Аналоговое множительно-делительноеустройство

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСХОМУ СВИ ОВЛЬСТВУ

<111805343 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 06.0379 (2.1) 2733743/18-24 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 150281. Бюллетень ИЯ б

Дата опубликования описания 150281 (з1)м. к,.з

G 06 G 7/161

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 335 (088. 8) (72) Автор изобретения

И. В. Герасимов

-1

Ленинградский ордена Ленина электротехничеСкий институт ии. В. И. ульянова (Ленина)

1 (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ИНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Предлагаемое аналоговое множительно-делительное устройство позво. ляет вырабатывать импульсный сигнал с частотой повторения

Ьа ., Ф

91 где 9,, 91, 8> — относительные длительности входных широтно- импульсных сигналов;

k — коэффициент пропорциональности.

Подобные устройства находят применение в информационно-вычислительных и управляющих системах, обрабатывающих последовательности импульсных сигналов.

Известны аналоговые устройства, 2О реализующие операции умножения и деления для импульсных сигналов 513, Е21 и Е31 .

Известно множительно-делительиое устройство, в состав которого входит уравновешенный мост, четыре плеча которого представляют собой иьвтульсно-управляемые резисторы (ИУР), состоящие из последовательно соединенных ключа и резистора; общий вывод первого и второго ИуР подключен через источник опорного напряжения к шине нулевого потенциала, а общий вывод третьего и четвертого плеч моста подключены непосредственно к этой шине. Общие выводы первого и четвертого, второго и третьего ИУР подключены соответственно к первому и второму входам дифференциального операционного усилителя и через усредняющие конденсаторы к шине нулевого потенциала, выход усилителя через широтно-импульсный модулятор подключен к выходной клемме устройства и к управляющему входу клоча ИУР четвертого плеча моста. Работа устройства основана на автоматическом сведении баланса мостовой схемы с помощью цепи подбора интервала, состоящей из дифференциального операционного усилителя н широтно-импульсного модулятора. В установившемся режиме воспроизводится множительноделнтельная операция для широтно-импульсных сигналов (1 .

Недостатком этого устройства яв-. ляется невозможность получения результата множительно-делительной операции над широтно-импульсными сигна805343 лами в виде частотно-импульсного сигнала.

Известны также устройства, осуществляющие выработку частотно-импульсного сигнала как результата множительно-делительной операции над частотно-импульсньиаи сигналами.

Оно содержит соединенный с тремя источниками сигналов миожительноделительный блок, реверсивный счетчик, управляемый - генератор частотных сигналов, преобразователь "код-напряжение", ключевую схему, интегросуммирующйй .усилитель, амплитудновременной и временной стандартизаторы импульсов (2 .

Однако это устройство не позво- 13 ляет обрабатывать широтно-импульсные сигналы. Кроме того, оно отличается сложностью и громоздкостью.

Известно устройство для перемножения время-импульсных и частотно- Щ импульсных сигналов. Это устройство содержит интегратор с цепью разряда, накопительный конденсатор, преобразователь "частота-напряжение", формирователь импульсов, блокинг-генератор .и мультивибратор (3) .

Однако зто устройство не позволяет реализовать операцию деления.

Кроме того, оно является сложным, отличается невысокой точностью работы из-за наличия температурно-нестабильных конденсаторов, изменения емкостей которых влияют на постоянную времени интегратора и коэффициент преобразования накопительного конден-. сатора.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для умножения и деления сумм частотно-модулированных сигналов, функциональная характеристика которого не зависит ни от напряжения опорного сигнала источника, ни от емкости усредняющих конденсаторов, входящих в состав его решающих узлов, что исключает необходимость их ста- фф билизации. Кроме того, это устройство позволяет выполнить операции умножения и деления для широтно-импульсных сигналов с выдачей результата в виде частотно-импульсного сигнала. ()

Эт устоойство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсноуправляемые резисторы, управляющие входы первого, второго и третьего импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, усредняющие конденсаторы и управляемый генератор импульсов переменной частоты, первые выводы первого и второго импульсно- 40 управляемых резисторов подключены к выходу источника опорного напряжения, вторые выводы первого и второго импульсно-управляемых резисторов подключены к соответствующим входам диф- Я ференциального усилителя, к первым выводам третьего н четвертогo импульсно-управляемых резисторов и к первьм обкладкам усредняющнх конденсаторов, вторые обкладки которых подключены к шине первого потенциала, выход дифференциального усилителя подключен ко входу управляемого генератора импульсов переменной

l частоты, первый выход которого является выходом устройства, второй вывод третьего импульсно-управляемого резистора подключен к шине нулевого потенциала (4 .

Недостатком этого устройства является сложность и ограниченный динамический диапазон обрабатываемых частотно-модулированных сигналов.

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение динамического диапазона выходного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены дополнительный ключ и дополнительный конденсатор, при этом второй вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, третий вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный ключ подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход четвертого импульсного управляемого резистора подключен к пер вому выходу управляемого генератора импульсов переменной частоты, второй выход которого подключен к управляемому входу дополнительного ключа.

На чертеже. показана функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсноуправляемые резисторы (ИУР— 1 - 4), дополнительный конденсатор 5, дополнительный ключ 6, источник 7 опорного напряжения, дифференциальный усилитель 8, усредняющие конденсаторы

9 и 10, управляемый генератор 11 импульсов переменной частоты, шину 12 нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом.

Импульсно-управляемые резисторы

1-4 образуют автобалансный мост, условие равновесия которого запишется следующим образом

Оо = 0,. (2) где U и 0 — постоянные составляюCl щие (средние значения) напряжений в точках а и б (см. чертеж).

При изменении входных широтно-модулированных сигналов 9„, 9, 9> обеспечивается за счет изменения среднего значения проводимости четвертого плеча. Способ усреднения импульсных последовательностей предполагает выбор таких значений емкостей .

Усредняющих конденсаторов 9 и 10, уотОрыЕ обеспечивают достаточно боль805343 ча моста, отсюда непосредственно получают выражение:

618-+ "

При равновесии моста согласно (2) имеют

6q 8 баба б„«9„+ cf 6 + g

Отсюда следует, что

1 аз а,б262 в. 82

6 8э 8 и соответствует выражению (1).

Устройство работает следукщим образом.

На управляющие входы импульсноуправляемых резисторов 1-3 поступают входные широтно-модулированные сигналы с относительными длительностями 8„, g,, «91 . Выходной частотномодулированный сигнал с частотой повторения импульсов f управляет средним значением проводимости четвертого плеча моста. При выполнении условий „ (4-:5)"ьс и (T-й«,))(4-:5)"с Сс= cR где с — длительность импульсов в и выходной частотно-модулированной последовательности, имеющей повторения Т 1/f, сопротивление резистора

ИУР 4 обеспечивается полный переэаряд конденсатора 5.

При достаточно большой емкости усредняющих конденсаторов 9 и 10 обеспечивается фильтрация периодических напряжений, появляющихся при работе импульсно-управляемых резисторов, с выделением на них средних значений напряжений в вершина а и б. Измеценне длительности входных широтно-модулированных сигналов приводит к пропорциональному изменению средних значений проводимостей импульсноуправляемых проводимостей первого, второго и третьего плеч моста, что вызывает изменение постоянных составляющих напряжений в вершинах а и Ь. дифференциальный операционный усилитель 8 постоянного тока, включенный в измерительную диагональ моста, выделяет и усиливает разность потенциалов в этих вершинах. Выходное напряжение с усилителя с помощью управляемого генератора 11 импульсов переменной частоты преобразуется в частотно-модулированный сигнал, который управляет средним значением проводимости четвертого плеча моста, обеспечивая отрицательную обратную связь. Тем самьм автоматически балансируется мостовая схема, т.е. выравниваются постоянные составляющие потенциалов вершин а и б.

Таким образом, в установившемся состоянии схемы выполняется условие (2), и значение выходной величины устройства определяется выражением (1).

Применение предлагаемого импульсно-аналогового множительно-делитель0 -к б & + 6 8 20

Š— напряжение опорного источника 7;

6 и 6 - проводимости резисторов, входящих в состав ИУР 2 и 3 соответственно.

Среднее значение проводимости четвертого плеча моста, определяемого как где т, „, — Ua среднее з начение тока, вытекающего из вершины а (фиг. 2) в общую точку схемы; среднее значение напряжения на конденсаторе 9, 30 где

«v

С« равно

g>< cf, где с — емкость конденсатора 5;

f — частота следования импульсHDA последовательности, по- 40 ступающей на управление ключами четвертого плеча моста.

Если предположить, что конденсатор 5 полностью заряжается в течение времени замкнутого состояния ключа 4 45 и разомкнутого состояния ключа б и полностью разряжается при противоположных состояниях этих ключей, то среднее значение тока, вытекающего из вершины а (фиг. 2) равно S0

Х вЂ” -= U cf„

Я.с

Т Т где Ц вЂ” заряд, получаемый конденсатором 5 при замкнутом ключе ИУР 4 и разом- 55 кнутом состоянии ключа 6, а также теряемый им при противоположных состояниях этих ключей;

Т=1/f — период следования импульс«ой последовательности, поступающей на управление ключами четвертого плеча моста.

Учитывая определения среднего значения проводимости четвертого пле- 4S шие в сравнении с периодом широтно-, модулированных сигналов постоянные времени импульсно-управляемых делителей напряжения. Вследствие этого пульсациями напряжений на выходах этих импульсно-управляемых делителей напряжения (точки а и б) при рассмотрении установившегося режима работы устройства можно пренебречь и считать эти напряжения постоянными. Уровни этих напряжений определяются напря- 10 ( жением источника 7 и средними значениями проводимостей плеч моста. Принимая во внимание пропорциональность среднего значения проводимости ИУР относительной длительности управляющего ШИ«4-сигнала и идеальность диф- 15 ференциального операционного усилителя 8 постоянного тока, можно определить

805343

Формула изобретения ного устройства, обеспечивающего выполнение наряду с множительно-делительной операцией для широтно-модулированных сигналов операции преобразования результата в частотно-модули" рованный сигнал за счет структурной характеристики устройства, позволяет получить экономический эффект как за счет уменьшения числа используемых в устройстве комплектующих изде лий, так и за счет расширения динами ческого диапазона его выходной вели- 1© чины. достоинствами устройства являются, также высокая надежность, обусловленная простотой схемы, помехоус- тойчивость, вытекающая из принципа я усреднения широтно- и частотно-модулированных импульсных сигналов, высо. кая технологичность, следующая иэ возможности использования типовых интегральных микросхем, и по этой же причине хорошие веса-габаритные и экономические показатели.

Аналоговое множительно-делительное устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый импульсно. управляемые резисторы, управляющие входы первого, второго и третьего 36 импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, усредняющие конденсаторы и управляемый генератор им- яф пульсов переменной частоты, первые выводы первого и второго импульсно-управляемых резисторов подключены к выходу источника опорного напряжения, вторые выводы первого и,® второго импульсно-управляемых резисторов подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя, к первым выводам третьего и четвертого импульсно-управляемых резисторов и к первым обкладкам усредняющих конденсаторов, вторые обкладки которых подключены к шине первого потенциала, выход дифференциального усилителя подключен ко входу управляемого генератора импульсов переменной частоты, первый выход которого является выходом устройства, второй вывод третьего импульсно-управляемого резистора подключен к,шине нулевого потенциала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и расширения динамического диапазона выходного сигнала, в устройство введены дополнительный ключ и дополнительный конденсатор, при этом второй вывод четвертого импульсноуправляемого резистора через дополнительный конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, третий вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный ключ подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход четвертого импульсно-управляемого резистора подключен к первому выходу управляемого генератора, импульсов переменной частоты, второй выход которого подключен к управляемому входу дополнительного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 260290, кл. G 06 G 7/16, 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

9 398960, кл. 6 06 G 7/16, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

9 416702, кл. G 06 G 7/161, 1971.

4. Авторское свидетельство СССР

9 387379, кл. G 06 G 7/163, 1971.

ВНИИПИ Заказ 10905/73

Тираж 756 Подписное

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