Устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника

(5)4 С 06 С 7/62 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ного сопр ключ к од преобразо )1-го этал с другим вателя и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Минский радиотехнический институт(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМОГО ДВУХПОЛ)СНИКА, содержащее подключенные к входным,выводам управляемый преобразовательнапряжение-ток и интегратор, о тл н ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения добротности и устойчивости устройства, оно содержитдешифратор, счетчик импульсов, генератор тактовых импульсов, элемент И,времяимпульсный блок деления, дваблока выделения модуля и два блокаформирования соответственно положительного и отрицательного знаков,каждый из которых содержит триггер,первый и второй. элементы И и элементИЛИ, управляемый преобразовательнапряжение-ток содержит конверторотрицательного сопротивления, первыйи второй ключи, )1 эталонных резисторов и группу изключей, подсоединенных информационными выводамипараллельно .соответствующим эталонным резисторам, которые включеныпоследовательно, свободный выводпервого эталонного резистора подключенчерез последовательно включенныепервый ключ и конвертор отрицательтивления и через второйому из выходных выводователя, свободный выводнного резистора соединенходным выводом преобразошиной нулевого потенциала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к выходам элементов ИЛИ соответственно блоков формирования отрицательного и положительного знаков, входы элемента ИЛИ в каждом из этих блоков подсоединены к выходам соответственно первого и второго элементов И, одни из входов которых соединены с выходами триггера формирования соответствующегоСзнака, а другие - с выходами триггера блока формирования противоположного знака, управляющие входы й ключей группы управляемого преобразователя напряжение-ток подключены к соответствующим выходам деширатора, подсоединенного входами к соответ- . ствующим выходам счетчика импульсов, информационный вход которого подключен к выходу элемента И, одиних входов элемента И соединен свыходом генератора тактовых импульсов, а его другой вход подклочен квходу сброса счетчика импульсов и квыходу времяимпульсного блока деления, входы которого подсоединены квыходам соответствующих блоков вьще- Вфления модуля, вход одного из блоковвыделения модуля соединен с входоминтегратора и с входом триггера блокаформирования положительного знака,а вход другого - с выходом интегратора и с входом триггера блока формирования отрицательного знака.Изобретение относится к вычислительной технике и электротехнике иможет найти применение в различныхустройствах автоматики и радиотехники в качестве индуктивного или 5емкостного элемента различных резонансных контуров и электрическихфильтров.Цель изобретения - повышениедобротности и устойчивости устройства,На чертеже приведена схема устройства для моделирования частотнозависимого двухполюсника.Устройство для моделирования 15частотно-зависимого двухполюсникасодержит цепочку эталонных резисторов 1-1, 1-2,1- п и группу ключей 2-1, 2-2. . ., 2-И, конверторотрицательного сопротивления 3, 20первый и второй ключи 4 и 5, дешифратор 6, счетчик импульсов 7, генератовтактовых импульсов 8, элемент И 9,времяимпульсный блок деления 10,блоки выделения модуля 11 и 12 соответственно. Кроме того, устройствосодержит интегратор 13, блокиформирования положительного и отрицательного знаков 14 и 15 соответственно, содержащие триггеры 1 б, 30элементы И 17, и 17и элементыИЛИ 18. Входное напряжение подаетсяк первому входному выводу устройства19 и второму входному выводу 20,который подключен к шине нулевогопотенциала. Совокупность элементови блоков 1 1 - 1 п, 2 - 2 п, 3, 4 и 5образует управляемый преобразовательнапряжение-ток,Устройство работает следующим 40образом.Пусть входной сигнал, поступающийна выводы 19 и 20, представляет собой синусоидальное напряжение Б(г.)==ББ 1 п(ыС + у), которое с одной стороны поступает на вход интегратора13, выполненного,. например, на операционном усилителе, и с другой стороны поступает на первый блок 11выделения модуля напряжения, а выходное напряжение с интегратора 13поступает на второй блок 12 выделения модуля напряжения, Если на входблока 11 приходит положительная полуволна напряжения, то она окажется 55и на выходе этой, ячейки, если жеприходит отрицательная полуволнанапряжения, то все равно на выходе блока 11 будет положительная полуволна напряжения. В результате этогона выходе блока 11 будут только положительные полуволны напряжений,которые обозначим как И . Аналогично работает и блок 12, т.е,если с выхода интегратора 13 напряжение имеет положительную полуволну, то оно инвертируется и навыходе будет отрицательное напряже-ние, Если сигнал с выхода интегратора 13 имеет отрицательную полуволнунапряжения, то оно проходит безинвертирования на выход блока 12,Следовательно, на выходе блока 12всегда будут только отрицательныеполуволны напряжений, которые обозначим как ИТаким образом, на выходе блока 11всегда будет модуль входного напряжения:111, Ц)Ц,Яз.п(Я + С 9)а на выходе блока 12 - модуль выражения интеграла от входного напряжения с учетом знака, т,е.Б =- - соя(ые ф) =(О Бп 12 бд Напряжения Бн = 18 ==0 ип(ЫЕ+), Н(г = 1 ЦВ =Соз(41 С+у) поступают на соот 36)ветствующие входы времяимпульсного блока деления 10, На выходе время- импульсного блока деления 10 присутствуют широтно-модулируемыс. импульсы, длительность которых пропорциональна отношению ПН /Б т.е, каждому дискретному во времени отношению Ц 1, /Б, соответствует определенная длительность импульса на входе блока 10. Далее широтномодулируемые импульсы с выхода блока 10 поступают на первый вход элемента И 9, на второй вход которого поступают короткие импульсы с генератора 8, которые заполняют широтно-модулированные импульсы с выхода блока 10, В результате этого на выходе элемента И 9 всегда существуют пачки импульсов разного количества, поступающие на вход счетчика 7 импульсов, который подсчитывает их, начиная с. моментапоявления переднего фронта прямоугольного импульса с выхода блока 10и кончая по его заднему фронту. Очевидно, что в момент окончания подсчета импульсов (в момент появления 5заднего фронта прямоугольного импульса) счетчик 7 должен передать инФормацию в дешифратор 6 ив то жевремя перейти в исходное состояние(т,е, обнулиться) . Таким образом,чтобы счетчик импульсов 7 перешел висходное состояние, необходимо выходблока 10 подключить на вход сброса(вход К обнуления счетчика импульсов 7). Подсчитав количество импульсов, счетчик 7 ставит в соответствиис длительностью -го широтно-модулированного импульса 1-й двоичный код.Выходы счетчика 7 соединены с входом дешифратора 6, вход которого в соответствии с -м двоичным кодом счетчика управляет работой соответствующих ключей2-1, 2-2, 2-п, включая темсамым -е эталонные резисторы изцепи эталонных резисторов (1-1. 251-2, , 1-п). Следовательно, каждому х-му двоичному коду соответствует определенный -й резистор, эталонное значение которого подобранов соответствии с выражением 30 10 П цй 1 П вх 1и) Пз 1Для установки требуемого реального знака отношения У в,/О,. в 1-й 35 момент времени, что позволяет устанавливать требуемый знак 1-му эталонному резистору 1-, в устройство для моделирования частотно-зависимого двухполюсника введены два блока 40 Формирования положительных и отрицательньм знаков.Принцип действия блоков формирования отрицательного и положительного знаков основан на том, что при высо ких уровнях напряжений на первых (левых на чертеже) выходах триггеров 16, принадлежащих соответственно блокам формирования положительного и отрицательного зйаксв, включается 50 элемент И 171 в блоке 15, все остальные элементы И обоих блоков закрыты. Включение элемента И 17 приводит к тому, что на выходе элемента ИЛИ 18 того же блока появляется сиг нал, который существует в интервале времени О-С, в котором отношение Б в/0,1 имеет отрицательный знак,поэтому сигнал с выхода элементаИЛИ 18 поступает на управление первого ключа 4. Следовательно, винтервале 0-С ключ 4 включен. Приэтом включается в цепь конвертор 3отрицательного сопротивления и цепочка эталонных резисторов 1- 1,1-и оказывается включенной в цепинагрузки конвертора 3 отрицательного сопротивления. В результатеэтого в указанном интервале времениформируются отрицательные значенияэталонных резисторов. В интервалевремени й -С 2 отношение Пп /Ь,положительно. Высокие уровни с соответствующих выходов триггеров 16включают элемент И 17 в блоке 14,в результате чего на выходе элементаИЛИ 18 того же блока появляется сигнал, который включает ключ 5 (приэтом ключ 4 выключается), В интервале времени С, -йэталонные резисторы 1-1, 1-2, , 1-и подключенынепосредственно к выводам 19 и 20и имеют присущие им положительныезначения. Далее процесс повторяется,т,е, в интервале времени, когданапряжения И в и И з положительные(или оба отрицательные) появляетсясигнал на выходе элемента ИЛИ 18блока 14 формирования положительного знака, который включает ключ 5.В интервале времени, когда либонапряжение И ь, либо И принимаетотрицательное значение, появляетсясигнал на выходе элемента ИЛИ 18блока 15 формирования отрицательногознака, который включает ключ 4.Таким образом, как указывалосьвьппе, номиналы эталонных резисторовизменяются дискретно, с установкойсоответствующего знака, определяемогоотношением И /И Подключение эталонных резисторов 1-1, , 1-ико входу устройства (выводы 19 и 20)приводит к тому, что в этой ветвимежду выводами 19 и 20 Формируетсяток, изменяющийся По закону, определяемому законом изменения номиналовэталонных резисторов Кф во времени.В рассматриваемом случае ток определяется следующим образом.1. Если в качестве блока 13используется схема интегратора, тоПвл, Пщказ 6367/46 Тираж 709 Подписи филиал ППП "Патент", г.уж, ород, ул.Проектная, 4 5 112. Если в качестве блока 13 используется схема дифференциатора, то= К я 0 соз(ы+)Ивхгх1где К - коэффициент (постояннаявремени дифференциатора),Сравнивая полученные выражения для тока в цепи двухполюсника с входным напряжением, видно, что в первом случае ток будет отставать от приложенного напряжения на угол1/2 и, следовательно, устройство будет моделировать свойства индуктивного элемента. Во втором случае ток будет опережать приложенноелнапряжение на угол в /2. В этом случае устройство б;дет моделировать свойства емкостного элемента. Следовательно, эталонные резисторы1.-1, , 1-п, подключаемые к входным выводам 19 и 20 и принимающие как отрицательные, так и положитель" ные значения, в зависимости от отноф шения И /И э, определяют частотно- зависимый двухполюсник. Рассматривая вопросы устойчивости и стабильности в Работе, необходимо отметить, что 85358 6когда эталонные резисторы 1-1,1"и принимают положительные значения, то вопроса о чувствительностии устойчивости устройства вообще невозникает, а когда эталонные резисторы принимают отрицательные значения,необходимо лишь удовлетворить условию,чтобы сопротивление эталонного 1-горезистора 1-ь, которое является наг 10 рузочным резистором конвертора отрицательного сопротивления 3, быпобольше внутреннего сопротивленияисточника входного напряжения., чтоне представляет особого труда в реа 15 лизации. Таким образом, в устройстветок в ветви между выводами 19 и 20искусственно задается дискретнымизменением номиналов эталонных резис"торов 1-1, , 1-п, изменяющихся по2 О закону, определяемому отношениемвходного напряжения, например, к проинтегрированному входному напряжению,и практически строго о 1 стает от при-.ложенного напряжения на угол 7 /2.25 Это приводит к возможности получениявысокой добротности практически налюбых частотах и, что самое важное,на низких частотах.