Квадратор

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ С О%33 ЬСТВУСоюз Советскии Социаектическиз Республик(22) Заявлено 130779 (21 2798804/18-24 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -С 06 С 7/20 Государственный комнтет СССР яо ямам имбретенмй н открмткй(71) Заявитель Пензенский политехнический институт 54) КВАЦРАТОР Изобретение относится к аналого.вой и аналого-цифровой вычислительной технике.Известен квадратор, содержащий . интегратор и генератор линейно изменяющегося напряжения 1.Его недостаток - низкая точность преобразования, так как в функцию преобразования устройства входит постоянная времени генератора линейно изменяющегося напряжения.Наиболее близок к предлагаемому квадратор, содержащий два интегратора, четыре ключа, источник опорного напряжения, два нуль-органа, узел управления, формирователь временного интервала, первый вход первого интегратора соединен с выходом первого ключа, а первый вход второго интегратора соединен с выходом второго ключа, входы первого и второго ключей связаны с входной шиной устройства, вторые входы первого и второгоинтеграторов соединены соответственно 25 с выходом третьего и четвертого ключей, входы которых связаны с выходом источника опорного напряжения, выход первого интегратора подключен к выходу первого нуль-органа, а выход второго интегратора подключен к выходу второго нуль-органа, выходы обоих нуль-органов соединены с соответствующими входами узла управления, выходы узла управления связаны с выходом формирователя временного интервала и управляющими входами ключей, выход формирователя временного интервала соединен с выходной шиной устройства 21.Недостатками такого квадратора являются низкая точность и низкое быстродействие. Низкое быстродействие обусловлено тем, что цикл преобразования состоит из трех тактов. Низкая точность преобразования - тем, что в укаэанном устройстве осуществляется перемножение интегральных значений входного сигнала, взятых в разные моменты времени. В первом такте интегрируется напряжение вторым интегратором в течение времени Т, и только по окончании этого .такта происхо" дит интегрирование входного напряжения первым интегратором в течение интервала времени Т . При преобразовании непостоянных напряжений это обстоятельство приводит к наличию динамической погрешности, так какза время первого такта входное напряжение может измениться.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия квадратора.Поставленная цель достигается темчто квадратор, содержащий интегратор,узел управления, источник опорногонапряжения, нуль-орган, вход которо,го соединен с выходом интегратора, авыход подключен к первому входу узлауправления, формирователь временногоинтервала, вход которого соединен спервым выходом узла управления,а выход является выходом квадратора,до-,полнительно содержит два усилителяпостоянного тока, два элемента с управляемой проводимостью, два переключателя, два масштабных резистора,аналоговое запоминающее устройствои генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом для управления, первый информа Оционный вход первого переключателясоединен со входом аналогового запоминающего устройства и является входом квадратора, второй информационный вход первого переключателя соеди- рнен с выходом источника опорногонапряжения, с первым информационнымвходом второго переключателя и выходом первого элемента с управляемойпроводимостью, второй информационный.вход второго переключателя соединен с выходом аналогового запоминающего устройства, выход первого переключателя через первый масштабныйрезистор, а выход второго переключателя через второй элемент с управля"емой проводимостью соединены с входомпервого усилителя постоянного тока,выход которого соединен с управляющими входами первого и второго элемен.тов с управляемой проводимостью, 4 Овыход первого элемента с управляемойпроводимостью соединен с входом второго усилителя постоянного тока,между входом и выходом которого включен второй масштабный резистор, выход второго усилителя постоянноготока соединен с входом интегратора,управляющие входы переключателей иуправляющий вход аналогового запоминающего устройства подключены ко вто- ррому выходу узла управления. На чертеже приведена блок-схемаквадратора.Квадратор содержит интегратор 1,нульорган 2, узел 3 управления,аналоговое запоминающее устройство 4,первый и второй переключатели 5 и б,первый и второй элементы 7 и 8 управляемой проводимостью, первый и второй масштабные резисторы 9 и 10 первый и второй усилители 11 и 12 постоянного тока, источник 13 второго напряжения,формирователь 14 временногсинтервала, генератор 15 тактовыхимпульсов65 Квадратор работает следующим образом.В первом такте по команде с узла 3 управления переключатели 5 и б устанавливаются в верхнее положение.Длительность первого такта Т задается узлом 3 управления.В течение первого такта интегратор 1 заряжается выходным напряжением Уусилителя 12, которое пропорционально входному напряжению Ух(1). Для первого усилителя, охваченного отрицательной обратной связью через элемент 8, можно записать уравнениеоткудагде 0 - значение проводимости элемента 8)В - значение сопротивления резистораЧ - напряжение источника опороного напряжения 13.Выходное напряжение усилителя 12 определяют из уравненияц+ Ц )ч(Р,+ =о,откудагде В - значение сопротивления ре 2зистора 10;6 - значение проводимости второ 2го элемента 7.В общем случае неидентичность характеристик элементов 7 и 8 с управляемой проводимостью приводит к тому,что проводимости С и С не равнымежду собой, т.е,где а - коэффициент, учитывающийнеидентичность характеристикэлементов 7 и 8.С учетом 1) и (3) уравнение (2)можно записать.в виде1)хЮ) я О 1 И 1= -- о ц За время первого такта Т интегратор1 заряжается до напряженияОгдето - постоянная времени интегратора 1.Одновременно в первом такте происходит (по команде с узла 3 управления) запоминание инвертированного мгновенного значения входного напряжения квадратора в аналоговом запоминающем устройстве 4. Во втором 5 такте по команде с узла 3 управления переключатели 5 и 6 переводятся в нижнее положение, при этом на выход второго переключателя б подключается выходное напряжение аналогового запоминающего устройства 4.В течение второго такта интегратор 1 разряжается до нуля выходным напряжением усилителя 12, которое обратно пропорционально мгновенному значению входного напряжения, запомненного в аналоговом запоминающем устройстве 4 в первом такте.Момент равенства нулю выходного напряжения интегратора 1 фиксируется нуль-органом 2, который выдает 26 )сигнал на узел 3 управления. На выходе формирователя 14 временного интервала с помощью узла 3 управления формируется выходной интервал времени, длительность которого равна дли- Я 5 тельности второго такта работы квад- ратора о,Чдч=о где Чд" выходное напряжение анало- ргового запоминающего устройства 4.С учетом того, что Ч =-Ч по- лучают т 2 нх иОИ Ыцаходят выражение для выходного напряжения усилителя 12 П(Т), которым разряжается интегратор 1 во втором такте. Пренебрегая входным током усилителя 11, можно записать уравнение для входной цепи усилителя12 имеет вид О (1.)О 2+2откуда с учетом (3) и (б) получают Во время второго такта напряженияна выходе интегратора 1 изменяетсяв соответствии с выражением 45 50 55 еО 65 Приравнивая Ч ц 2 нулю и подставляя значения Чииз (5) и 32(Т) иэ (7), получаютЧ а Ч 2 р,откудагде К = - постоянный коэффициент.ЧоКак видно из выражения (8), не- идентичность характеристик элементов 7 и 8 с управляемой проводимостью не приводит к дополнительным погрешностям, так как результат преобразования не зависит от коэффициента а, характеризующего их соотношения. Кроме того, как видно нз (8), значение выходной величины квадратора не зависит от отношения резисторов 9 и 10 и элементов 7 и 8.Предлагаемый квадратор имеет более высокое быстродействие, чем известный 2, поскольку цикл преобразования состоит всего из двух тактов работы интегратора, в то время как цикл работы известного состоит из трех аналогичных тактов. Кроме того, предлагаемый квадратор обладает более высокой точностью.,Последнее объясняется тем, что в нем осуществляется перемножение значений входного напряжения (7 Х(1) (квадратнрование), взятых в течение одного и того же интервала времени - первого такта преобразования, следовательно, отсутствует, динамическая погрешность, свойственная известному квадратору.Формула изобретенияКвадратор,содержащий интегратор, узел управления, источник опорного напряжения, нуль-орган, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход подключен к первому входу узла управления, формирователь времен ного интервала, вход которого соединен с первым выходом узла управления, а выход является выходом квадратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он содержит два усилителя постоянного тока, два элементас управляемой проводимостью, два переключателя, два масштабных резисто. ра, аналоговое запоминающее устройство и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом узла управления, первый информационный вход первого переключателя соединен со входом аналогового запоминающего устройства и является входом квадратора, второй информационный вход первого переключате8 ЬОО 88 СоставитеТехред Т. едактор Н. Бушае ономаренко аказ 7550/3 Тираж 74 ВНИИПИ Государст по делам иэобр 3035, Москва, Ж-ЗПодпинного комитета СССений и открытийРаушская наб., д. о Пате филиал Ужгор ул, Проектная, 4 ля соединен с выходом источника опорного напряжения, с первым информационным входом второго переключателяи входом первого элемента с управляемой проводимостью, второй информационный вход второго переключателя соединен с выходом аналоговогозапоминающего устройства, выход первого переключателя через первыймасштабный резистор, а выход второгопереключателя через второй элементс управляемой проводимостью соединены с входом первого усилителя постоянного тока, выход которого соединен с управляющими входами первогои второго элементов с управляемойпроводимостью, выход первого элемента с управляемой проводимостью соединен с входом второго усилителя постоянного тока, между входом и выходомкоторого включен второй масштабныйрезистор, выход второго усилителяпостоянного тока соединен с входоминтегратора, управляющие входы переключателей и управляющий вход аналогового запоминающего устройтсва подключены ко второму выходу узла управления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Абдулаев И.М., Ахмедов Р.М.функциональный аналого-цифровой преобразователь на интегральных микросхемах. - Приборы и техника эксперимента, 1976, М 2, с. 87-88.2. Селибер А,Б. и др. Универсальный аналого-цифровой преобразователь."фПриборы и системы управления,1977, 9 6, с. 38-39 (прототип). И. Шелиповаточка Корректо