Устройство для нелинейного преобразования широтно модулированных сигналов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДГТГЛЬСТВУ щб 36627(45) Дата опубликования описания 061278(Я) М. Кл.6 Об Ст 7/12 Государственный комитетСовета Министров СССРпо ледам изобретенийн открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВПредлагаемое устройство относится к области аналоговой вычислительной техники, позволяет вырабатывать широтно-модулированный сигнал (11 ММ-сигнал) с относительной длительностью 6 век равной где 61, Ое - относительные длитель-ности 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 для обработкиширотно-модулированных сигналов. Одно иэ таких устройств 111 содержит пос- Зтледовательно соединенные через аналоговый инвертор первый и второй импульсные делители напряжения и преобразователь напряжение постоянноготока - ШИМ-сигнал, входкоторогосоединен с выходом второго импульсного делителя напряжения, а выходявляется выходом устройства в целом.В состав упомянутого преобразователявходят схема сравнения напряжений постоянного тока, третий импульсный делитель напряжения и цепь подбора интервала. Первый вход схемы сравнения напряжений постоянного тока соединен с выходом второго импульсного делителя напряжения, а второй - с выходом третьего импульсного делителя напряжения, потенциальный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения постоянного тока. Выход схемы сравнения напряжений постоянного тока соединен через цепь подбора интервала с импульсным входом третьего импульсного делителя напряжения. Потенциальный вход первого импульсного делителя напряжения подключен к выходу источника опорного напряжения постоянного тока, импульсные входы первого и второго импульсных делителей напряжения являются входами устройства в целом.Второе устройство 12 содержит аналоговый ннвертор, операционный усилитель постоянного тока с усредняющей )(С -цепью в обратной связи, входная цепь которого состоит иэ двух идентичных трехполюсников с объединенными и подключенными к шине нулевого потенциала третьими полюсами. Как первый, так и второй трехполюсник содержатпо три масштабных резистора, по одному двухпоэиционному переключателю и по одной усредняющей емкости, Вторые полюсы этих трехполюсников также объединены и подключены к входу операционного усилителя постоянного тока. Первый полюс первого трехполюсника 5 соединен с выходом опорного напряжения постоянного тока, а первый выход второго трехполюсника - через аналоговый инвертор с выходом операционного усилителя постоянного тока, яв ляющегося выходом устройства в целом. Управляющие входы двухпоэиционных переключателей объединены и являются импульсным входом устройства в целом. Первый масштабный резистор трехпо л.осника включен между его первым полюсом и первой клеммой двухпозиционного переключателя, второй масштабный резистор - между первым полюсом и второй клеммой двухпозиционного пере О ключателя, соединенной через усредняющую емкость с шиной нулевого потенциала, а третий масштабный резистор включен между третьей клеммой двухпоэиционного переключателя и входом операционного усилителя пос-, тоянного тока.Как первое, так и второе описанные выше устройства для точного выполнения математической операции над широтно-модулированными величинами тре- ф буют стабилизированного опорного напряжения. Кроме того, первое устройство воспроизводит множительную зависимость над МИИ-сигналами и не поз,воляет реализовать операцию (1). 35Второе устройство осуществляя синусное преобразование входной широтно"модулированной величины, не поэволяет, во-первых, обрабатывать отношение широтно-модулированных велиО чин, а во-вторых, имеет выходную ве- . личину не в виде ЮИИ-сигнала, а в виде напряжения постоянного тока,Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для нелинейного преобразованин широтно-модулированных сигналов, содержащее уравновешенный мост, в каждое плечо которого включены соответственно последовательно, соединен 50 ные резистор и ключ, управляющие входы ключей второго и третьего плеч уравновешенного моста являются входами устройства первая вершина уравновешенного моста подключена к источнику опорного напряжения, его вторая и четвертая вершины через сглаживающие конденсаторы, а третья вершина непосредственно подключена к шине нулевого потенциала, вторая и четвертая вершины подключены ко входам дифференци ального усилителя, выход которого через широтно-импульсный модулятор соединен с выходом устройства и с управляющим входом ключа четвертого плеча ,уравновешенного моста 3). . 65(Э) можно представить в виде, удобномдля ее реализации с помощью мостовойсхемы ОХНедостатком этого устройства является невозможность получения синусаотношения ШИМ-сигналов и невысокаяточность,Целью предполагаемого изобретенияявляется расширение класса решаемыхзадач и повышение точности работы устройства,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство содержит дополнительный сглаживающий конденсатор,два масштабных резистора и инвертор,вход которого соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход подключен к управляющему входуключа первогоплеча уравновешенногомоста, первый масштабный резисторвключен между первой и четвертой вершинами уравновешенного моста, а второй масштабный резистор, включен вчетвертое плечо уравновешенного моста между его четвертой вершиной исвобоным выводом резистора этого плеча, соединенным через дополнительный сглаживающий конденсатор с шинойнулевого потенциалаСущиость предлагаемого изобретения поясняется чертежом.Устройство состоит из уравновешенного моста, в каждое плечо которого включены соответственно соединенные последовательно резисторы1 - 14 и ключи 2- 24,источника 3опорного напряжения, дифференциальногоусилителя 4, широтно-импульсного модулятора 5, сглаживающих конденсаторов 6, 7, 8, масштабных резисторов9, 10 и инвертора 11, Сочетание последовательно соединенных ключа и резис-тора в плечах моста образует импульсно-управляемые резисторы.Принцип расширения класса решаемыхзадач и повышения точности выполненияим операции деления состоит в следующем.Можно показать, что для функцииШИМ-сигнала), то с учетом линейной зависимости средних значений проводимостей импульсно-управляемых резисторов второго и третьего плеч моста нетрудно записать статическую функциональную характеристику уравновеиденного моста в вице5(6)Здесь 9, и 9 - относительные длительности входных ШИМ-сигналов, поступающих на управляющие входы 10 импульсно-управляемых резисторов второго и третьего плеч моста. При этом предполагается, что проводимости этих импульсно-управляемых резисторов равны между собой. Выражение в скоб ках соотношения (5) реализуется с помощью импульсно-управляемого резистора, проводимость резистора которого пропорциональна 1/2и на управляющий вход которого поступает фаэоин-,щ версная выходной широтно-импульсная величина дв,х =1- Ввь пРичем этот импульсно-управляемый резистор эашунтирован масштабным резистором с проводимостью, пропорциональнойв . Сомножитель для 92 в правой части выражения (5) реализуется с помощью последовательного соединения импульсно-управляемого выходной ШИМ-величиной 9 вь,резистора и масштабного резистора, проводимость которого пропорциональна а.устройство работает следующим образом.На управляющие входы ключей 22 и.2 З поступают входные ШИМ-величины с относительными длительностями 92 и 9 соответственно, Выходной ШИМ-сигнал управляет ключом 24 непосредственно относительной длительностью 9 в,х,а ключом 24 инвертор 13, т.е. относи тельной длительностью 1 - 9 вых При достаточно большой емкости сглаживающих конденсаторов 6, 7, 8 обеспечивается фраэвязкаф постоянных и импульсно-управляемых резисторов (образованных сочетанием резисторов 1 - 1 и ключЕй 2 - 24) между собой по 454 4переменному току; что и позволяет считать среднее значение проводимости двухполюсника фключ-резисторффпропорциональным относительной длительности управляющего ШИМ-сигнала. Тогда 50 изменение длительностей управляющих ШИМ-сигналов приводит к пропорциональному изменению проводимостей первого, второго и третьего плеч моста и к дробно-рациональному по 9 вых изменению проводимости и четвертого плеча моста, Это вызывает изменение потенциалов в точках подключения сглаживающих конденсаторов, в частности конденсаторов 6 и 7. Дифференциальный усилитель 4 постоянного тока выцеляет и усиливает разность потенциалов иа этих конденсаторах; в другую диагональ моста включен источник 3 опорного напряжения. Выходное напряжение усилителя с помощью широтно-импульсного модулятора 5 преобразуется в ШИМ-сигнал с относительной длительностью 9 в,х, который поступает непосредственно на управляющий вход ключа 24 и через инвертор 11 на управляющий вход ключа 24, обеспечивая автоматическое сведение баланса моста, т.е. выравнивание постоянных составляющих потенциалов на входах усилителя 4. Таким образом, в установившемся состоянии схемы име" ет место уравнение баланса моста.1 Са- (6)где 61=6 11-9 в,1+6 среднее значение проводимости первого плеча моста; б-= 62 92 - среднее значение проводимости второго плеча мостаг 6=6 9 - среднее значение проводиэмости третьего плеча мостагЮ ВЫХ6 е 6 о 1вых- среднее эна(чение проводимости четвертого плеча моста. Здесь 61,йг,й, 64 - проводимОсти реэистОрОв 14 - 1 9,чф проводимости масштабных резисторов 9 и 10. Сравнивая между собой уравнения (5) и (6), уставнавливаем соотношения между проводимостями резисторов моста69 Ь-, ю Вю102 зб гэ б гЬ 6 Й 4Эти соотношения обеспечивают реализацию уравнения (5), или равносильного ем уравнения (4) при условииу: вС учетом (3) и (2) получаемее 1 . Гг-- СИС 54 Н 2 ЕВИХегчто, очевидно, эквивалентно зависимости (1).Воэможность синусного преобразования результата операции деления ШИМ- величин, 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 при умеренных требованиях к быстродействию.формула изобретенияУстройствб для нелинейного преоб" разования широтно-модулированных сигналов, содержащее уравновешенный мост, в каждое плечо которого включены соответственно последовательно соединенные636627 Составитель И, Ше Техред Л,Алферова иповаКорректорПодписноевета Иинисоткрытийб., д. 45 Г иценкое в ащтьюееиС Редактор Б. ГерценЗаказ 6942/39ЦНИИПИ Госуд Тираж 784твенного комитета С делам изобретений и а, ЖРаушская н ров ССС 113035 Москв Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная, 4 резистор и ключ, управляющие входы ключей второго и третьего плеч уравновешенного моста являются входами устройства, первая веригина уравновешенно го моста подключена к источнику опорного напряжения, его вторая и четвертая вершины через сглаживающие конденсаторы, а третья вершина непосредственно подключены к шине нулевого потенциала, вторая и четвертая вершины подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого через широтно-импульсный модулятор соединен с выходом устройства и с управляющим входом ключа четвертого плеча уравновешенного моста, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач и повышения 15 точности работы устройства, оно содержит дополнительный сглаживающий конденсатор, два масштабных резистора и инвертор, вход которого соедирен с выходом широтно-импульсного модуля 20 тора, а выход подключен к управляющему входу ключа первого плеча уравновешенного моста, первый масштабный резистор включен между первой и четвертой вершинами уравновешенного моста, а второй масштабный резистор включен в четвертое плечо уравновешенного моста между его четвертой вершиной и свободным выводом резистора этого плеча, соединенным через дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала,Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Смолов В.Б., Угрюмов В,П. Время- импульсные вычислительные устройства, Л Энергия, 1968. 2. Никитенко С.Г. и др. Время-импульсные Функциональные преобразователи с аппроксимацией воспроизводимых зависимостей рациональными дробямИ, И., А и Т., 1973, Р 2. 3. Авторское свидетельство СССРФ. 260290, кл. 606 й 7/16, 1968.