Многоканальный коммутатор непрерывных сигналов

(19) (11) 3(51) Н 03 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬС А; (21) (22) ( 46) (72) (53) (56) 9 1962.А 9 263 ото ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 5 349 86/18-246.01.830.09,84, Бюл. 9 36(54) (57) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОРНЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ, содержащийкоммутирующие диоды, однотактныйкольцевой феррит-диодный регистрсдвига, каждый сердечник которогосодержит первую пару выходных об- .моток, а каждый четный сердечник -вторую пару выходных обмоток, причем начала и концы всех выходныхобмоток четных и нечетных сердечников обьединены и являются входом соответствующего канала коммутатора, два источника постоянногонапряжения, одни разноименныеполюса которых через первую и1 вторую группы коммутирующихдиодов подсоединены соответственно к свободным выводам вторых парвыходных обмоток четных сердечников, а другие разноименные полюсачерез первичную обмотку выходноготрансформатора - к шине нулевогопотенциала, два дополнительныхисточника постоянного напряжения,одни разноименные полюса которыхчерез третью и четвертую группыкоммутирующих диодов подсоединенысоответственно к свободным выводам всех пар выходных обмоток всехсердечников, а другие разноименныеполюса - к первой обкладке запоминающего конденсатора, и дифференцирующий трансформатор, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью по,вышения помехозащищенности, он содержит токоограничивающий резистори два оптоэлектронных переключателя,фотодиоды которых соединены встречно и подключены параллельно первичной обмотке дифференцирующеготрансформатора, а включенные согласно светодиоды через токоограничивающий резистор и соответствующиекоммутирующие диоды подключены квыводам обмоток управления соответствующих нечетных сердечников одьотактного кольцевого Феррит-диодногорегистра сдвига, первичная обмотка дифференцирующего трансформатора включена между второй обкладкой запоминающего конденсатораи шиной нулевого потенциала, а еговторичная обмотка соединена последовательно и согласно с вторичнойобмоткой выходного трансформатора,свободные выводы вторичных обмотокдифференцирующего и выходного трансформаторов являются выходом коммутатора, 1116539Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования большого числа непрерывных сигналов в импульсные, определения производ-, ных от каждого в отдельности входного сигнала и суммирования производных с основными сигналами, а также коммутации на один выход.Известен многоканальный коммута тор непрерывных сигналов, содержащий коммутирующие диоды, однотактный кольцевой феррит-диодный регистр сдвига, каждый сердечник которого содержит две выходные обмотки, начала 15 иконцы которых объединены,. два источника постоянного напряжения, подключенные через коммутирующие диоды к выходным обмоткам всех сердечников регистра П 20Недостатком такого коммутатора является искажение коммутируемых сигна-. лон. Наиболее близким к предлагаемому является многоканальный коммутатор, который содержит дифференцирующие трансформаторы во входдных цепях соответствующих ячеек, запоминающий конденсатор, одна обкладка которого через первичную обмотку дифференцирующего трансформатора заземлена, а другая соединена с зажимами положительных и отрицательных полюсов двух дополнительных источников напряжения. Зажим 35 отрицательного полюса первого источника через коммутирующие диоды однЬй группы подключен к концам первых пар выходных обмоток всех ячеек, а зажим положительного полюса другого 40 источника через коммутирующие диоды другой группы подключен к началам других обмоток этих пар, Общая точка обмоток каждей четной ячейки соединена с потенциональным зажимом своего 45 канального входа, к каждой из которых присоединены общие точки двух других пар выходных обмоток четной и нечетной ячеек соответствующего канала. Начала обмоток другой пары четных ячеек через коммутирующие диоды одной группы соединены с зажимом положительного полюса источника постоянного напряжения, а концы других обмо- ток этих пар через коммутирующие диоды другой группы соединены с зажимом 55 отрицательного полюса другого источника. При этом зажимы отрицательного и положительного полюсов этих источнйков соединены через первичную об.мотку выходного трансформатора с 60 заземленной шиной, вторичные обмотки дифференцирующего трансформатора и выходного трансформатора, соединенные последовательно и согласно, подключены к выходу коммутатора 2. 65 Недостатком прототипа является низкая помехозащищенность.Цель изобретения - повышение помехозащищенности коммутатора.Поставленная цель достигается тем,что многоканальный коммутатор непрерывных сигналов, содержащий коммутирующие диоды,однотактный кольцевойферритдиодный регистр сдвига, каждыйсердечник которого содержит первую пару выходных обмоток, а каждый четный сердЕчник - вторую пару выходныхобмоток, причем начала и концы выходных обмоток четных и нечетных сердечников. обьединены и являются входомсоответствующего канала коммутатора,два источника постоянного напряжения,одни разноименные полюса которых черезпервую и вторую группы коммутирующихдиодов подсоединены сотнетственно ксвободным выводам вторых пар выходныхобмоток четных сердечников, а другиеразноименные полюса через первичнуюобмотку выходного трансформатора -к шине нулевого потенциала, два дополнительных источника постоянного напряжения, одни разноименные полюса которых через третью .и четвертую группыкоммутирующих диодов подсоединены соответственно к свободным ныводам всехпар выходных обмоток всех сердечников, а другие разноименные полюса -к первой обкладке запоминающего конденсатора,и дифференцирующий транс-Форматор,содержит токоограничивающийрезистор и два оптоэлектронных переключателя, фотодиоды которых соединенвстречно и подключены параллельно обмотке дифференцирующего трансФорматора, а включенные согласно светодиоды через токоограничиваюЫий резистор и соответствующие коммутирующиедиоды подключены к выводам обмотокуправлЕния соответствующих нечетныхсердечников олнотактного кольцевогоферрит-диодного регистра сднига,пер-,вйчиая обмотка дифференцирующеготрансформатора включена между второйобкладкой запоминающего конденсатораи шиной нулевого потенциала, а еговторичная обмотка соединена последовательно и согласно с вторичной об-.моткой выходного трансформатора,свободные выводы вторичных обмотокдифференцирующего и выходного трансФорматорон являются выходом коммутатора,На фиг 1 представлена принципиальная схема коммутаторами на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы коммутатора.Коммутатор.содержит нечетные 1 -1 и четные 1,ф -1 сердечники кольцевого Феррит-диодного регистра сдвига (кольцевого распределителя), запоминающий конденсатор 2, дифференцирующий трансформатор 3 с первичной 3, и вто"ричной 3, обмотками, выходной трансформатор 4 с первичной 4 и вторичной 4 обмотками группы коммутирую щих диодов 5 - 5" цепи формированияОснОВных сиГналОВ Группы кОммуатирующих диодов 5 - 5 с цепи формирования разностей первого порядка,коммутирующие диоды 51 5", цепи управления,источники 6-9 постоянногонапряжения, выходные обмотки 10., - 10 П.10 - 10 выходных обмоток четныхсердечников, вторые пары 10 л - 10,выходных обмоток четных сердечников,оптоэлектронные переключатели 11 и11 , обмотки управления 12 - 1215нечетных сердечников, диоды 13 иконденсаторы 14 ячеек кольцевогораспределителя, входные клеммы 15,15 и токоограничивающий резистор 16;На фиг.1 Ол-оь - входные 20непрерывные сигналыу Оолл- выходнойсигнал,На фиг.2, поясняющей принцип работы коммутатора, приняты следующие обозначения: Ол - выходной непрерывный сигнал; О, - последовательность импульсов генератора тактовыхимпульсовд О 1 о д 10- . приращения импульсных напряжений, прикладываемых к запоминающему конденсатору2 при срабатывании нечетной ячейкипервого канала 1 д О, ь,д 04 - приращения импульсных найряжейий, прикладываемых к первичной обмотке выходного трансформатора 4, при срабатывании четной ячейки первого канала;Ью д( ос - приращения импульсныхф " лнапряжений, прикладываемых к запоминающему конденсатору 2 при срабатывании четной ячейки первого канала;напряжение на запоминающем конденсаторе 2; О- напряжение на первичной обмотке 3 дифференцирующеготрансформатора 3 при срабатываниичетной ячейки; 04 - напряжение напервичной обмотке выходного трансфор матора при срабаТывании четной ячейки; Од - выходное напряжение коммутатора.Многоканальный коммутатор состоит 50 .из однотактного кольцевого регистра сдвига (распределителя) на ферритдиодных ячейках, включающих в себя сердечники 1, - .1, 1 - 1 с относящимся к ним обмотками, дйодами 13 и конденсаторами 14, число которых в два раза больше числа коммутируемых сигналов,Сигналы с каждого коммутирующего канала подаются на вход двух четной и .нечетной ) соответствующих ячеек 60 распределителя, причем входами нечетных ячеек являются соединенные вместе начало и концы выходных обмо" ток 10 и 10 соответствующего элемента распределителя, другие их 5 концы через коммутирующие диоды 5 - 5- 5 - 5 каждого элемента 3 ь ф Фи через источники б и 7 подсоединены к одной обкладке запоминающего конденсатора 2, а другая обкладка через первичную обмотку 3, днфференцирующего трансформатора подсоединена к шине нулевого потенциала.Входами четных ячеек являются ,соединенные вместе начала и концы выходных обмоток 10 и 10 и5 с соединенные вместе начала и концы . выходных обмоток 10 и 10 , при-, чем другие концы обмоток 10; и 10 через коммутриующие диоды 5, и 5 каждого элемента и через источ. никй 8 и 9 подсоединены к выходу многоканального коммутатора ( первичная обмотка выходного траноформатоа 4 ), а другие концы обмотокв10; и 10 через коммутирующие диоды 5 и 5 и через источники б и 7 подсоедийены к запоминающему конденсатору 2, Диоды 5 - 5 Е,/5 - 5 и источник б, диоды 5 - 5 5 - 5 и источник 7, диоды 5," 5" и источник 8, диоды 5, - 5," и источ. ник 9 включены таким образом, чтобы при отсутствии коммутирующего импульса соответ.ствующие диоды были закрыты, запрещая прохождения непрерывных входных сигналов на выход коммутатора.Для нормальной работы коммутатора необходимо обеспечить индентич" ность источников 6 и 7, 8 и 9, вы(одных обмоток 10 и 110; нечетных ячеек, а также обмоток 10 и 10, 10 и 10 четных ячеек, напряжение подпирающего источника должно быть больше амплиТудного значения входного напряжения. Необходимо выбирать амплитуду коммутирующих импульсов и напряжение источников таким образом, чтобы разность напряжений обеспечивала работу коммутирующих диодов на линейном участке характеристики. Это позволяет использовать устройство для преобразования и коммутации слабых сигналов, а также получения первых производных от этих сигналов,. Многокальный коммутатор непрерывных сигналов с введением производных в закон регулирования на бесконтактных элементах работает следующим образом,При отсутствии в канале непрерывного входного сигнала в момент, соответствующий срабатываванию нечетной ячейки этого канала,на ее .выходных обмотках 16 и 16;наводятся импульсы напряженияБл и Ол , равные.по величинеи противоположные по знаку относительно общей ( заземленной) точки.К конденсатору 2 прикладываются при"ращения импульсных напряженийаО - Оо-сдОо - - ;юО сЕс 0равные по величине и противоположные по знаку. В результате напряжения на обкладках конденсатора 5равно нулю.При срабатырании четной ячейкиэтого канала на ее выходных обмотках10, 10, 10;, 10, наводятся импульсы напряжения, как в обмоткахнечетной ячейки, равные по величине и противоположные по знаку. Приращения импульсных напряжений, прикладываемые как к первичной обмотке4 выходного трансформатора, таки к обкладкам запоминающего конденсатора 2, равны по величине и противоположны по знаку. В результате токкак в цепи дифференцирующего трансформатора 3, так и в цепи первичной обмотки 4 выходного. трансформатора равен йулю, и сигнал на выходе отсутствует,Если в канале появляется непрерывный сигнал, то в дикретный моментвремени, соответствующий срабатываниюнечетной ячейки распределеителя этогоканала, одно из приращений импульсного напряжения увеличивается, а другоеуменьшается в зависимости от полярности входного сигнала на величину,рав- З 0ную амплитудному значению непрерывного входного сигнала Б; . В результате этого конденсатор 2 заряжается,от амплитудного значения входного сигнала, соответствующего дан- З 5ному дискретному моменту времени,и это напряжение запоминаетсяконденсатором до момента срабатыванияследующей ячейки,Дифференцирующий трансформатор 40исключается из работы за счет шунтирования его первичной обмотки 3 фотодиодами оптоэлектронных 11, и 11работающих в ключевом режиме, Это достигается тем, что в момент срабатывания нечетчый импульс напряженияобмотки уйравления 12 обеспечивает протекание тока насыщения че"рез светодиоды оптоэлектронных переключателей 11 и 11,50С приходом следующего таКтовогоимпульса срабатывает четная ячейкаэтого канала. В момент срабатывания одно из приращений импульсногонапряжения, формируемых в цепях .с обмотками 10,. и 10 , увеличивается, а другое уменьшается в зависимости от полярности входного сигнала на величину, равную амплитудномузначению входного сигнала в данныйдискретный момент времени. В результате к. первичной обмотке 4 вы"ходного трансформатора прикладывается напряжение, равное разностиэтих напряжений.В этот же моментв цепях обомоток 10 и 10; данной 65 ячейки одно иэ приращений импульсно.го напряжения увеличивается, а другое уменьшается на величину входного сигнала, Следовательно, к запоминающему конденсатору 2 .прикладывается разность приращений, причемэта разность отличается от напряжения на конденсаторе 2 на величинупервой разности входного сигнала,Таким образом, происходит перезарядкаконденсатора 2 по цепи, в которуювключена первичная обмотка 3 дифференцирующего трансформатора. Так:как вторичная обмотка 3, дифференцирующего трансформатора и вторичнаяобмотка 4, выходного трансформатора включены последовательнои согласно, то, следовательно, в момент срабатывания четной ячейки на выходе коммутатора снимается дискретныи сигнал,величина которого пропорциональнаосновному сигналу ( вторичная обмотка 4 выходного трансформатора)и его производной (вторичная обмотка 3 дифференцирующего трансйформатора), С приходом следующеготактового импульса срабатывает нечетная ячейка следующего каналаи происходит перезаряд конденсатора2 до амплитудного значения входного сигнала этого канала, и схемааналогично работает по второму сигналу Ор Таккм образом, в результате пос".ледовательного срабатывания ячееккольцевого регистра сдвига ( оаспределителя) с выхода многоканальногокоммутатора снимается последовательность амплитудно-модулированныхимпульсов, описываемых уравнениемвида и % %Оь= , (КОехл Ка Оьх),с сст.е. по каждому из каналов, поми"мо основного сигнала, вводится иего производная ( К и К - коэффициенты пропорциональности),Коммутатор обладает повышенной помехозащищенностью, обусловленной тем, что в момент формированияимпульса на запоминающем конденсаторе 2 при срабатывании нечетнойячейки первичная обмотка 3, дифференцирующего трансформатора 3 накоротко замкнута фотодиодами оптоэлектронных переключателей 11 и11 , обеспечивающих быстроту инадежность шунтирования обмотки,Это достигается тем, что в моментсрабатывания нечетных ячеек черезсветодиоды протекает ток,Даннаясхема также может быть.реализована с помощью двухтактногокольцевого распределителя ( 4 Р ) .Исследование прототипа, формирующего закон управления0 щ =,Й(К, П+К бы; ), показывает,что при 1=36 кГц диапазон изменения входных непрерывных сигналовравен от ПЗ10 В до 0 ; =100 мВпри тар =4 кГЦ. Нижний предел значений входных сигналов ограниченпомехами. Последние наводятся присрабатывании нечетных ячеек КР вдйфференцирующих трансформаторах,включенных во входные цепи. В предлагемом коммутаторе существенно повышена помехозащищенность э а счет применени я только одногодифференцирующего трансформатораи включения его на выходе схемыформирования, Кроме того, в схемеобеспечивается замыкание первичной 5 обмотки дифференцирующего трансформатора в моменты срабатываниянечетных ячеек, Исследование схемыкоммутатора с аналогичным закономуправления с использованием того 10 же распределительного устройствапозволяет уменьшить нижний пределзначений входных сигналов до 10 мВ/44 тираж 861 ВНИИПИ Государственноголо делам изобретени .113035, Москва, Ж,Под комитета СССР и открытий аушская наб.,