Обратимый функциональный преобразователь код-частотно временной сигнал

(61) Дополнительное к авт, свил-ву- (22) Заявлено 08 Д 280 (2) 2881868/21 с присоелинением заявки М)М. Кл С 06 )1 Ряударстюкыб квинтет СССР во делам кэебретеккй к открыткипубликовано 30 61 оллетень ЭЬ 4 Дата опубликовании описания 30.12) Заявител 51) ОБРАТИМЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ МОД- ЧАСТОТНО-ВРЕИЕННОЙ СИГНАЛИзобтельнойэовано втельныхпряжениямашин с т носит ся к вычи слиможет быт ь и спал ь-цифровых вычислиах, а также для сощих вычислительных и датчиками,ение ехникечастотн строис управл астотн имеет огрования. Известен обратимый функциональный преобразователь, содержащий усилитель напряжения раэбаланса с подключенны 1 О ми к его входам управляемыми проводимостями, управляющие входы которых соединены с внешними зажимами устройства, блок согласования формы пред" ставления информации, подключенный1 к выходу усилителя напряжения разбаланса и переключатель на два положения, подвижный контакт которого соединен с выходом блока согласования формы представления информации, а неподвижные конт акты - с д вумя внешнимизажимами 1 1Данный преобразователь аниченную точность преобраэ Известен также функциональный. преобразовательь код- частотный си гнал, содержащий управляемый генератор выходного сигнала с усилителем напряжения разбаланса на входе, два цифроаналоговых преобразователя, подсоединен", ных управляющими входами к выходам регистра входного кода, два преобразователя частотного сигнала в напряжение, частотно-зависимые цепи и два развязывающих усилителя, причем вход усилителя напряжения разбаланса через дифференциальный амплитудный нуль-орган связан с выходами вторых цифроаналогового преобразователя и преобразователя частотного сигнала в напряжение, входы которых через раэвязывающие усилители подключены соответственно к выходам первого преобразователя частотного сигнала в напряжение и первого цифроаналогового преобразователя, а выход управляемого генератора выходного сигнала подсоединен к винам питания первых цифро 1 О 2 О 25 зо З 5 ных преобразователя и ецчитатель, причем преобразователи частотно-временного сигнала е напряжение выполнены в виде преобразователей относительнойдлительности прямоугольнцх импульсовв амлитуду, усилитель напряжения разбаланса выполнен в виде импульсного усилителя, к выходу. которого через соот ветст вующие однополупериодные Фаэочувствительные выпрямители, соединенные управляющими входами с вцход. ной шиной устройства, подключены два обратных амплитудно-импульсных преобразователя, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода.При этом преобразователи относительной длительности прямоугольных импульсое в амплитуду содержат один или несколько параллельно соединенных блоков преобразования, подключенных выходами к соответствующим входам суммирующего устройства и содержащих один или несколько последовательно соединенных блоков, выполненных на последовательно включенных Фильтре верхних частот, однополупериодном вцпрямителе и развязыеающем усилителе.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг, 2 - схема преобразователей относительной длительности примоугольных импульсое е амплитуду.4 О 45 5 ОФ 55 Преобразователь (Фиг. 1) содержит мостовую измерительную цепь, образованную цифроаналоговым преобразователем 1 и преобразователем 2 относительной длительности прямоугольнцх импуль" сов в амплитуду импульсного наПряжения О, включенными как ветви моста, развязывающие усилители 3 и ч, вто" рой цифроаналоговый преобразователь 5, второй преобразователь 6 относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду импульсного напряжения 0 импульсный усилитель 7 напряжения разбаланса мостовой цепи, однополупериодные.фазочувствительные выпрямители 8 и 9, обратные амплитудно-импульсные преобразователи 10 и 11, вычитатель 12, управляемый генератор 13 прямоугольных импульсов, связанный через ключ 11 с выходной шиной 15 устройства, включенной е диагональ питания мостовой цепи, а также управ" ляемый генератор 16 цифрового кода,% 894746циФровой коммутатор 17 и регистр 18входного кода.Преобразователи 2 и 6 относительнойдлительности прямоугольных импульсовв их амплитуду (фиг. 2) состоят из па-раллельно соединенных цепей, содержа"щих последовательно включенные блоки,состоящие из последовательно соеди"ненных фильтров 19-21 верхних частот,однополупериодных выпрямителей 22-24 фи развязывающих усилителей 25 и 26.Выходы цепей связаны с входами суммирующего устройства 27, одновременно выполняющего функции развязывающихусилителей для выходных блоков,1 ЭПреобразователь работает следующимобразом..лВ замкнутом состоянии ключа 14,при котором цифровой коммутатор 17 находится в положении о и обеспечива цет связь управляющих входов цифроаналоговых преобразователей 1 и 5 с выхо- кдами регистра 18 входного кода, устройство является преобразователем кода вчастотно-временной сигнал. В этом ре- Нжиме выходная шина 16 образует выходные зажимы преобразователя, напряжечние О на которых, одновременно исцпопьэуемое в качестве напряжения пинтания мостовой цепи, подается с выхо- фда управляемого генератора 13 и имеетФорму прямоугольных импульсов длительностью Тследующих с периодом Та относительная длительность 9 = -тэтих импульсов является обобщеннымтпараметром выходного сигнала, соот- иветствующим в зависимости от выполОнения управляемого генератора 13 илиуправляемой длительности импульсов,следующих с постоянной частотой, илиуправляемой частоте 1- следованияг тимпульсов постоянной длительностиГ =о, так как в последнем случае ОО = - = р Г, Выходные напряжения Ооти О преобразователей 2 и 6 повторяют по форме частотно"временной сиг- Н,нал О, но имеют амплитуду Ох, зависящую по определенному закону от ве- Охличины 9причем преобразователи 2ныи 6 имеет разные функциональные ха- корактеристики ОХ= Од. (9), где прМОв,- амплитуда входных импульсов преобразователей,= 2 или= 6. При изменениях входного кода И изменяются амплитуды импульсов на выходах цифроаналоговых преобразователей 1 и 5, и возникает импульсное напряжение разбаланса мостовой цепи с амплитудой 0- Охгде Ох амплитуда импульсов напряжения О на выходецифроаналогового преобразователя 5,Это импульсное напряжение усиливается усилителем 7 и после преобразования элементами 8-12 в постоянное напряжение,.пропорциональное укаэанной .амплитуде, воздействует на управляе"ьюй генератор 13, изменяя длительность или частоту следования его выходных импульсов таким образом,чтобы восстановить равновесие моста,.е, равенство амплитуд ОХ и ОХ.В разомкнутом состоянии ключа 14,при котором цифровой коммутатор 17находится в положении Ъ" и устанавивает связь управляющих входов цифроаналоговых преобразователей с выодами управляемого генератора 16ифрового кода, устройство работаетв режиме обратного преобразованияак преобразователь частотно-временого сигнала в код. При этом на выодную шину 5 преобразователя податся входное напряжение Ор той же формы, по-прежнему используемое в каестве напряжения питания мостовойепи, причем относительная длительость д входных импульсов являетсябобщенным преобразуемым параметром,оответствующим преобразованию какдлительностиимпульсов, следующихпостоянной частотой, так и частоы 1 следования импульсов постояной длительности. При изменениях веичины 0 изменяются амплитуды ОХ иимпульсных напряжений на выходахреобразователей 2 и 6, и возникаетмпупьсное напряжение раэбаланса мосовой цепи, которое после усилениясилителя 7 и греобразования элеменами 8- 12 в постоянное напряжение,ропорциональное разности амплитудХ 5 и О кь воздействует на управляемый генератор 16 цифрового кода, иэмеяя должным образом его выходной кодс тем, чтобы восстановить равновее моста, характеризуемое равенствомОХ в соответствии с функциональии характеристиками преобразованияда в напряжение цифроаналоговыхеобразователей 1 и 5,Так как"ХБ- ОтЕ(9) ГБ (й); Охь-О ,(й) ГЬ (9),где О - амп: итуда импульсов частотно-временного сигналаОо;Г, (К) и Г (й ) - фун кци онал ьные ха.рактеристики цифрб 894746аналоговых преобразователей 1 и 5 соответственно, отличающиеся друг отдру а 5 то равенство Ох 0 автоматически поддерживаемое следящей системой преобразователя как в первом, так и во втором режиме его работы, соответствует получению характеристик пря мого и обратного преобразований предлагаемого устройства, определяемых зависимостью, М(в) Р й)Получение напряжения разбаланса в виде импульсного напряжения позволяет испольэовать в качестве усилителя напряжения разбаланса импульсный уси"20 литель, содержащий переходные конденсаторы, и, тем самым, значительно снизить инструментальные погрешности преобразований, связанные с дрейфом нуля усилителя напряжения разбаланса.25Выходной сигнал этого усилителя имеет вид двухполярного импульсного напряжения, в котором усиленная разность амплитуд Ои Охь представлена алгебраической суммой амплитуд О и О и положительных и отрица" + 30 тельных импульсов. Для преобразования этой алгебраицеской суммы в велиф Фину постоянного напряжения, управляющего генераторами 13 и 16, применены элементы 8-12. Однополупериод- З 5 ные фазочувствительные выпрямители 8 и 9 разделяют выходной сигнал уси- лителя 7 на импульсы, соответствующие по времени импульсам и паузам частотно-временного сигнала ОО. Вы" 40 ходные импульсы выпрямителей 8 и 9 подаются на соответствующие обратные амплитудно-импульсные преобразовате-. ли 10 и 11, на выходах которых образуются постоянные напряжения, соот ветствующие по величине и полярности преобразуемым амплитудам - импульсов. Эти раэнополярные напряжения подаются на входы вычитателя .12, с вы" хода которого снимается постоянное напряжение, пропорциональное величине указанной алгебраической суммы и соответствующее ей по полярности,Предлагаемая схема преобразователей 2 и 6 относительной длительности прямоугольных импульсов в их амплитуду работает следующим образом. Из каждый блок преобразователей2 и 6, состоящий из последовательносоединенных фильтра верхних цастотОднополупериоднОГО выпрямителя иразвязывающего усилителя, ПОступаетпОследовательнОСть Однпполярных им"пульсов напряжения, подобная частотно-временному сигналу Од. Фильтр верхних частот (например, 19 на фиг. 2)не пропускает постоянную составляющую этой импульсной последовательности, в результате чего на выходефильтра имеет место двухполярный импульсный процесс, в котором амплитуды положительных и отрицательныхимпульсов соответственно равныТ-О м О 1 Д)Ок =Он - ". =ОВ,где О - амплитуда входных импульКсов блока.Зависимость амплитуд Ок и О ототносител ьной длительности импул ь совЯ используется для получения преобразования относительной длительности импульсов в их амплитуду, Однополупериодный выпрямитель (например,22) пропускает только импульсы одной полярности, и, следовательно,на его выходе восстанавливается однополярный импульсный процесс, ноамплитуда импульсов на выходе выпря"мителя зависит от величины 6 в соответствии с одной из приведенныхзависимостей. Развязывающий усилитель (например, 25) служит для согласования выхода выпрямителя с входом последующих блоков или усилителянапряжения разбаланса.Для случая пропускания однополупериодным выпрямителем положительныхимпульсов при использовании в качестве преобразователя 2 одного блока(фильтр верхних частот - однополупе"риодный выпрямитель - развязывающийусилитель) для этого преобразователяполучаем О = О т = О, а при уменьшении относительной длительности им,пульсов сигнала О до значения, определяемого величиной Т , согласновышеприведенной зависимости амплитуда положительных импульсов на выходе фильтра, проходящих на выход блока, увеличивается до значения Ок .Таким обр азом, при и с пол ьзов аниив качестве преобразователей 2 или 6одного блока (фильтр верхних частот "однополупериодный выпрямитель - развязывающий усилитель), когда О = Ов зависимости от полярности нзпряжения, пропускаемого однополупериоднымвыпрямителем, получаемО = О , , (В) - 1-Вили11 х 1 Ок 4 т 1(ф) ыСоответственно для цепи, содержащей в последовательно включенных блоков (фильтр верхних частот - однополупериодный выпрямитель - раэвязывающий усилитель), где в каждом блоке выпрямитель пропускает импульсы одной и той же полярности, получаем ; (9) = (1-9) или 1,1(0) =9 , а для цепи, содержащей и блоков с выпрямителями, пропускающими положительные импульсы, и р блоков с выпрямителями, пропускающими отрицательные импульсы, имеем. (В): (1-а)"О,В полной схеме преобразователей 2 и 6 характеристика преобразования величины 9 в амплитуду импульсов определяется суммированием выражений для (9) трех приведенных видов, чем обусловливаются широкие возможности получения этой характеристики в виде различных нелинейных функциональных зависимостей при помощи полиноминальной аппроксимации, а в схеме лред" лагаемого преобразователя в целом в соответствии с вышеприведенным выражением для его характеристик преобразования обеспечивается также возможность аппроксимации заданных нелинейных. функций прямого и обратного преобразований дробно-рациональным приближением как непосредственно заданной функции, так и Функции, обратной заданной.Предлагаемый преобразователь может обеспечить прямое и обратное преобразования между кодом и частотно- временным сигналом, в качестве которого может быть использована как длительность импульсов, так и частота их следования, что в сочетании с возможностью получения повышенной точности преобразований за счет исключения из схемы преобразователя усилителей постоянного тока или иных сравнивающих устройств, работающих с напряжениями постоянного тока, а также с воэможностью одновременного воспроизведения различных нелинейных зависимостей между входной и выходной переменными предопределяет широкую сферу возможного применения пре 10 образователя. На его основе могутбыть созданы обратимые устройстваввода-вывода в цифровые ЭВИ информации, представленной частотой следования или длительностью импульсов,блоки частотно-цифровых вычислительных устройств, цифровые измерительные приборы, преобразующие и линеаризуоцие устройства для использования в телемеханических и информационных измерительных системах и т.п. 5 о Формула изобретения 50 однополупериодных фазочу вст вительных выпрямителя, два обратных амплитудноимпульсных преобразователя и вычитатель, причем преобразователи частотно-временного сигнала в напряжение 55 выполнены в виде преобразователей относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду, усилитель ;напряжения разбаланса выполнен в ви 151. Обратимый Функциональный преобразователь код-частотно-временной сигнал, содержащий управляемый генератор прямоугольных импульсов, управляемый генератор цифрового кода, усилитель напряжения разбаланса, два цифроаналоговых преобразователя, подключенных управляющими входами к входам цифрового коммутатора, первая группа выходов которого соединена с выходами регистра входного кода, а вторая группа выходов - с выходами управляемого генератора цифрового ко" да, два преобразователя частотно-вре" менного сигнала в напряжение и два развязывающих усилителя, причем входы усилителя напряжения разбаланса соответственно соединены с выходами второго циФроаналогового преобразователя и второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение, входы которых через развязывающие усилители подключены соответственно к выходам первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение и первого цифроаналогового преобразователя, шины питания которых соединены с выходной шиной устройства и через ключ - с выходом управляемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей преобразования, в него введены два11де импульсного усилителя, к выходу ко" торого через соответствующие однополупериодные фазочувствительные выпрямители, соединенные управляющими вхо. дами с выходной шиной устройства под ключены два обратных амплитудно"импульсных преобразователя, выходы ко.торых соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода,2, Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что преобразователи относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду содержат один или несколько параллельно соединенных блоков преобразования, подключенных выходамисоответствующим входам суммирующегоустройства и содержащих один или несколько последовательно соединенныхз блоков, выполненных на последовательно включенных Фильтре верхних частот,однополупериодном выпрямителе и раэвязывающем усилителе,Источники информации,1 О принятые во внимание при экспертизе1. Смолов 8.Е., фомичев В.С. Аналого-цифровые и цифроаналоговые нели-.нейные вычислительные устройства. Л.,"Энергия", 1974, с. 226-228.з 2, Авторское свидетельство СССРЮ 656077, кл. С 06 3 1/00, 1979 (прототип).894746ИПИ Заказ 11492/80 Тираж 74ю лис ал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная,