую скорость изменения входных сигналов тоха приблизительно HB три ое- дка Для ис. :леочения,Q влияния изменения потенциала в точке соединения ключей при переключении тока на величину самого тока между резистором и ключом каждого из плеч моста включен транзистор по схеме с обшей 1$ базой. Транзисторы 5 и 6, 7 " 8 смежных плеч находятся : одинаковых режимах, поэтому токи коллекторов транзисторов попарно равны с точностью до разброса параметров транзисторое этой паоы. 28

Базы транзисторов 5 и 6 соедиееены между собой и поданы на источник смешения. Величина напряжения этого источника определяет величину токов, протекаюших через резисторы 1 и 2. Базы трап- 25 ,зисторов 7 и 8 соединены между cîáoé и поданы на выход усилителя постоянного тока 17, вход которого подключен к узлу моста, образованному соединением ключей 9 и 11. Благодаря этому выход- Ю ное напряжение усилителя устанавливается на таком уровне, чтобы ток, цротекаюший через резистор 3 и транзистор 7, умноженный на относительную длительность входного сигнала 8>, вызывал нуле- 35 вой потенциал в названном узле.

Устройство работает следующим образом.

На управляющие входы ключе., 9, 10, 1 1 подаются сигналы 8 <, 8 и 8 соответственно, а на управляюшие входы ключей 13, 14, 15 — инверсные им.

Среднее значение тока, протекаюшего через ключи 9, 10, 11, равно произведению тока, протекаюшего через резисторы соответствуюших плеч, и относительной длительности входных импульсов. Усилитель постоянного тока 17 подбирает такое напряжение на базах транзисторов

7 и 8, чтобы потенциал точки соединения ключей 9 и 11 был равен нулю. Узлы моста,не связанные с источниками опорных напряжений, поданы на входы дифференциального усилителя (постоянного тока) 19. Разность потенциалов этих узлов отрабатывается этим усилителем и подается иа широтно-импульсный модулятор 21, широтно-импульсный модулятор вырабатывает выходные импульсы с такой относительной длительностью, что

;32 счет модуляции ими тока ключа 12 ус» танавливается средний тох сводяший раз» ность потенциалов названных узлов к нулю.

Г равновесном =îñòîÿíèè схемы справедливы cnel yroHH»å соотношения: (2) 3,81- В„„=ч 8 -34 8, (3) токи вьетекаюецие из коллекторов транзисторов 5, 6, 7, S .. соответственно;

81,8,8 ) — относительные длительНОСТИ ВХОДЕЕЫХ ИМПУЛЬСОВ (: „- относительная длительность выходных импульсов.

Если смежные пары транзисторов иденЕ ИЧН ТО

)В g Е4 ° (4)

Сопоставляя (2), (3) и (4), получаем

ЭЭ g"

1 "Ь Э 3 Я Э

81 а значит

8,-8, 8-= —8„

Ь частном случае при 6 1 1 ° то есть если кл1оч 9 непрерывно замкнут а 1 3 разомкнут, воспроизводится множительная зависимость вида (1).

Проведенные теооетические исследования, подтвержденные экспериментом, показывают, что быстродействие по сравнению с прототипом повышается примерHо в 1000 раз.

Формула изобретения

Устройство для умножения широтно-модулированных си реалов, содержашее уравновешенньей мост, в каждое плечо которого вхлючены резистор и хлюч, управляюшие входы ключей первого, второго и третьего плеч являются входами устройства, первая вершина уравновешенного моста соединена с шнной нулевого потенциала через сглажнваюший конденсатор, вторая и четвертая вершины подключены к источнику опорного напряжения, первая и третья вереешны уравновешенного моста подключены ко входам диффереепщального усилителя, в цепи Обратной связи которого включен сглаллеваюший конденсатор, выход диф еренцнального усилителя через оеироте-:о-импульсный модулятор подключен к выходу устройства и управляюецему входу четвертого плеча уравнове636628

Составитель Л. Снимшикова

Редактор Б. Герцен ТехредМ. Петко КорректорС. Гарасиняк

Заказ 6943/40 Тираж 784 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >V35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГН1 "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щенного моста, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродей ствия, оно содержит дополнительные однополюсные ключи, инверторы, усилитель

Постоянного тока и включенные в плечи S уравновешенного моста транзистооы, причем в каждом плече уравновешенного моста эмиттер транзистора соединен с резистором, коллектор с ключом, базы транзисторов второго и третьего плеч уравновешенного моста подключены к источнику смещения, а базы транзисторов первого и четвертого плеч уравновешенного моста подключены к выходу усилителя постоянного тока, вход которого сое->> дииен.с первой вершиной уравновешенного моста, дополнительные однополюсные ключи включены между шиной нулевого потенциала и коллектором транзистора каж- дого плеча уравновешенного моста, управляющие входы первого, второго и третьего дополнительных однополюсных ключей соединены через соответствующие инверторы со входами устройства, а управляющий вход четвертого дополнительного однополюсного ключа через инвертор соединен с выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Смолов B. Б., Угрюмов Е. П.

Время-импульсные вычислительные устройства. Л., "Энергия», 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

% 260290, кл. С1 06 Q 7/16, 1970.