Мостовое множительно-делительное устройство для широтно модулированных величин

(22) Заявлено 11.05.76 8-24 23603 исоединением зая Государственный иомит 3) Приори 1 Соеета Министров СС ,по делам изобретении открытий(71) Заяьитель Е. П, Угрюмов и И. В. Герасимов нинградский ордена Ленина электротехнический инстит им. В. И. Ульянова (Ленина)54) МОСТОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕТРОЙСТВО ДЛЯ ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХВЕЛИЧИН Предлагаемое изо ласти аналоговой и лительной техники.Предлагаемое ус батывать широтно (ШИМ-сигнал) с о стью Овых, равной ретение относится к о комбинированной вычи роиство позволяет выра- модулированный сигнал тносительной длительногде 01, 02 и Оа - относительные длительности входных ШИМ-сигналов.Подобные устройства находят широкое применение в информационно-вычислительных и управляющих системах, обрабатывающих широтно-импульсную информацию, а также в ряде других систем,Известны устройства 1, 21, решающие аналогичную задачу, но этп устройства для точного выполнения множит ельно-делительной операции требуют стабилизированного опорного напряжения,Наиболее близким техническим решением является мостовое множитсльно-делптельное устройство для широтно-модулированных величин 2, содержашее уравновсшанный мост, в плечи которого включены импульсно- управляемые резисторы, управляющис входы импульсно-управляемых резисторов пер.вого, второго и третьего плечей моста являются входами устроиства, первая вершинамоста подключена к источнику опорного напряжения постоянного тока, вторая и четвертая вершины моста через сглаживаютцие кон 5 денсаторы, а третья вершина непосредственно подключены к шине нулевого потенциала,вторая и четвертая вершины подключены ковходам дифференциального усилителя, выход которого через широтно-импульсный мо 10 дулятор соединен с выходом устройства иуправляемым входом импульсно-управляемого резистора четвертого плеча.Недостатком этого устройства являетсяневозможность получения квадрата резуль 15 тата множптельно-делительной операции, невысокая точность.Целью изобретения является повышениеточности устройства и расширение класса решаемых им задач,20 Поставленная цель достигается тем, чтоустройство дополнительно содержит сглажива 1 ошие конденсаторы, масштабные резисторы и импульсно-управляемый резистор, управляющий вход которого соединен с выхо 25 дом широтно-импульсного модулятора, причем один вывод первого масштабного резистора соединен через первый дополнительныйсглажпваоший конденсатор с шиной нулевого потенциала и через второй масштабный30 резистор с четвертой вершпной моста, а дру3гой вывод первого масштабного резистора соединен через третий масштабный резистор с третьей вершиной моста и через второй дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала,Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом.Устройство состоит из уравновешенного моста, в плечи которого включены импульсно- управляемые резисторы 1, 2, 3, 4 источника опорного напряжения 5, дифференциального усилителя 6, широтно-импульсного модулятора 7, сглаживающих конденсаторов 8, 9, 10, 11, масштабных резисторов 12, 13, 14 и дополнительного импульсного управляемого резистора 15.Принцип расширения класса решаемых задач и повышения точности выполнения им множительно-делительной операции состоит в следующем.Можно показать, что для функции справедливо приближение с приведенной погрешностью, не превосходящей 0,02% вида у м, (з) Здесь 0,1 (х(1,Если положить х=О (О - относительная длительность ШИМ-сигнала) и у=КО(О) /6 (О) - среднее значение проводимости двухполюсника, К - коэффициент пропорциональности), что нетрудно записать для выражения (3) моделирующее выражение в ви- де 1 10,5015 3,5496+ 0,1367+которое и является основой для построения двухполюсника четвертого плеча моста из постоянных и импульсно-управляемых проводимостей. С учетом линейной зависимости средних значений проводимостей, управляемых выходным ШИМ-сигналом, от вых и следующих соотношений между проводимостями резисторов четвертого плеча моста(6 - проводимость резисторов импульсноуправляемых резисторов 1, 2, 3).б 62, 6 - проводимость резисторов 12,13, 14,20 25 3 О 35 40 45 50 55 6 О 65 464, 65 - проводимость резисторов импульсно управляемых резисторов 4 и 15.Легко сказать, что среднее значение проводимости четвертого плеча моста удовлетворяет выражению (4) при К=1, Поскольку статическая функциональная характеристика уравновешенного моста имеет вид61 бщ =- бпбч (5) где бь бп, бп и бган - средние значения проводимостей соответственно первого, второго, третьего и четвертого плеч моста, то, принимая во внимание (2, 4), получим,1, = О,)/1т. е, действительно воспроизводится зависимость вида (1). При этом предполагается, что 6,=6,=6,=6,где бв 6 и 68 - проводимости резисторов импульсно-управляемых резисторов 1, 2, 3.Устройство работает следующим образом.На управляющие входы импульсно-управляемых проводимостей 1, 2, 3 поступают входные широтно-модулированные сигналы с относительными длительностями Оь О Оз. Выходной ШИМ-сигнал с относительной длительностью О - вых управляет импульсно- управляемыми резисторами 4 и 15 в четвертом плече моста, При достаточно большой емкости сглаживающих конденсаторов 8, 9, 10, 11 обеспечивается развязка постоянных и импульсно-управляемых резисторов между собой по переменному току, что и позволяет считать среднее значение проводимости двухполюсника ключ - резистор пропорциональным относительной длительности управляющего ШИМ-сигнала. Тогда изменение длительностей управляющих ШИМ-сигналов приводит к пропорциональному изменению проводимостей первого, второго и третьего плеч моста, что вызывает изменение потенциалов по постоянному току в точках подключения конденсаторов 8, 9. Дифференциальный операционный усилитель постоянного тока, включенный в диагональ моста, выделяет и усиливает разность потенциалов на этих конденсаторах; в другую диагональ моста включен источник опорного напряжения постоянного тока 5. Выходное напряжение усилителя с помощью широтно-импульсного модулятора 7 преобразуется в ШИМ-сигнал с Относительной длительностью Оных, который поступает на управляющие входы импульсно-управляемых проводииостей 4, 15 четвертого плеча моста, обеспечивая автоматическое сведение его баланса, т. е. выравнивание постоянных составляющих потенциалов на входах усилителя 6. Таким образом, в установившемся состоянии схемы имеет место уравнение баланса моста (5), а значение выходной величины удовлетворяет уравнению (1)Возможность совмещения множительно-делительной операции с возведением результаРо,(ктЧ Р, Кпсеаеаа 3;к317 5 14.,;,. Ъе 1 Б 2 Тоок 818111. Гоп"( ,;о.,о"оо коиоа Ск". .И ".-троп ГССРо:о, а.". и о(З"."1 и Отк;, 1 П113(2:1, 11 о:, )К-,15, 1 о 1 покое о., д. 4,5 Подписное к оа 1 пк, и;к ( апок,та в квадрат, достигнутая в предлагаемом устройстве, обуславливает целесообразность его использования в различных системах управления техническими объектами и технологическими процессами, когда к вычислительным преобразователям предъявляются жесткие требования по габаритам, весу, надежности и точности функционирования и умеренных требованиях к быстродействию. Формула изобретенияМостовое множительно-делительное устройство для широтно-модулированных величин, содержашее ураьновешенный мост, в плечи которого шслночсны импульсно-управляемые резисторы, управляющие входы импульсно- управляемых резисторов первого, второго и третьего плечей моста явля отся входами устройства, первая вершина моста подключена к источнику опорного напряжения постоянного тока, вторая и четвертая вершины моста через сглаживающие конденсаторы, а третья вершина непосредственно подключены к шине нулевого потенциала, вторая и четвеотая вершины подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого через широтно-импульсный модулятор соединен с нь(ходом устройства и управляющим входомимпульсно-управляемого резистора четвертого илсча, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения клас 5 са решаемых задач, оно дополнительно содеркит сглаживающие конденсаторы, масштабные резисторы, импульсно-управляемыйрезистор, управляющий вход которого соединен с выхо;ом широтно-импульсного модуля 10 тора, причем один вывод первого масштабного резистора соединен через первый дополнительный сглаживающий конденсатор с шинойнулевого потенциала и через второй масштабный резистор с четвертой вершиной мо 15 ста, а другой вывод первого масштабного рез:(стора соединен через третий масштабныйрезистор с третьей вершиной моста и через:лорой дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала,20Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Смолов В. Б., Угрюмов Е. П. Времяимпульспые вычислительные устройства. Л.,25 Энергия, 1968.2. Авторское свидетельство260290,кл. 6 066 7/16, 1960.