Блок управляемой проводимости

(54) БЛ (57) Из вычисли РАВЛЯение Кбр ласт й, и ники рмационно-из адиотехники й т рительн может б но, в частно ть испольцифровыхенного то стах постоянн в кодоуправляе ер ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕ А ВТОРСНОМУ СВ 310849 А 1 мых мерах электрического сопротивления (импеданса), в устройствах длямоделирования динамических сигналовсопротивления и проводимости и т,д.Целью изобретения является расширение диапазона изменения проводимости. Блок управляемой проводимостисодержит внешние информационные выводы 1 и 2, повторитель напряжения 3,умножающий цифроаналоговый преобразователь 4, масштабный алгебраическийсумматор 5, имеющий первый вход 6и второй вход 7, токозадающий резистор 8, шифратор 9. Поставленнаяцель достигнута благодаря введениюв блок шифратора, выполнению умножителя в виде умножающего цифроаналогового преобразователя и новымсвязям между составными элементами.2 ил.Для УЦАП 4 можно записать Овы 4 =К 49О 8.4, где Ка - некоторый безразмерный коэффициент, знак которого может быть как положительным, так и отрицательным; сф - числовой эквивалент входного цифрового кода ЦАП а с+ = Ф(ц).С учетом введенных обозначений, например, при Кв = -1 и К = ОО 5 - Ов К а Ч.8 = 68Ов( + К 4 Ч ) 50 55 Изобретение относится к вычислительной информационно-измерительнойтехнике, радиотехнике и может бытьиспользовано, в частности, в цифровых мостах, в кодоуправляемых мерах 5электрической проводимости (импеданса), в,устройствах формирования динамических проводимостей (импедансов), в перестраиваемых активныхфильтрах и т,д.Целью изобретения является расширение диапазона изменения проводимости,На фиг1 приведена общая структурная схема блока; на фиг.2 -схема одного из ее частных вариантов.Блок управляемой проводимости(фиг,1) содержит внешние информационные выводы 1 и 2 блока, повтори 20тель напряжения 3, умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 4,масштабный алгебраический сумматор 5,имеющий первый вход 6 и второй вход7, токозадающий резистор 8шифратор9,.цифроаналоговый преобразователь(13 П)О,Блок (фиг.1) работает следующимобразом.Входное напряжение Ов прикладывается между клеммами 1 и 2. При этомв цепи (входной) возникает токкоторый лротекает через токозадающийрезистор 8 и замыкается на ширинунулевого потенциала через внутреннеесопротивление выходного операционного усилителя (ОУ) масштабного алгебраического сумматора 5.Выражение для входного тока имеетвид40Ов - Ов.== С (О - О )8 р 8( 8 )ф8где О - напряжение на выходе сумматора 5, 45 Эквивалентная проводимость междуклеммами 1 и 262 = 8 /Оьх = Св(1 + Кас")В зависимости от значения Ка, а также вида функций 5(ц), можно получать различные характеристики преобразования кода в проводимость. Проводимость резистора Св выступает в качестве масштабного коэффициента. Изменяя значение проводимости Св, можно смещать диапазон выходных проводимостей преобразователя С в1,2 сторону больших и малых значений.При использовании широко распространенных двоичных умножающих ЦАП с числом разрядов входного кода М : Ка = + 2 и (знак "-" относится к ЦАП с инверсией входного напряжения, что соответствует варианту, показанному на фиг.1; допускается также использовать ЦАП без инверсии) десятичный эквивалент М-разрядного двоичного кода лежит в пределах П (цф(иПри выборе Ка, = -2 ; Ч = Ч (т.е. шифратор 9 осуществляет инверсию входного цифрового кода о) можно записать62=68(1-Ц 2 )=-.Св(02 -2 ) Ф С . с 2Погрешность приближения при большихдостаточно мала, но и ее можноисключить, если использовать преобразователь входного кода в дополнительный (а не в инверсный),Возможен и другой способ - включение между входом (О) и выходом (1)ЦАП 10 резистора сопротивлением2 В . Таким образом, при названМ,ных условиях преобразователь позволяет осуществить линейное преобразование цифрового кода с в проводимость62 теоретически от нуля до значения С 8 (1-2 ),-йПри К = -2 ; К, Ч = ц (т,е,входной код передается без изменениячто равносильно отсутствию шифратора 9)С, = 6,(1-2 ),т.е. получают линейный преобразователь кода в проводимость со смещенным нулем и отрицательным коэффици- ентом преобразования. В рассмотренных случаях выбор (КЪ 1 позволяет реализовать эквивалентную отрицательную проводимость 63При К = 2 ф (ЦАП знака напряжения); получаем нелинейный кода в проводимость узкого диапазона со лем) 310849 4 без инверсии- Ч =спреобразовательС =6.,(+с 2 )Значение Слг изменяется приблизительно в два раза при изменении О десятичного эквивалента входного кода в пределах 0ц2, что позволяет получить малую дискретность установки СлгВ частном варианте блока управля емой проводимости, приведенном на фиг.2, позиции 1-4 и 8-10 (за исключением отсутствующего шифратора 9) соответствуют позициям на общей структурной схеме фиг,1Позицией 5 обо значен не масштабный алгебраический сумматор 5 в целом, а входящий в его состав операционный усилитель (ОУ), позициями 6 и 7 обозначены масштабные резисторы, соответствуЮ- щие на фиг. входам 6 и 7, Схема фиг.2 содержит также масштабные резисторы 11 и 12.Блок управляемой проводимости (фиг,2) работает следующим образом, 30Входное напряжение Ов прикладывается между выводами 1 и 2, При этом в цепи 1-2 возникает ток в, который протекает через токозадающий резистор 8 и замыкается на шину 35 нулевого потенциала через внутреннее сопротивление ОУ 5. При анализе схем с решающими усилителями на ОУ традиционными являют 40 ся.следующие допущения: входнбе сопротивление и коэффициент усиления ОУ стремятся к бесконечности, входные токи и ЭДС смещения отсутствуют. Поскольку все ОУ в данной схеме охва 45 чены глубокими отрицательными обратными связями по напряжению, то их эквивалентные выходные сопротивления можно принять близкими к нулю.С учетом сделанных допущений мож 50 но записать выражение для входного тока, аналогичное выражению для схемы блока на фиг.1:О в - 058 Х р - Я( 8 Е)=С (О -О8 55 где 08 - напряжение на выходе ОУ 5.Введем следующие обозначения:Влл, РдК 1= - - К = -- -" -1 Р 1 гэ 2 Рь+ Р 7 4Для ЦАП 4 можно записать где К 4 - безразмерный коэффициент,знак которого может быть как положительным, так и отрицательным,о - числовой эквивалент входногоуправляющего кода,Для распространенного вариантаумножающего ЦАП с прямым двоичнаЙ-разрядным кодом 0 ( ц2 -1;ИК л, = + 2 (знак "-" соответствуетЦАП с инверсией, вариант которогопоказан на фиг.2).С учетом введенных обозначений О Овх(1 + К. )К + Овх К ц кЭквивалентная проводимость между выводами 1 и 2С ==С- (1+К,)К 1 ВХл,г - О, - шг- к с (1 + к)(1 - кг)3 В зависимости от зчачений безраз"мерных коэффициентов Кл,КК 2 можнополучить различные виды функций преобразовании кода в проводимость,При этом проводимость токозадающегорезистора выступает в качестве масштабного коэффициента, имеющего размерность, Изменяя значение проводи-мости С, можно смещать диапазон выходных значений блока в сторонубольших или малых значений, В частности можно реализовать микроэлектронный преобразователь кода в проводимосТь, максимальное значение которой будет достигать 0,1 Ом и более(менее 1 О Ом),В выражение для 61 не вхОдятабсолютные значения сопротивленийР-Рв а входят лишь безразмерныекоэффициенты, характеризующие отношения этих величин. Стабильностьотношения сопротивлений обеспечивается по микроэлектронной технологиизначительно проще, чем стабильностьбазовых номиналов (абсолютных значений сопротивлений).При Кл=+2; К= 1; К = 0,513108 25 т.е. в преобразователе реализованапрямо пропорциональная зависимостьэквивалентной проводимости С,числовому эквиваленту входного цифрового кода (знак + в последнем 5выражении относится к ЦАП с инверсией, что соответствует фиг 2),При К 4 = -2 "е К = 1 э 5 Ф К 2 == 0,6 (что означает В = 1,5 В;В = 1,5 В) получаем 102 1 о (Ц 2 -0,5),т,е. блок позволяет осуществить линейное биквадратное преобразованиевходного цифрового кода в проЬодимость. При условии 0о ( 2 "знакэквивалентной проводимости Сдотрицательный, при 2 ( р2 -1ф- (знак 6- положительный.При Кд = 2 ; К= 1/2; К = 1/3 20= 0,5 В) получаемаа , (0,5 - ц 2) В двух последних случаях можно использовать представление входной цифровой информации в различных модификациях двоичного кода (прямом, смещенном, дополнительном, обратном и т,д,)При выборе других значений К и К можно получить иные виды функций преобразования и различные диапазоны изменения выходной проводимости 35 49 6(эквивалентной проводимости 6 ) блока. В частности, можно построить преобразователь кода в сопротивление с обратной зависимостью эквивалентного сопротивления В,1 от входного1цифрового кода. Формула изобретения Блок управляемой проводимости, содержащий повторитель напряжения, токозадающий резистор, один из выводов которого подключен к первому внешнему информационному выводу блока и к входу повторителя напряжения, и масштабный алгебраический сумматор выход и первый вход которого подключены соответственно к свободному выводу токозадающего резистора и к выходу умножителя, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона изменения проводимости, он дополнительно содержит шифратор, а умножитель в нем выполнен в виде умножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговый информационный входкоторого соединен с выходом повторителя напряжения, а цифровой входподключен череэшифратор к управляющему входу блока, второй вход масштабного алгебраического сумматора и второй внешний информационный вывод блОка соединены соответственно с выходомповторителя напряжения и с шиной нулевого потенциала.