Аналоговое множительно-делительноеустройство

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИ 3 О Б Р ЕЕ Н И Я (11 805343К АВТОУСХОМУ СВИ ОВЛЬСТВУ(22 Заявлено 06.03.79 (2.1) 2733743/18-24с присоединением заявки йо23) ПриоритетОпубликовано 150231.Бюллетень ЙЯ бДата опубликования описания 150281(51)м, т,з 6 06 С 7/161 Государственный комитет СССР но ведам изобретений и открытий(72) Автор И. В. Герасимов тения 1" ордена Ленина электротехнический инститится к аналог ехнике.алоговое множиустройство поз импульсный сигн ння ение от ительно аемое а ительно атыватьповторе Иэобреой вычис о л тельно-де ляет выра с частото ьсм этого устройства яв-,жность получения реительно-делительной опеотно-импульсными сигна" Недостатколяется невозмозультата множрации над шир где , р 1,- относительные дли 1 фтельности входных широтно-импульсныхсигналов;- коэффициент пропорциональности.Подобные устройства находят применение в информационно-вычислитель ных и управляющих системах, обрабатывающих последовательности импул ных сигналов.Известны аналоговые устройства, реализующие операции умножения и де ления для импульсных сигналов Ю ,Е 21 и Е 31 .Известно множительно-делительиое устройство, в состав которого входи уравновешенный мост, четыре плеча которого представляют собой иьаульс но-управляемые резисторы (ИУР), состоящие из последовательно соединен ных ключа и резистора; общий вывод первого и второго ИУР подключен через источник опорного напряжения кшине нулевого потенциала, а общийвывод третьего и четвертого плечмоста подключены непосредственно кэтой шине. Общие выводы первого ичетвертого , второго и третьего ИУРподключены соответственно к первомуи второму входам дифференциальногооперационного усилителя и через усредняющие конденсаторы к шине нулевого потенциала, выход усилителячерез широтно-импульсный модуляторподключен к выходной клемме устройства и к управляющему входу клоча ИУРчетвертого плеча моста. Работа устройства основана на автоматическомсведении баланса мостовой схемы спомощью цепи подбора интервала, со О стоящей из дифференциального операционного усилителя н широтно-импульс"ного модулятора. В установившемсярежиме воспроизводится множительноделнтельная операция для широтно-импульсных сигналов Е 1).лами в виде частотно-импульсногосигнала.Известны также устройства, осуществляющие выработку частотно-импульсного сигнала как результатамножительно-делительной операциинад частотно-импульсньвв сигналами.Оно содержит соединенный с тремяисточниками сигналов множительноделительный блок, реверсивный счетчик, управляемый"генератор частотныхсигналов, преобразователь "код-напряжение", ключевую схему, интегросуммирующйй усилитель, амплитудновременной и временной стандартизаторы импульсов (2,Однако это устройство не позво-ляет обрабатывать широтно-импульсныесигналы. Кроме того, оно отличаетсясложностью и громоздкостью.Известно устройство для перемножения время-импульсных и частотноимпульсных сигналов. Это устройствосодержит интегратор с цепью разряда,накопительный конденсатор, преобразователь "частота-напряжение", формирователь импульсов, блокинг-генератори мультивибратор 3(,Однако зто устройство не позволяет реализовать операцию деления,Кроме того, оно является сложным,отличается невысокой точностью работы из-за наличия температурно-неста- Зфбильных конденсаторов, изменения емкостей которых влияют на постояннуювремени интегратора и коэффициентпреобразования накопительного конденсатора.33Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для умножения и деления сумм частотно-модулированных сигналов, функциональная характеристика которого не зависит ни от напряжения опорного сигнала источника, ни от емкости усредняющих конденсаторов, входящих в состав его решающих узлов, что исключает необходимость их ста билизации. Кроме того, это устройство позволяет выполнить операции умножения и деления для широтно-импульсных сигналов с выдачей результата в виде частотно-импульсного сигнала. у 3 Эт устоойство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсно- управляемые резисторы, управляющие входы первого, второго и третьего импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, усредняющие конденсаторы и управляемый генератор импульсов переменной частоты, первые выводы первого и второго импульсно управляемых резисторов подключены к выходу источника опорного напряжения, вторые выводы первого и второго импульсно-управляемых резисторов подключены к соответствующим входам диф ференциального усилителя, к первым выводам третьего н четвертого импульсно-управляемых резисторов и к первьак обкладкам усредняющнх конденсаторов, вторые обкладки которых подключены к шине первого потенциала, выход дифференциального усилителя подключен ко входу управляемого генератора импульсов переменной частоты, первый выход которого явля. ется выходом устройства, второй вывод третьего импульсно-управляемого резистора подключен к шине нулевого потенциала 4.Недостатком этого устройства является сложность и ограниченный динамический диапазон обрабатываемых частотно-модулированных сигналов.Цель изобретения - упрощение. Устройства и расширение динамического диапазона выходного сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены дополнительный ключ и дополнительный конденсатор, при этом второй вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, третий вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный ключ подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход четвертого импульсного управляемого резистора подключен к пер вому выходу управляемого генератора импульсов переменной частоты, второй выход которого подключен к управляемому входу дополнительного ключа.На чертеже показана функциональная схема предложенного устройства.Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый импульсно- управляемые резисторы (ИУР - 1 - 4), дополнительный конденсатор 5, дополнительный ключ 6, источник 7 опорного напряжения, дифференциальный усилитель 8, усредняющие конденсаторы 9 и 10, управляемый генератор 11 импульсов переменной частоты, шину 12 нулевого потенциала.Устройство работает следующимобразом.Импульсно-управляемые резисторы 1-4 образуют автобалансный мост, ус. ловие равновесия которого запишется следующим образомОа = ОЕ (2) где О и О - постоянные составляю 6щие (средние значения) напряжений в точках а и б (см. чертеж).При изменении входных широтно-модулированных сигналов 9, 9, 9 обеспечивается за счет изменения среднего значения проводимости четвертого плеча. Способ усредненияимпульсных последовательностей предполагает выбор таких значений емкостей усредняющих конденсаторов 9 и 10, уотОрыЕ обеспечивают достаточно большие в сравнении с периодом широтно-,модулированных сигналов постоянныевремени импульсно-управляемых делителей напряжения. Вследствие этого пульсациями напряжений на выходах этихимпульсно-управляемых делителей напряжения (точки а и б) при рассмотре"нии установившегося режима работыустройства можно пренебречь и считатьэти напряжения постоянными. Уровниэтих напряжений определяются напря- ожением источника 7 и средними значениями проводимостей плеч моста. Принимая во внимание пропорциональностьсреднего значения проводимости ИУРотносительной длительности управляющего ШИМ-сигнала и идеальность дифференциального операционного усилителя 8 постоянного тока, можно определить Устройство работает следукщим образом.На управляющие входы импульсно- управляемых резисторов 1-3 поступают входные широтно-модулированные сигналы с относительными длительностями 6, О, 6 Ъ, Выходной частотно- модулированный сигнал с частотой повторения импульсов Г управляет средним значением проводимости четвертого плеча моста. При вьатолнении условий(4-:5)ьс и (Т-сл)3(4-5)"с Сс= сй где с - длительность импульсов вовыходной чаСтотно-модулированной последовательности, имеющей повторе- з ния Т1/Г, сопротивление резистора ИУР 4 обеспечивается полный переэаряд конденсатора 5.При достаточно большой емкости усредняющих конденсаторов 9 и 10 обеспечивается фильтрация периодических напряжений, появляющихся при работе импульсно-управляемых резисторов, с выделением на них средних значений напряжений в вершина. а и б. Изменение длительности входных широтно-модулированных сигналов приводит к пропорциональному изменению средних значений проводимостей импульсно- управляемых проводимостей первого, второго и третьего плеч моста, что вызывает изменение постоянных составляющих напряжений в вершинах а и Ь. Дифференциальный операционный усилитель 8 постоянного тока, включенный в измерительную диагональ моста, выделяет и усиливает разность потев" циалов в этих вершинах. Выходное напряжение с усилителя с помощью управляемого генератора 11 импульсов переменной частоты преобразуется в частотно-модулированный сигнал, который управляет средним значением проводимости четвертого плеча моста, обеспечивая отрицательную обратную связь. Тем самьм автоматически балансируется мостовая схема, т.е. выравниваются постоянные составляющие потенциалов вершин а и б.Таким образом, в установившемся состоянии схемы выполняется условие (2, и значение выходной величины устройства определяется выражением (1).Применение предлагаемого импульсно-аналогового множительно-делительгде где 1ч 30 ОС 1 равно 0-Еае 1+ бЬЬ 20Е - напряжение опорного источника 7;0 и 6- проводимости резисторов,входящих в состав ИУР 2и 3 соответственно,Среднее значение проводимостичетвертого плеча моста, определяемогокак а - Осреднее значение тока, вытекающего из вершины а (фиг. 2) в общую точку схемы;среднее значение напряжения на конденсаторе 9,бц сГ,где с - емкость конденсатора 5;Г - частота следования импульсной последовательности, поступающей на управлениеключами четвертого плечамоста,Если предположить, что конденсатор 5 полностью заряжается в течениевремени замкнутого состояния ключа 4 4и разомкнутого состояния ключа б иполностью разряжается при противоположных состояниях этих ключей, тосреднее значение тока, вытекающегоиз вершины а (фиг. 2) равно 01 --д - О сГЯс Олсф Т Тгде Цс - заряд, получаемый конденсатором 5 при замкнутом ключе ИУР 4 и разом- укнутом состоянии ключа 6,а также теряемый им припротивоположных состояниях этих ключей;Т=1/Г - период следования импульслой последовательности,поступающей на управление ключами четвертогоплеча моста.Учитывая определения среднегозначения проводимости четвертого пле ча моста, отсюда непосредственнополучают выражение:При равновесии моста согласно (2)имеют6 в, а йаб+ Г 66 + 693Отсюда следует, что1 Д ДЯ 8 дсд Вфи соответствует выражению (1).,ул.Проектная,4 Филиалг.ужгор ного устройства, обеспечивающего выполнение наряду с множительно-дели- тельной операцией для широтно-модулированных сигналов операции преобразования результата в частотно-модули" рованный сигнал за счет структурной характеристики устройства, позволяет получить экономический эффект как за счет уменьшения числа используе" мых в устройстве комплектующих изделий, так и за счет расширения динамического диапазона его выходной вели чины.достоинствами устройства являются, также высокая надежность, обус. ловленная простотой схемы, помехоус" тойчивость, вытекающая из принципа усреднения широтно- и частотно-модулированных импульсных сигналов, высо кая технологичность, следующая иэ возможности использования типовых интегральных микросхем, и по этой же причине хорошие веса-габаритные и экономические показатели. Аналоговое множительно-делительное устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый импульсно управляемые резисторы, управляющие входы первого, второго и третьего 36 импульсно-управляемых резисторов являются входами устройства, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, усредняющие конденсаторы и управляемый генератор им- я пульсов переменной частоты, первые выводы первого и второго импульсно-управляемых резисторов подключены к выходу источника опорного напряжения, вторые выводы первого и второго импульсно-управляемых резисторов подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя, к первым выводам третьего и четвертого импульсно-управляемых резисторов и к первым обкладкам усредняющих конденсаторов, вторые обкладки которых подключены к шине первого потенциала, выход дифференциального усилителя подключен ко входу управляемого генератора импульсов переменной частоты, первый выход которого является выходом устройства, второй вывод третьего импульсно-управляемого резистора подключен к,шине нулевого потенциала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и расширения динамического диапазона выходного сигнала, в устройство введены дополнительный ключ и дополнительный конденсатор, при этом второй вывод четвертого импульсно- управляемого резистора через дополнительный конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, третий вывод четвертого импульсно-управляемого резистора через дополнительный ключ подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход четвертого импульсно-управляемого резистора подключен к первому выходу управляемого генератора, импульсов переменной частоты, второй выход которого подключен к управляемому входу дополнительного ключа.Источники информации принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР В 260290, кл. С 06 С 7/16, 1960.2, Авторское свидетельство СССР В 398960, кл. С 06 С 7/16, 1971.3. Авторское свидетельство СССР Р 416702, кл. С 06 С 7/161, 1971.4. Авторское свидетельство СССР 9 387379, кл. С 06 С 7/163, 1971. НИИПИ Заказ 10905/7ираж 756 Подписное