Устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента

 

Союз Советскик

Социапистическик республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 01. 11. 79 (21) 2836204/18-24 с присжлнненнем заявки,%— (23) Приоритет

Опублнковано15.12.81. Бюллетень М46 (51) М. Кл.

G 06 G 7/62

1веуАе9стееееые кенктет

СССР

50 делен кзебретеккй н етерытке (53)УДК 681 333 (088.8) Дата опубликования описания 17 . 12.81

{72) Автор изобретения

А. В. Арчаков (71) Заявитель (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕМКОСТНОГО ЭЛЕМЕНТА

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в автоматике, а также при решении методами электрического моделирования нелинейных уравнений в частных производных, описывающих процессы переноса массы и тепла.

Известно устройство для моделирования нелинейных параболических уравнений, основанное на периодической

19 коммутации конденсаторов с помощью ключей, управляемых широтно-импульсными модуляторами Г11

Это устройство имеет недостаточную точность и ограниченные функцио15 нальные возможности с точки зрения реализации произвольного вида нелинейной характеристики емкостного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, которое содержит источник управляющего напряжения (эмиттерный повтрритель), вход которого подсоедииен к некоммутируемому конденсатору и первому входу ключевого элемента выход которого подсоединен к коммутируемому конденсатору, а управляющий вход " к выходу широтно-импульсного модулятора (триггера Юмитта), причем первый вход последнего подключен к генератору эталонного напряжения. широтно-импульсный модулятор этого устройства осуществляет сравнение управляющего напряжения

U с периодическим напряжением специальной формы С, вырабатываемым генератором эталонного напряжения.

Момент сравнения внутри каждого пе" риода Т определяет длительность импульса, коммутирующего ключевой элемент. Последний, в свою очередь, подключает коммутируемый конденсатор к некоммутируемому. Увеличение управляющего напряжения U приводит к росту времени, в течение которого коммутируемый и некоммутируемый конденсаторы включены параллельно, умень890412

25

ЭО

Э5

55 шение U> — к уменьшению этого времени. Таким образом, реализуетсл управляемый емкостный элемент, эквивалентная емкость Су которого зависит от относительной длительности коммутирующих иипульсов (М

1 где Т - время, при включении конденсаторов параллельно друг другу.

Данное устройство HoweT задавать лишь монотонные зависимости от

U (с ростом 0 длительность импульсов либо только возрастает, либо только убывает).Это, в свою очередь, позволяет моделировать или только возрастающие, или только убывающие нелинейные характеристики С =$(UN) емкостного элемента, Так, например, Для моделирования характеристики

Су =Ф (з 1и 1) uó,) {1) необходимо, чтобы с ростом управляющего напряжения Су (а следовательно, и . возрастала и убывала периодически (2."1.

Такого характера изменения емкости устройство не обеспечивает, что ограничивает его функциональные возможности.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента, содержащее первый накапливающий конденсатор, одна обкладка которого подключена к первому информационному входу ключевого элемента и к входу источника управляющего напряжения, выход ключевого элемента соединен с одной обкладкой второго накапливающего конденсатора, другие обкладки первого и второго нвкап" ливающих конденсаторов подключены к.шине нулевого потенциала, выход генератора эталонного напряжения подключен к первому входу широтноимпульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента, введен функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, выход источника управляемого напряженил соединен с вторь1м информационным входон ключевого элемента и с входом функционального преобразователя.

Па фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента содержит источник управляющего напряжения 1, функциональный преобразователь 2, широтно-импульсный модулятор 3, генератор эталонного напряжения 4, ключевой эле- мент 5, первый и второй накапливающие конденсаторы 6 и 7. Клеммой "Вы" ход" устройство подключается к внешним цепям.

Управляющее напряжения U с выхода источника 1 пЬступает на вхОд преобразователя 2. Последний может быть настроен на любую функциональную зависимость, например, U - 0пт s1п(1 ° U„), (2) где О,„ и 1 - постоянные коэффициенты.

В соответствии с (2 ) при возрастании U напряжение О на выходе преобразователя изменяется по синусоидальному закону, т.е. периодически возрастать и убывать.

8 модуляторе 3 это напряжение сравнивается с периодическим пилообразным напряжением

Е -Kt, где К - постоянный коэффициент; время.

Напряжение вырабатывается генератором 4, его период равен T.

В результате сравнения с модулятора 3 снимается периодическая последовательность прямоугольных импульсов относительной длительностью. е= т и (4)

При возрастании U происходит увеличение у, и наоборот. В результате в соответствии с (2) при увеличении управляющего напряжения U> параметр 2" периодически возрастает и уменьшается.

Импульсы с модулятора поступают на вход ключевого элемента 5 и коммутирует его таким образом, что при наличии импульса конденсатор 6 оказывается включенным параллельно конденсатору 7. При отсутствии импульса конденсатор 6 подсоединяется к выхОду исТОчника 1 роль котОрОГО выполняет эмиттерный повторитель напряжения, снимаемого с клеммы "Бы5 ход". Эмиттерный повторитель устраняет скачки напряжений на конденсаторах в процессе коммутации ключевого элемента 5, а выражение, определяющее величину управляемой емкости в зависимости от 1", имеет вид

890412

Возможность моделирования характеристик емкостного элемента с любым количеством экстремумов значительно расширяет функциональные воз" ф можности устройства по сравнению с известным, который приницпиально поз. воляет моделировать лишь монотонные характеристики. ь о Со+С)

Т C0 C(1-ó) где С и С - емкости соответственно конденсаторов 6 и 7.

Возрастание приводит к росту

С у, и наоборот. Следовательно, при возрастании U и соответствующих периодических изменениях у управляемая емкость С () тоже периодически изменяется в соответствии с нелинейной характеристикой (1).

На фиг. 2а показана зависимость

С (), соответствующая формуле(5)

Изменение г на отрезке (О; 1) приводит к изменению С от величины Са до величины (С + С)

На фиг. 2б показана зависимость от управляющего напряжения О

Ъ при изменении последнего от нуля до некоторого максимального значения

U . Соответствующий график имеет вид синусоиды (на фиг.2б показан ее положительный полупериод) . Он строится на основе зависимости.

U т > и (1- Ч) (Ü) получаемой путем подстановки формулы (2) в (4) .

Диаграммы на фиг. 2а и фиг. 2б позволяет построить нелинейную характеристику емкостного элемента, которую моделирует устройство (фиг.2в)

Она имеет вид, определяемый выражением (1) и строится путем переноса соответствующих токов с графиков фиг.2а и фиг.?б. В характеристике явно выражен экстремум (наксимум) .

При настройке функционального преобразователя 2 на какую-либо другую зависимость, отличную от(2 ), соответственно изменяется вид графика фиг.2б и вид нелинейной характеристики С f(Q ) емкостного элемента. При йаличии в графике у (lg нескольких экстремумов столько же экстремумов имеет характеристика

C„ = e(u„). Принципиально закон моделирования может быть любым, содер" жащим любое число экстремумов. Он определяется настройкой вида (2) функционального преобразователя.

1 ° Применение в качестве генератора

4 в данном объекте генератора пилообразного напряжения вида (3} позволяет одновременно повысить точность моделирования, поскольку изи вестныи генератор с перестраиваемой формой напряжения является сравнительно сложнореализуемым устройством, необходимость перенастройки которого

I в конечном итоге, увеличивает пог2Ф решность моделирования. формула изобретения

Устройство для моделирования нелинейной характеристики емкостного элемента, содержащее первый накапливающий конденсатор, одна обкладка вВ которого подключена к первому информационному входу ключевого элемента и к входу источника улравляющего напряжения, выход ключевого элемента соединен с одной обкладкой второго накапливающего конденсатора, другие обкладки первого и второго накапливающих конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала, выход генератора эталонного напряжения под° ключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, выход которого подключен к управляющему входу клюuesof o элемента, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введен функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, выход источни" ка управляемого напряжения соединен с вторым информационным входом ключевого элемента и с входом функциональ,". ного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспвртизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 251949, кл. G 06 G 7/32, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР и 481043, кл. G 06 G 7/48, 1973 (прототип) .

890412

Воат

Фиг./ с (о 4

4m

Составитель И. Дубинина

Редактор М.Недолуженко Техред M. Надь Корректор В. Бутяга

Заказ 11008/79 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного конитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ><-35 Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4