Коммутатор аналоговых сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ш 1396 51)4 Н 03 К 17/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬС Д ВТОРСНОЫЮ СПИ У 18лектротехничес И,анных. -7 ьство СС 17/00, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Новосибирский экий институт(56) Басалаев Г,Г., ГлембаМногоканальная система сбораПриборы и техника эксперимен1984, Р 2,Авторское свидетелВ 1336119, кл. Н 03 К04.04.86.(54) коммутАтор Анллоговых сигнАлоВ(57) Изобретение может быть использовано в системах аналого-цифровогопреобразования сигналов при автоматизации технологических процессов,в частности процессов испытанийтехнических объектов. Коммутатораналоговых сигналов имеет повышенноебыстродействие за счет уменьшенияограничений на скорость изменениявыходных сигналов. 1 ил.Изобретение относится к устройствам автоматики и измерительной техники и может быть использовано в системах аналого-цифрового преобра 5 зования сигналов при автоматизации технологических процессов в частности процессов испытаний технических объектов.Целью изобретения является повьппение быстродействия устройства за счет уменьшения ограничений на скорость изменения выходных сигналов,На чертеже приведена функциональная схема коммутатора аналоговых 5 сигналов, содержащая три канала.Устройство содержит входы 1.1 1,3 аналоговых сигналов, аналоговый выход 2 и адресные выходы 3.1 3.3, при этом каждый вход 1,1 20 1,3 устройства соединен через соответствующий резистор 4.1 - 4,3 с инвертирующим входом соответствующего операционного усилителя 5,1 5,3, неинвертирующий вход которого 5 соединен с выходом 2 устройства, а выходы через диоды 6.1 - 6.3 с инвертирующими входами этих же усилителей 5.1 - 5.3 через резисторы 7,1 7.3 с параллельно включенными им ЗО конденсаторами 8,1. - 8,3, переключатели 9.1 - 9.3 тока и диоды 10.1 10,3 с инвертирующим входом операционного усилителя 11, охваченного конденсатором 12 по цепи обратной связи. Кроме того, выходы операционных усилителей 5,1 - 5,3 через соответствующие компараторы 13.1 - 13.3 и триггеры 14,1 - 14,3 соединены с соответствующими адресными выходами 3.1 - З,З и управляющими входами соответствующих переключателей 9.1 - 9.3. Выходы компараторов 13.1 - 13.3 через элемент ИЛИ 15 и формирователь 16 соединены с С"входами триггеров 14.1 - 45 14,3, Вход операционного усилителя 11 соединен также через блок 17,переключения и резисторы 18 и 19 с источниками 20 и 21 постоянных напряжений, при эпом управляющий вход блока 17 переключения соединен с генераторо 22 и с В-входами всех триггеров 14.Формирователь 16 должен формировать импульсы положительной полярности, задержанные относительно входных сиг 55 налов на время, необходимое для обработки коммутируемых входных напряжений, к примеру их аналого-цифрового преобразованияБлок 17 переключения представляетсобой два коммутатора тока, управляемых в противофазе,Коммутатор аналоговых сигналов работает следующим образом.Генератор 22 импульсов задает частоту опроса каналов. Нулевь.м потенциалом генератора 22 устанавливаютсяв исходное нулевое) состояние всетриггеры 14,1 - 14,3, Переключатели9.1 - 9,3 тока при этом коммутируютвыходы соответствующих усилителей5,1 - 5.3 через резистор 7, конденсатор 8 и диоды 10 к входу усилителя11. Кроме того, блок 17 переключениясоединяет источник 20 через резистор19 с входом усилителя 11. При этомконденсатор 12 перезаряжается и навыходе операционного усилителя 11 устанавливается отрицательное напряжение, максимальное по абсолютной величине, На выходе всех усилителей5,1 - 5,3 устанавливается отрицательное напряжение, поскольку выходнойсигнал по величине превышает входные,однако усилители 5.1 - 5,3 не насыщаются благодаря отрицательной обратной связи через диоды 6,1 - 6,3,При положительном потенциале навыходе генератора 22 срабатьвает блок17 переключения таким образом, чтона вход усилителя 11 коммутируетсяисточник 21 через резистор 18, приэтом абсолютная величина отрицательного сигнала начинает уменьдаться дотех пор, пока не сравняется с максимальным по абсолютной величине входным сигналом, Допустим, что максимальный по абсолютной величине входнойсигнал поступает на вход 1.1 коммутатора, минимальный - на вход 1.3,на вход 1,2 поступает сигнал промежуточного значения между максимальным иминимальным. Итак, выходной сигналсравнивается с сигналом на входе1,1, после чего разность меду входным сигналом и выходным становитсяотрицательной, на выходе усилителя5.1 появляется положительный сигнал,который, проходя через резистор 7.и конденсатор 8.1, переключатель 9.1,диод 10,1, останавливает изменениевыходного сигнала, поскольку суммарный ток на входе усилителя 11,включающий положительный ток усилителя 5,1 и отрицательный ток источника21, устанавливается равным виртуальному нулю усилителя 1, обеспечиваяустойчивое состояние следующей системы, Таким образом, на выходе устройства выходной сигнал равен входному сигналу, поданному на вход 1,1, максимальному по величине, с точностью, обусловленной коэффициентом усиления усилителя 5.1, Конденсатор 8,1 в этом контуре обеспечивает ускорение переходного процесса, Одновременно с появлением положительного сигнала на выходе усилителя 5.1 верхнего канала происходит срабатывание компаратора 13.1, положительный сигнал с выхода которого поступает на О-вход триггера 14,1. Этот же сигнал, пройдя через элемент ИЛИ 15 и форми" ерователь 16, поступает на С-вход триггера 14.1, изменяя его состояние. При этом на адресном выходе 3.1 2 О появляется положительный фронт импульса, сигнализирующий о том, что на выходе 2 коммутатора находится входной сигнал именно подключенного к входу .1 канала. После этого пе реключатель 9.1 тока переключает ток усилителя 5,1 с входа усилителя 11 на общую точку и выходной сигнал устройства снова начинает изменяться под действием тока с источника 21 до тех пор, пока не достигнет максимального абсолютного значения из двух оставшихся сигналов, в данном случае сигнала с входа 1,2. Теперь положителлньй сигнал появляется на выходе усилителя 5.2, и выходной35 сигнал коммутатора становится равен входному сигналу канала, подключенного к входу 1.2. Этот сигнал находится на выходе 2 устройства в течение времени, определяемого формиро" вателем 16, после того, как и в предыдущем случае, триггер 14.2 выдает информацию на адресный выход 3,2 об адресе коммутируемого .сигнала и одновременно переключает ток усилителя 5.2 на общую точку, вызывая дальнейшее изменение входного сигнала. Теперь выходной сигнал изменяется до оставшегося значения (мини"мального по абсолютной величине), которое находится на входе 1.3. Сно- . ва на выходе 2 устанавливается сигнал на время, определяемое формирователем 16, положительный фронт сигнала на выходе адреса 3,3 сообщает внеш 55 ним устройствам об адресе выходной информации, и выходной сигнал снова начинает изменяться, причем дальнейшее его изменение в направлении положительных величин может прекратитьсяили изменением состояния генератора22, или введением известных ограничений на амплитуду выходного сигнала. В схеме использовано временноепереключение направления измерениявыходного сигнала. Это означает, чтодлительность положительного сигналагенератора выбирается исходя из общего времени развертки выходного сигнала о.т отрицательных до положительных значений, определяемого скоростьюизменения выходного сигнала и временами отслеживания входных сигналов,задаваемьск формирователем 16 и числом входных каналов. Формула изобретенияКоммутатор аналоговых сигналов содержащий выходной операционный усилитель, блок переключения, генератор, формирователь, элемент ИЛИ и и каналов, каждый из которых содержит триггер и компаратор, причем выход выходного операционного усилителя соединен с выходом коммутатора и с первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого соединена с входом выходного операционного усилителя и выходом блока переключения, первый и второй входы которого через соответственно первый и второй резисторы соединены с первым и вторым ,разнополярными источниками постоянного напряжения, выход каждого триггера соединен с соответствующим адресным выходом коммутатора, В-входы триггеров и управляющий вход блока переключения соединены с выходом генератора, 0-вход каждого триггера соединен с выходом компаратора этого канала, выход элемента ИЛИ соединен с входом формирователя, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый канал коммутатора введены операционный усилитель, первый и второй резисторы, конденсатор, переключатель тока, первый и второй диоды, при этом неинвертирующий вход каждого рперационного усилителя соединен с выходом коммутатора, а инвертирующий вход каждого операционного усилителя через первый резистор соединен с соответствующим входом коммутатора и через первый диод с собственным выходом и первым входом компаратора,139 б 270 Составитель А,Чаховский Техред Л,Сердюкова дактор Е,Конча Поко оррект аказ 2504 5 Тираж 92 Подписно ВНИИПИ Государстве ного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д, 4/5 по делам изобрет13035, Москва, Ж,Производственно-полиграфическое предприятие., г. Ужгород, ул. Проектная,а также через параллельно соединенные второй резистор и конденсатор свходом переключателя тока, выходкоторого через второй диод соединенс входом выходного операционногоусилителя, выход каждого компараторасоединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход формирс вателясоединен с С-входами триггеров, выходы которых соединены с уг:равляющими входами переключателя тока этого канала, вторые входы компаратороввсех каналов соединены с общей шинойкоммутатора.