Широтно-импульсный функциональный преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (щ993289 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20° . 08. 81 (21) 3327546/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет рцМ К1 з

0 06 G 7/26

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

РЙ ЧФ 681.335 (08В.8) Опубликовано 30.01.83. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 30.01.83 (72) Автор изобретения

А.В.Пустыльни:<ов (71) заявитель (54) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к устройствам нелинейного преобразователя информации, 5 заданной в виде длительности прямоугольных импульсов.

Известен функциональный преобразователь,,содержащий функциональные преобразователи аргумента, раэвязывающие усилители, управляемые делители напряжения, усилитель напряжения раэбаланса, источник опорного напряжения и выходной управляемый генератор 1 ).

Недостатком преобразователя является пониженная точность преобразования аргумента, представленного в. широтно-импульсной форме, иэ-за дрейфа нуля усилителя напряжения разбаланса.

Известен также широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий управляемый делитель напряжения, развяэывающий усилитель, фильт- 25 ры, усилитель напряжения раэбаланса и выходной управляемый генератор (2 ).

Недостатками данного преобразова.теля являются ограниченные функциональные возможности и пониженная точность иэ-за дрейфа нуля усилителя напряжения разбаланса °

Прототипом изобретения является широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два полиномиальных преобразователя относительной длительности импульсов, первый нз которых подключен сигнальным входом к входу широтно-импульсного сигнала, а второй соединен выходом с первым входом усилителя напряжения раэбаланса, подключенного вто- рым входом к выходу первого управляемого делителя напряжения, соединенного управляющим входом с выходом управляемого генератора и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, соединенного сигнальным входом с шиной нулевого потенциала и с опорными входами полиномиальных преобразователей относительной длительности импульсов, а выходом - с выходом первого полиномиального преобразователя относительной ддительности импульсов и с вторым входом усилителя напряжения разбаланса, подключенного первьм входом через постоянный резистор к выходу источника опорного напряжения и к сигнальному входу первого управляемого делителя напряжения, причем сигнальный вход второго полиномиального пре1 обраэователя бтносительной длитель- ности импульсов соединен с входом широтноимпульсного сигнала 3 .

Недостатком прототипа также явля- 5 ется пониженная точность функционального преобразования..

Цель изобретения — повышение точности функционального преобразования. 18

С этой целью в широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два полиномиальных преобразователя относительной длитель, ности импульсов, первый из которых подключен сигнальным входом к входу широтно-импульсного сигнала, а второй соединен выходом с первым входом усилителя напря>кения разЬаланса, подключенного вторым входом к выходу первого управляемого делителя напряжения, соединенного управляющим входом с выходом формирователя выходного сигнала и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, дополнительно введены развязывающие усилители, ключи, амплитудные выпрямители и вычитатель, подключенный выходом к входу формирователя выходного сигнала, а входам — к вы-. ходам первого и второго амплитудных выпрямителей, соединенных входами соответственно с выходами первого и второго ключей, подключенных сигнальными входами к выходу усилителя напряжения раэбаланса, а управляющими 35 входами — к входу широтно-импульсного сигнала и к сигнальному входу второго управляемого делителя напряжения, соединенного выходом через первый развязывающий усилитель с ф) сигнально входом второго полиномиального. преобразователя относительной длительности импульсов, причем выход первого полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов подключен через второй развязывающий усилитель к сигнальному входу первого управляемого делителя напряжения.

Крвме этого, каждый полиномиальный преобразователь относительйой длительности импульсов содержит сумматор и группу последовательно соединенных линейных преобразователей длительности импульсов в их амплитуду, первый из которых подключен входом к сигнальному входу полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов и к первому входу сумматора, соединенного остальными входами с выходами линейных пре-60 обраэователей длительности импульсов в их амплитуду, а выходом - c ,выходом полиномиального преобразователя относительной длительности им,пульсов. 65

Кроме этого, каждый линейный преобразователь длительности импульсов в их амплитуду содержит раэвязывающий усилитель, однополупериодный выпрямитель и фильтр верхних частот, вход которого является входом линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду, а выход соединен через однополупериодный выпрямитель с входом развязывающего усилителя, выход которого является выходом линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду.

На фиг. 1 изображена блок-схема широтно-импульсного функционального преобразователя на фиг. 2 — блоксхема полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов.

Широтно-импульсный функциональный преобразователь (Фиг. 1), содержит первый и второй полиномиальные преобразователи 1 и 2 относительной длительности импульсов, первый и второй управляевые делители 3 и 4 напря>кения, первый и второй раэвязывающие усилители 5 и 6, усилитель 7 напряжения разбаланса, первый и второй ключи 8 и 9, первый и второй. амплитудные выпрямители 10 и 11, йычитатель 12 и формирователь 13 выходного сигнала..Первый полиномиальный преобразователь 1 соединен сигнальным входом с входом широтноимпульсного сигнала, сигнальным входом второго делителя 4 и с управляющими входами ключей 8 и 9, а выходом через второй развяэывающий усилитель 6 с сигнальным входом первого делителя 3, подключенного управляющим входом к выходу формирователя 13 и к управляющему входу второго делителя 4. Выход делителя 4 через первый развязывающий усилитель

5 соединен с сигнальным входом второго полнномиального преобразователя 2, подключенного выходом к первому входу усилителя 7 напряжения разбаланса. Усилитель 7 соединен вторым входом с выходом первого делителя 3, а выходом — с сигнальнымивходами ключей 8 и 9.. Вход формирователя 13 подключен-к выходу вычитателя 12, соединенного входами с выходами первого и второго амплитудных выпрямителей 10 и 11, подключенных входами соответственно к выходам первого и второго ключей 8 и 9.

Каждый полиномиальный преобразователь 1 и 2 относительной длительности импульсов может быть выполнен, например, содержащим (фиг. 2 ) группу последовательно соединенных линейных преобразователей 14 - 16 длительности импульсов в их амплитуду и сумматор 17. Первый иэ линейных преобразователей 14 подключен входом к.сигнальному входу полиномиального

993289 преобразователя и к первому входу

Сумматора 17, соединенного остальными вхоДами с выходами линейных преобразователей 14 - 16, а выходом - с выходом полиномиального преобразователя ° Кроме этого, полиномиальные преобразователи могут содержать инверторы 18 — 21 (фиг. 2), первый из которых включен ме>хду сигнальным входом полиномиальногопреобразователя и .первым входом сумматора 17, а остальные включены между выходами всех линейных преобразователей .(за исключением последнего .линейного преобразователя 16) и соответствующими входами сумматора 17.

Каждый линейный преобразователь ,длительности импульсов в их амплитуду может быть выполнен,.например, содержащим (фиг. 2) фильтр 22 верхних частот, однополупериодный выпрямитель 23 и развяэывающий усилитель 24. Вход фильтра 22 явля- . ется входом линейного преобразователя, а выход фильтра 22 соединен через однополупериодный выпрямитель

23 с входом развязывающего усилителя

24, выход которого является выходом линейного преобразователя.

Широтно-импульсный функциональный преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение, используемое в качестве напряжения питания мостовой цепи (образованной узлами 1-6) имеет форму прямоугольных импульсов длительностью С, следующих с периодом T-, Выходные напряжения U и П, преобразователей 1 и 2 повторяют по форме входной широтно-импульсный сигнал, но имеют амплитуды 0 х и

Uy зависящие по определенным законам F< от относительной длительности g = С/T входных импульсов, UXi и1 ®) где Пуи — амплитуда импульсов на. входе i-ro преобразователя, 1 = 1,2.

При изменении относительной длительности импульсов входного сиг-. нала на входах усилителя 7 возника-ет импульсное напряжение раз .баланса мостовой цепи с амплитудой U@ - .á< где Uy — амплитуда импульсного наЪ ъ пряжения на выходе управляемого делителя 3. Это импульсное напряжение, усиленное уаилителем 7, с помощью элементов 8-12 преобразуется в величину постоянного напряжения фор-. .мирователя 13. Ключи 8 и 9 разделяют выходной сигнал усилителя 7 на импульсы, соответствующие по времени импульсам и паузам входного широтно-импульсного сигнала. На выходах амплитудных выпрямителей 10 и 11

Образуются постоянные напряжения, соответствующие по величине и полярности амплитудам импульсов на их входах. Эти постоянные напряжения поступают на входы вычитателя 12,на выходе которого формируется напряжение постоянного тока, пропорциональное величине полного "размаха" усиленного импульсного напряжения разбаланса и соответствующее ему по полярности независимо от дрейфа нуля усилителя 7. Выходное напряжение вы10 читателя 12 воздействует на формирователь 13 выходного сигнала, изменяя величину.х параметра его выходного сигнала таким образом, чтобы восстановить равновесие моста, характе15 ризуемое равенством напряжений на входах усилителя 7. В результате ха» рактеристика преобразователя широтно-импульсного функционального преобразователя будет определяться вы20 ражением < 4 "2(Ю

v (xl . (О) где Ч„(х ) и Щх ) — функциональные характеристики первого и второго уш.

25 равляемых делителей 3 и 4 соответственно.

В качестве параметра х выходного сигнала формирователя 13 могут быть использованы цифровой код или механиЗ0 ческое перемещение, при этом формирователь 13 должен быть соответствен. но выполнен в виде управляемого генератора цифрового кода или исполнительного двигателя, а управляемые

35 делители напряжения - в виде преобра- зователей код — напряжение или потенциометров. Кроме того, в качестве выходного параметра х может быть использована длительность прямоугольных

4Q импульсов, следующих с частотой, в сотни раз превышающей частоту следования входных импульсов, для чего формирователь 13 должен быть выполнен в виде генератора. прямоугольных

45 импульсов управляемсй длительности с необходимой частотой следования.

При этом в качестве управляемых делителей напряжения могут быть использованы импульсные делители напряжения, на вхОды кОтОрых пОступает напряжение импульсов, следующих с частотой, значительно меньшей частоты следования управляющих (.выходных ) импульсов, так что входные импульсные напряжения импульсных делителей яв55 ляются для них квазипостоянныйи и играют роль их опорных напряжений.

Полиномиальные.преобразователи, 1 и 2 относительной длительности импульсов работают следующим образом.

На каждый линейный преобразователь длительности импульсов в их амплитуду поступает последовательность однополярных импульсов напряжения, подобная входному сигналу.

65 Фильтр 22 верхних частот не пропус993289

F„(8) = И) t. (-3) (3-8)

50 или „. (е)=(- ) + r (- ) в", где р = О для слагаемых, определяющих сигналы, подаваемые на входы сумматора 17 непосредственно; я = 1 для слагаемых, определяющих сигналы, подаваемые на входы сумчатора 17 через инверторы.

60 кает постоянную составляющую этой импульсной последовательности, в результате чего на выходе фильтра имеет место двухполярный импульсный процесс, в котором амплитуды положительных и отрицательных импульсов соответственно равны: Ь i(=- к-,=" „ 10 где U - амплитуда входных импульК сов линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду.

Зависимость амплитуд U< и U от относительной длительности импульсов используется для получения преобразования относительной длительности импульсов в их амплитуду. Однополупериодный выпрямитель 23 пропускает тОлькО импульсы ОднОЙ lloJIHpHocTH.è, следовательно, на его выходе восстанавливается однополярный импульсный процесс, но амплитуда импульсов на выходе выпрямителя зависит от величины 6 входного сигнала данного линейного преобразователя в соответствии с одной иэ приведенных зависимос- . тей, а развязывающий усилитель 24 служит для согласования выхода выпрямителя с входом последующих линейных преобразователей длительности импульсов в их амплитуду или усилителя напряжения разбаланса.

Соответственно, для преобразователя 1 или 2, содержащего только m последовательно соединенных линейных преобразователей 14 — 16 (без сумматора 17) длительности импульсов в их амплитуду, где в каждом линейном преобразователе выпрямитель 23 пропускает импульсы одной и той же 40 полярности, характеристика полиномиального преобразователя будет иметь вид Е„ (О) =(4-О) или < (Q)=9

В полной схеме преобразователей

1 и 2 (включающих в себя сумматоры 45

17) характеристика преобразования относительной длительности импульсов в амплитуду будет иметь вид.Этим обуславливаются широкие возможности получения характеристик преобразования, реализуемых преобразователями 1 и 2 в виде различных нелинейных функциональных зависимостей при помощи полиномиальной аппроксимации, а в схеме предложенного преобразователя в целом в соответствии с вышеприведенным выражением для. его характеристики преобразования обеспечивается также воэможность аппроксимации заданных нелинейных функций преобразования относительной длительности прямоугольных импульсов 9 в параметр х дробно-рациональным приближением как непосредственно заданной функции, так и функции, обратной заданной.

Предложенный преобразователь обеспечивает возможность преобразования информации с повышенной, по сравнению с прототипом, точностью, достигаемой за счет введения в схему устройства узлов, исключающих влияние дрейфа усилителя напряжения разбаланса на результаты преобразования, чем и определяются его техниl ко-экономические преимущества.

Формула изобретения

1. Широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два полиномиальных преобразователя относительной длительности импуль,сов, первый из которых подключен сигнальным входом к входу широтноимпульсного сигнала, а второй соединен выходом с первым входом усилителя напряжения разбаланса, 1 подключенного вторым входом к выходу первого управляемого делителя напряжения, соединенного управляющим входом с выходом формирователя выходного сигнала и с упраВляющим входом второго управляемого делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности функционального преобразования, в него дополнительно введены развязывающие усилители, ключи,,амплитудные выпрямители и вычитатель, подключенный выходом к входу формирователя выходного сигнала, а входами — к выходам первого и второго амплитудных выпрямителей, соединенных входами соответственно с выходами первого и ! второго ключей, подключенных сигнальными входами к выходу усилителя напряжения разбаланса, а управляющими входами — к входу широтно-импульсного сигнала и к сигнальйому входу второго управляемого делителя напряжения, соединенного выходом через первый раэвйзывающий усилитель с сигнальным входом второго полиноми.ального преобразователя относитель993289

10 ной длительности импульсов, причем выход первого полиномиального преобразователя относительной длительности импульсов подключен через второй раэвязывающий усилитель к сигнальному входу первого управляемого. делителя напряжения.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что каждый полиномиальный преобразователь относительной длительности импульсов содержит сумматор и группу последовательно соединенных линейных преобразователей длительности импульсов в их амплитуду, первый иэ которых подключен входом к сигнальному входу полиномиального преобразователя относительной длительности импуль сов и к первому входу сумматора, соединенного остальными входами с выходами линейных преобразователей длительности импульсов в их амплитуду, а выходом - с выходом нолиномиального преобразователя относитель-ной длительности импульсов.

3. Преобразователь по пп. 1-и 2, отличающийся тем, что каждый линейный преобразователь дли» тельности импульсов в их амплитуду содержит развяэывающий усилитель, однополупериодный выпрямитель и фильтр верхних частот, вход которого является входом линейного преоб разователя длительности импульсов в их амплитуду, а выход соединен

10 через однополупериодный выпрямитель с входом развязывающего усилителя, выход которого является выходам линейного преобразователя длительности импульсов в их амплитуду.

15:, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 736122, кл. G 06 G 7/16, 1976..

2. Авторское свидетельство СССР

2О 9 665377, кл. H 02 И 5/16, 1976.

3. Смолов В.Б. Функционал иые преобразователи информации Л., Энергоиздат, 1981, с. 203-204,,рис. 5-26 (прототип).