Функциональный частотный преобразователь

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК гг 91 и 11 5 А и С 06 С 7/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и НИЯ а частоту, выходы пяти сумматоров подключены соответственно к другому вхо 1 Зду интегратора, к информационному увходу ключа первого блока преобразо- ЪУ Фвания напряжения в частоту, к другому входу и выходу его компаратора ик управляющим входам ключей второгоблока преобразования напряжения вчастоту, к информационному входу егоключа и к другому входу его компаратора, три выхода первого переключателя режимов работы подключены соответственно непосредственно черезпервый инвертор и через масштабныйусилитель к первому входу первого,сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя режимов работы, два выхода третье.го переключателя режимов работы подключены непосредственно и через вто- арой инвертор к первому входу суммирующего масштабного усилителя, второй вход которого соединен с выходомчетвертого переключателя режимов работы, выход пятого переключателя режимов работы подключен через третийинвертор к первому входу второго сум(21) 3614141/24-24(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 376882, кл. Н 03 К 13/20, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 457178, кл, Н 03 К 13/20, 1975(54) (57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ПР ОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно включенные суммирующий масштабный усилитель, первый ключ, интегратор и первый компаратор, вь;ход которого является выходом преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, он содержит блок задания постоянных коэффициентов, выполненный в виде резистивных делителей напряжения, триггер, программный переключатель, восемь переключателей режимов работы, масштабный усилитель, пять инверторов, пять сумматоров, второй и третий ключи и первый и второй блоки преобразования напряжения в частоту, каждый из которых выполнен в виде последова" тельно соединенных ключа, интегратор между входом и выходом которого вклю чен другой ключ, и компаратора, восемь выходов программного переключателя соединены с первыми входами соответствующих переключателей режимов работы, а его девятый выход подклю - чен к управляющим входам второго и третьего ключей, информационные входы которых подсоединены к выходам компараторов первого и второго блоков преобразования напряжения в частоту,выходы объединены н подключены к первому установочному входу триггера, подсоединенного вторым установочным входом к выходу первого компаратора, два выхода триггера подключены соответственно к управляющим входам первого ключа и ключеи первого блока преобразования напряжения в1120365 коз сириги с нт Овматора, второй вход которого соеди -нен г выходом шестого переключателярежимов работы, два выхода седьмогопереключателя режимов работы подключспы непосредственно и через четвертый пцвертор к первому входу третье -го сумматора, второй вход которогосоединен с выходом восьмого переключателя режимов работы, вход четвертого сумматора непосредственно ипервый вход пятого сумматора черезинвертор подключены к гходу преобразоззателя и вторым входам перззого,Изобретение относите.я к ацалогоой, впалого-дфровсй вычислительной технике и может быть использовано при постросции вычислительных машин, моделпру;ошцх устройств, измеритель цых фугцоциональцых преобразователей и информационно-.измерительных систем.Известен с 1 уцкциональный преобразователь напряжения в частоту содсржащий интегратор с зарядным резистором ца входе, пуль-орган, подключенный к вьгоопу интегратора, формирователь напряжения обратной связи, включенный между выходом нуль-органа и входом интегратора, параллельно зарядному резистору включен полевой транзистор, затвор которого соединен с выходом нуль-органа. Устройство просто и надажно Ц .Однако в цсм выполняется только 20 к вадратпчцая функция преобразования .Наиболее близким к изобретению является частотный преобразователь содержащий интегратор, выполненный ца сперациоцзьом усилителе, компа 1 атор,5 соединенный с выходом интегратора, электронный ключ, соединенный с выходом кокд 1 аратора, источник перезаряда конденсатора интегратора, выполненный в виде масштабного усилите- ЗО ля, вход которого соединен с входом п еобразователя и интегратора а выход - с электронным ключом и первым входом интегратора 21. Недостатком известного преобразователя являются его ограниченныефункциональные возможности, так как третьего пятого и седьмого переключателей режимов работы, второй вход пятого сумматора соединес вторыми входами второго, четвертого и восьмог о переключателей режимов работы,гретьи входы которых подкзпочены ксоответствующим выходам блока задани,. постоянных коэффициентов, третийвход пятого и четвертые входы шестогоо и восьмого переключателей режимовработы соедицены с соответствующимивьгходами блока задания постоянных реализуется только линейная функциоальцая записиость.Цель изобретения - расширение ;.ласса воспроизводимх Функций,Поставленная цель достигается тем, что функциональный частотнь:й преобразователь, с.одержащий последовательно включенные суммирующий масштабный усилитель, первьй ключ, интегратор и первый компаратор, выход которого является выходом преобразователя, содержит также блок задания постоянных коэффициентов, вьпдолненный в виде резистивных делителей напряженная, триггер, программный переключатель, восемь переключателей режимов работы, масштабный усилитель, пять инвертсров, пять сумматоров, второй и третин ключи и первый и второй блоки преобразования напряжения в частоту, каждый из когсрых выполнен в виде последовательно соединенных ключа, интегратора, между вхо - дом и выходом которого включен другой ключ, и комзаратора, восемь выходов программного переключателя сое - динены с первыми входами соответствуюп 1 их переключателей режимов работы, а его девятый выход подключсн к управляющим входам второго и третьего ключей, информационные входы которых одсоед знены к выходам компараторов первого и второго блоков преобразоваг;я напряжения в частоту, а выходы с"ьединецы и подключены к первому .стацавочному входу триггера подсоединенного вторьгч установочным вхо 1120365дом к выходу первого компаратора, два выхода триггера подключены соответственно к управляющим входам первого ключа и ключей первого блока "преобразования напряжения в частоту, выходы пяти сумматоров подключены соответственно к другому входу интегратора, к информационному входу ключа первого блока преобразования напряжения в частоту, к другому входу и 10 выходу его компаратора и к управляющим входам ключей второго блока преобразования напряжения в частоту, к информационному входу его ключа и к другому входу его компаратора, три 15 выхода первого переключателя режимов ,работы подключены соответственно непосредственно, через первый инвертор и через масштабный усилитель к первому входу первого сумматора, вто рой вход которого соединен с выходом второго переключателя режимов работы, два выхода третьего переключателя режимов работы подключены непосредственно и через второй инвер тор к первому входу суммирующего масштабного усилителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого переключателя режимов работы, выход пятого переключателя режимов работы подключен через третий инвертор к первому входу второго сумматора, вто-, рой вход которого соединен с выходом шестого переключателя режимов работы, два выхода седьмого переключателя ре-З 5 жимов работы подключены непосредственно и через четвертый инвертор к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом восьмого переключателя режи мов работы, вход четвертого сумматора непосредственно и первый вход пятого сумматора через инвертор подключены к входу преобразователя и вторым входам первого, третьего, пятого и седьмого переключателей режимов работы, второй вход пятого сумматора соединен с вторыми входами второго, четвертого и восьмого переключателей режимов работы, третьи входы которых подключены к соответствующим выходам блока задания постоянных коэффициентов, третий вход пятого и четвертые входы шестого и восьмого переключателей режимов55 работы соединены с соответствующими выходами блока задания постоянных коэффициентов. На Фиг. 1 представлена Функциональная схема функционального частотного преобразователя (ФЧП); на Фиг. 2 - временные диаграммы работы ФЧП.ФЧП фиг. 1) содержит интегратор 1, выход которого соединен с входом компаратора 2, выход которого является выходом устройства, первый вход интегратора 1 подключен к выходу ключа 3, вход которого соединен с выходом суммирующего масштабного усителя 4. Первый установочный входриггера 5 соединен с выходом компаратора 2. Выходы триггера 5 подключены соответственно к управляющему входу ключа 3 и управляющим входам ключей. 6 и 7 первого блока 8 преобразования напряжения в частоту. В первом блоке 8 выход интегратора 9 соединен с первым входом компаратора 10 и выходом ключа , вход которого соединен с входом интегратора 9 и выходом ключа 6. Выход компаратора 10 подключен к управляющим входам ключей 11 и 12 второго блока 13 преобразования напряжения в частоту. Во втором блоке 13 так же, как и в первом 8, выход интегратора 14 соединен с первым входом компаратора 15 и выходом ключа 12, вход которого соединен с входом интегратора 14 и выхо," дом ключа 11, Выход компаратора 15 подключен к входу ключа 16, выход которого соединен с выходом ключа 17 и вторым входом триггера 5. Вход ключа 17 соединен с вьссодом компаратора 10, а его управляющий вход - с управляющим входом ключа 16 и выходом 18 программного переключателя 19 вида функции. Второй вход интегратора 1 соединен с выходом сумматора 20, первый вход которого соединен с первым, вторым и третьим входами переключателя 21 режимов работы соответственно через масштабный усили.тель 22, инвертор 23 и непосредствен" но. Второй вход сумматора 20 соединен с выходом переключателя 24. Первый вход сумьярующего масштабного усилителя 4 соединен спервым и вторым входами переключателя 25 соответственно через инвертор 26 и непосредственно, а второй его вход соединен с выходом переключателя 27. Вход ключа 6 соединен с выходом сумматора 28, первый вход которого через инвертор 29 соединен с выходом. переключателя30, а его второи вход соединен с выходом перекл 1 очателя 31, Второй вход компаратора 10 соединен с выходом сумматора. 32, первый вход которого соединен с первьгм и вторым выходам 1 переключателя ЗЗ соответственно через ицвертор 34 и цепосредственно, а его второй вход соединен с выходом переключателя 35. Вход 36 преобра 10 зователя соединен с первыми входами переключателей 21, 25, 30 и 33, сумматора 3 и входом инвертора 38. Выход сумматора 37 соединен с входом ключа 11, выход ицвертора 38 - с г;ервым входом сумматора 39, выход которого соединен с другим выходом компаратора 15, а его второй вход соециен с входами переключателей 24, 27 и 35 и ьыходом 40 блока 4 1 задация постоянных коэффициентов, Выходы 42 и 43 бло 20 ка 41 задания постоянных коэффициентов соединены с вход"иц переключателя 31, выход 44 - с входом переключателя 35, выход 45 - с соответствующим входом переключателя 31, выход 46 - с входом переключателя 27 и входом перекл 1 очателя 35, выход 47 с входами переключателей 24 и 30,Программный переключатель 19 вида функции выходами 48-55 соединен состветствецно с управляющими входами перекпочателей 21, 24, 25,7, 30, 31, 33 и 35.Элементы структуры ФЧП могут быть реализованы на основе аналоговых, циф-З 5 ровых, ацалого-цифровых интегральных схем,Например, блок 41 постоянных ко - зфИ 1 циентов выполняется в виде резис 40 тивных делителей напряжения, программный перекпючатель 19 вида функции в Биде зал оми на 1 ощих ус тр ойс тв на ми 1 - росхемах серии 565 РУ 2, переключатели 21, 24, 252/, 30, 31, 33 и 35 - на 1:1 икросхсмах К 155 ИДЗ, 543 КИ 1, инвер 45 торы 26, 2934 и 38, сумматоры 4, 20, 28, 32, 37 и 39, масштабные усилители 22, 23 - на микросхемах 140 УД 7, кл 1 очи 3, б, 7, 11, 12, 16 и 17 - ца микросхемах 543 КН 1, интегратоРь 1 1, 9, 14 - на операционных усилителях 140 УД 7 и конденсаторах К 74 П-З компараторы 2, 10 и 15 - на. микросхемах 521 СА 2, триггер - на ьа 1 кросхеме К 155 ТВ 1. 55Преобразователь работает следую 1 щ 1 м образом (фиг, 2) . Если в исходный момент времени на второй вход основного интегратора 1 подается входная промежуточная величина Х, то происходит ее ицтегрироваееие в прямом направлейии до уровня ограичения Х (фиг, 2 а) компараЕ 2тора 2, который, срабатывая, переключает триггер 5.Сиг налом инверсного выхода триггера 5 открывается ключ 3 сигналом прямого выхода открывается ключ б и закрывается ключ 7 первой функцио - нальной ячейки 8,При этом на первый вход интегратора 1 через кл 1 оч 3 с выхода сумм 1 - рующего масштабного усилителя 4 подается промежуточная величина Х чем обусловливается инвертирование в обратном направлении в течение времени , которое определяется последовательным интегрированием входных промежуточных переменных Х ,Хз Х, и Х - в блоках 8 и 13 преобразоваЕя напряжения в частоту.В результате равенства зарядов накопительного элемента интегратора 1 при прямом и обратном интегрировании можно записать.),=х огце 1 к - период, следования выходныхимпульс ов (фиг . 2),откуда частота Е. ФЧП определяетсявыражениемХ,Хо оВременной интервалначинается в момент сраоатывания ключей б и 7 в блоке 8 и подкл 1 оче 1 ия входной промежуточной переменной Хк входу интегратора 9. На выходе интегратора 9 величина Х изменяется по лиИч 1ейному закону до уровня ограничения Х (фиг., 2 б) компаратора 10, который срабатывая, закрывает ключ 12 и открывает ключ 11 в блоке 13.1 ЪВ этот момент переключается в режим прямого интегрирования интегратор 14 (фиг, 2 в), т.е, заканчивается временной интервал С 1, начинается ",. На выходе интегратора 14 ве - личина Х 1112 изменяется по линейному закону (фиг. 2 в) до уровня ограничеия Х компаратора 15, Компаратор 5 срабатывает и через открытый ключ(6) К ХХ,ГХ Х. 16 устанавливает триггер 5 по входу К в исходное состояние.Сигналом с инверсного выхода триггера 5 закрывается ключ 3, при этом заканчивается формирование временного интервала со и основной интегратор 1 переключается в режим прямого интегрирования. Сигнал с прямого выхода триггера 5 закрывает ключ 6, и открывает ключ 7 первого блока 8, устанавливая интегратор 9 и компаратор 10 в исходное состоя. ние (фиг. 2), при этом ключи 11 и 12, интегратор 14 и компаратор 15 второго блока 13 также устанавливаются в исходное состояние.Работа преобразователя в последую щих циклах происходит аналогично.При этом временной интервал можно представить в виде Хгде 1 = --- ьХ 725ьх;(4)Х 1 аи ь - постоянные времени интегра 2торов 9 и 14 соответственно,С учетом (3) и (4) выражение (2)30принимает вид К Х 1 Х Х 4х,Х,(Х.У,Х,Х ) ) (5)о 14 7 5 где 35Выражение (5) получаем при установке ключей 16 и 17 в положениеб (ключ 16 открыт, ключ 17 закрыт).Если с помощью .программного переключателя 19 вида функций по выходу 40 18 ключи 16 и 17 установить в положение а (ключ 16 закрыт, ключ 17 открыт),то выражение (5) примет вид Покажем функциональные возможности преобразователя при воспроизведении функций, которые могут быть аппроксимнрованы рациональными дробями в соответствии .с табл. 1.Программным переключателем 19 вида функций по соответствующим выходам 48-55 переключатели 21, 24, 55 25, 27, 30, 31, 33 и 35 осуществляют подключение входной величины Х и постоянных коэффициентов (О; 0,79," 1,00, 1,28; 1, 80; 2, 00; 2, 80) блока 4 1 постоянных коэффициентов по соответствующим выходам 47, 46, 40, 45, 44, 43 и 42 к входам сумматоров и суммирующего масштабного усилителя 4, формируя входные промежуточные величины ХХХ 2 Х Х 4 и Х 5 в соот ветствии с табл. 2.На примере воспроизведения функ 271, 1 28 ХГ г.ьг. -ь 30,62 - Х Из табл. 2 следует, что промежуточные переменные имеют следующие выражения: Х =0,79+Х, Х =Х, Х =1,28; Х 0,79-Х. Подставляя их значения в выражение (6), получаем К 128 ХхО 62 Хг 1 сПри выборе коэффициента - = 1 выражение (7) примет вид т.е, выходная частота й преобразователя имеет шесть видов зависимостейот входной величины Х (табл.1.).Таким образом, преобразователь позволяет реализовать шесть функциональных зависимостей 21 0у2 ХХСд -- Х 8- - Х со з ь Х; агс С 2 Х32 При этом переключение с одной функ циональной зависимости на другую осуществляется программным способом.Технико-экономический эффект применения изобретения заключается в уменьшении количества оборудования на одну функциональную зависимость и повышении быстродействия.Кроме того, преобразователь может быть изготовлен в интегральном исполнении и применен для решения специальных задач.11203 б 5 10 Пределы измерениявходной величины Реализуемая функциональная зависимасть с 0,2 О(Х 1 Осх.1 с 0,2 2 и 1 28 Х3 0,62 - Х-05 схс 05 с 0,33,Т а б л и ц а РеаВходные промежуточныевеличины лизуе 1 б 17 33 Хо 30 27 31 35 ная Р Х Р Х 0,79+Х 1,28 0,79-ХР Х 1-Х 2,8-Х 1,8+Х а а в а а в 1-Х Х б б б а б а а а б б 1 Х Х б б а а б а б а б б Р 1-4 Х 1-Х 5 1-Х Р 6 1 93 Х 1-х маяфункционал ь зависимост Х(2 8-Х) 2,(1-Х) (1,8-Х)Таблица 1 Погр ею наст ь и риближения, 7. Положение переключателей а а в - б - б а б б а а в - а - б а - б б б а б б в в а а б б а а а11203 б 5 инт 1 нт 2 Составитель А.Маследактор О,Юрковецкая Техред Т.Маточка Корректор В.Ги каз 7745/38 Тираж 698 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д