Время-импульсный квадратор

(11) 608175 Союз Советских Социалистических Республик) М. К 7/20 еиием заявкиприсо осударстаенньа намнтеСовета Мнннетреа СССРае делам нэебретеннйн етнрмтнй(71) Заявительхарьковский ордена ленина политехнический институим. В.И.Ленина ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНЫЙ КВАДРАТОР(54 1Изобретение относится к вре пульсным устройствам, служащим возведения в квадрат сигналов янйого или переменного тока, и быть использовано но множитель ройствах аналоговых вычислител Машин и измерительных преобраз мощности, в различного рода фу нальных преобразователях, в ус вах релейной защиты и других о я-имдляпостоможетых устных а явля нходны ател цио- ойст ластях. р Известны время-и ры с использованием ний специальной фор фильтр, усилитель,пульсны опорных мы, соде граничи квадратоапряжеыми недостатк низкая точнос атичной завис преобразовани й полярности. Оснонннляетсяия квадрожн остьов раЗно ми прототипаь воспроиэнедвмости, невоз.входных сигнао тели 1. 15функция преобразования устройства.отличается от идеальной квадратичной, так как выходной сигнал содержит наряду с квадратичным членом постоянный и 20 линейный член, которые необходимо компенсировать, что усложняет схему и приводит к погрешности квадрирования из-эа неточности компенсации.Известно множительно-делительное 25 устройство, использующее свойстна синусоидальных сигналон, которое может быть использовано как квадратор при подаче на оба его входа одного и того же сигнала 21. 30 Недостатком этого устройств ется невозможность работы при х сигналах постоянного тока.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является время- импульсный кнадратор, содержащий последовательно соединенные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход триггера - с управляющим входом ключа, первый вход блока сравнения является входом квадратора, и два источника напряжения, изменяющегося по экспоненциальному закону, один из которых подключен к ключу, а другой - ко второму входу блока сравнения. К другому входу блока сравнения подключен входной сигнал. Для получения квадратичной зависимости выходного сигнала от нходного постоянная времени нторого источника выбрана вдвое большей, чем постоянная времени первого 31.Неточность прототипа определяетсяналичием в его Функции преобразованиянаряду с квадратичным членом еще ипостоянной составляющей, которая должна быть компенсирована. Неточность иливременная нестабильность схемы компен 5сации обуславливает и погрешность преобразования. Кроме того, точность воспроизведения экспоненциальной зависимости трудно, контролировать и ошибкив воспроизведении экспоненты влияютна точность устройства.Для преобразования сигнала разнойполярности в устройстве-прототипе необходимо или выпрямлять преобразуемыйсигнал, что вызывает дополнительные 15погрешности, обусловленные неточностью схемы выпрямления, или делать отдельный канал, поЛярностью повторяющий первый, для преобразования сигналов другойполярности, что приводит 20к значительному усложнению схемы,. В устройстве-прототипе ограниченаминимальная величина входного сигнала, который может быть преобразован.Это обусловлено тем, что минимальная д 5величина опорного. напряжения, котороеподается на вход схемы сравнения от-лична от нуля и равна Ц 0 щ=Ч г ф)О,где Ф 0 - амплитуда экспоненциального напряжения, 1 - постоянная времени, Тд - частота повторения.Таким образом, эта схема,не можетбыть использована для преобразования"сигналов, меньших чем О 0,Целью изобретенйя является увеличение точность квадрирования и расши,рение диапазона преобразуемого сигнала (обеспечение квадрирования входныхсигналов любой полярности)Это достигается тем", чтб в известную схему время-,импульсного квадрато 40ра, содержащую последбвательно соединенные ключ и фильтр., выход которогоявляется выходом квадратора, .триггер,первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а. выход триггера - с управляющим входом ключа, первый вход блока сравнения являетсявходом квадратора,"введены нуль-орган,источники си.усоидйльного опорногонапряжений, причем первый источник 50синусоидального опорного напряжениясоединен с информационным входом ключа, а второй - со входом нуль-органаи со вторым входом блока сравнения,второй вход триггера соединен с выходом блока сравнения.На Фиг.1 изображена функциональнаясхема время-импульсного квадратора;на Фиг.2 - временные диаграммы работыквадратора при преобразовании сигналов. положиелькой полярности (а), ипри преобразовании сигналов отрицатель;ной полярности (б)Предлагаемый .время-импульсный квадратор состоит из двух источников 1 и2 синусоидального опорного напряженияВ момент сРавнЕаия .синусоидального напряженияисточника 2 на восходящей ветви синусоиды с входным сигналом (потенциал входа 8 блока сравнения 9 становится более положительным, чем потенциал входа 10) срабатывает блок сравнения 9 и положительным перепадом выходного напряжения устанавливает триггер 12 в состояние 0. При этом закрывается ключ 3. Среднее значение напряжения на выходе ключа,3 за период синусоидальногь напряжения частотой сор равногЧ ф - Ч зги 2.иф И(, 1- С 08 2 Оф8 ср 2 а,03,4 Ф(Мф( цз,ЬР где 1- момент закрывания ключа 3, который определяется моментом .сравнения входного сигнала 8(В) с опорным напряжением Ч 0 а и,гмоДля случая преобразования положительного входного сигнала в момент сравнения а Ч 02 ЬС лл 0 г1(2) откуда цффвгс 8(- или шг; я-а сьъ, - .К 11ГогИз этих двух решение восходящейветви синусоиды соответствует первое.Откуда получимУ,твг ( 3)ЪЪг Для отрицательных значений преобразуемого сигнала восходящей ветви сигенерирующих синфазные синусоидальные напряжения 04 Г 0 Ы 2 шфи О.фЧгй,0соот-ветственно.Выход пер"ого источника опорного ,синусоидального напряжения через ключ 3 и Фильтр 4 связан с выходом квадратора 5.Выход второго источника 2 синусоидального опорного напряжения подключен ко входу б нуль-органа 1 и ко вхо ,ду 8 блока сравнения 9, вход 10 ко.торого соединен с источником входного сигнала 11.Выход нуль-органа 7 подключен ко входу установки 1 триггера 12, а выход блока сравнения 9 - ко входу установки 0 триггера. Выход триггера подключен к управляющему входу ключа 3.Квадратор работает следующим образом (см.фиг,2) . В момент пЕрехода через ноль в положительном направлении сииусоидального напряжения источника опорного напряжения 2. срабатывает нуль-орган 7 и положительный перепад выходного напряжения устанавливает триггер 12 в состоянйе 11. При этом замыкается ключ. 3 и пропУскает. на выход напряжение источника 1нусоиды будет соответствовать решение%2%-юсиа.При постановке этого значения в (1 результат также окажется равным (3) .Из диаграммы на:фиг.2 нидно, что при преобразовании сигналов положитель 5 ной полярности на выход схемы прохо дит отрезок синусоиды частоты Ьш длительностью от нуля до Ва при преобразовании отрицательнйх сигналов . проходит полтора полных периода. этой синусоиды (дна положительных полупериода и один отрицательный) и неполный отрицательный полупериод синусоиды без отрезка синусоиды длительностью от нуля до С 1 . это эквивалентно в (5 среднем прохождению одного положительного отрезка синусоиды длительностью от нуля доКак следует иэ (3),площади этих отрезков в точности:пропорциональны 20 квадрату преобразуемого сигнала и, следовательно, функция преобразования схемы соответствует точной квадратич- ной зависимости при преобразовании сигналов любого знака. 25Приведенные диаграммы свидетельствуют об отсуТствии в квадраторе ограничения иа минимальную величину преобразуемого сигнала.Предлагаемый кнадратор.может быть . использован .для построения функциональных преобразователей и множительныхустройств аналоговых вычислительных машин, где источник опорного сииусоидального напряжения и одйн нуль- орган могут быть общими для большого числа одновременно работающих квад 6 аторон и для каждого последующего квадратора требуется устанонка только одного блока сравнения, ключа и фильтра, Перспективна эта схема также для 40 построения трехфазных двух-и трехэлементиых преобразователей мощности. Обеспечиваемая устройством воэмож. ность квадрировання сигналов любой полярности позволяет но многих случаях значительно упростить схемы функ.- циональных,преобразователей.Устройство позноляет также изменять полярность выходного сигнала, т,е. получить функцию преобразования -кюф для чего достаточно поменять местами установочные выходы триггера 12.Формула изобретенияВремя-импульсный квадратор, содержащий последовательно соединенные ключ и фильтр, выход которого является выходом квадратора, триггер, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход триггера - с управляющим нходом ключа, йервый вход блока сравнения янляется нходом квадратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности кнадрирования, расширения диапазона преобразуемого. сигнала, он содержит нуль-орган, источники синусоидального опорного напряжения, причем первый источник синусоидального опорного напряжения соединен с информационным входом ключа, а втоРой - со входом нуль-органа и,со вторым входом блока сравнения, второй нход триггера соединен с выходом блока сравнения.Источйики.информации, принятйе во ннимание при экспертизе:1. Корн Е Кори Т Злектронйые аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, .фМир, 1976, с.356.2. Авторское свидетельство СССР 9 151502, кл, Б 06 Э 7/16, 1956.3. Авторское свидетельство СССР Р 229844, кл, Ь 06 Ь 7/26, 1.968.Тираж 826 . Подписноеного комитета Совета Министров СССам изобретений и открытийва, Ж, Раушская наб., д, 4/5