Развертывающий преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1 (19) (11) и (51) 4 G 06 G 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4120823/24-24 (22) 13.06.86 (46) 07.02.88.Бюл. 9 5 (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинского комсомола (72) Л.И.Цытович (53) 681 .335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(1206816, кл. G 06 G 7/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1260975, кл. G 06 G 7/12, 1985. (54) РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение точности. Развертывающий преобразователь содержит первый и второй сумматоры 1 и 2, и гегратор 3, дополнительный интегратор 4, релейные блоки

5,амплитудный модулятор 6, пороговый элемент 7, дифференцирующий элемент 8, выпрямитель 9, одновибратор !

О, вход ll выход 12. Развертывающий преобразователь работает в автоколебательном режиме, среднее значение широтно-импульсного выходного сигнала пропорционально входному сигналу. 3 ил.

1372336

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.l изображена функциональная схема развертывающего преобразователя для случая n = 3; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы сигналов.

Преобразователь содержит первый и второй сумматоры 1 и 2, интегратор

3, дополнительный интегратор 4, релейные блоки 5, — 5э, амплитудный модулятор 6, пороговый элемент 7, дифференцирующий элемент 8, выпрямитель 9, одновибратор 10, вход 11 и выход 12. Обозначения принятые на фиг.2 и 3:

x(t) — сигнал на входе 11; у>(t) — выходной сигнал интегратора 3; у (t) — выходной сигнал дополнительного интегратора 4;

25 у,, (t), (t), у (t) выходные сигналы первого, э второго и третьего релейных блоков 5 < — 5,; у () — сигнал на выходе 12; у (t) — сигнал на выходе амплитуд6 ного модулятора 6; (t) — сигнал на выходе порого- 35

7 вого элемента 7; у (t) — сигнал на выходе диффе—

Я ренцирующего элемента 8; у (t) — сигнал на выходе выпрями9 теля 9; 40 у, (t) — сигнал на выходе одновибратора 10;

1 А — максимальная амплитуда сигнала на выходе 12;

d А,ЬА+- приращения входного сиг- 45 нала на границе раздела модуляционных эон;

Т; — интервалы дискретизации; — моменты времени дискретного изменения состояний 50 релейных блоков и сигнала на входе 11.

Развертывающий преобразователь работает следующим образом.

Первый и второй сумматоры 1 и 2 55 имеют единичный коэффициент передачи во всем диапазоне изменения сигналов на их входах. Дополнительный интегратор 4 выполнен с входом обнуления. Наличие на этом входе сигнала логической единицы обеспечивает нулевой уровень сигнала на выходе дополнительного интегратора 4. Релейные блоки 5, — 5 реализованы с порогами переключения + 8, и неинвертирующей петлей гистереэиса.

Описание работы ведется в предположении, что в развертывающем ггреобраэователе использовано три релейных блока, тогда выходной сигнал каждого иэ которых меняется дискретно в пределах +А/3. Второй релейный блок 5> выполнен двухвходовым, установочный вход предназначен для принудительного изменения состояния. На выходе дифференцирующего элемента 8 формируются импульсы малой длительности (фиг.2б) синхронно с изменением уровня сигнала на выходе 12

1 фиг.2а). Выпрямитель 9 выполнен двухполупериодным, На выходе одновибратора 10 формируется импульс стабильной длительности и амплитуды (фиг.2г) синхронно с выходными им— пульсами выпрямителя 9. Пороговый элемент 7 имеет зону нечувствительности с порогами срабатывания +С.

Амплитудный модулятор 6 инвертирует знак произведения входных сигналов и формирует импульсы, длительность которых соответствует длительности выходного сигнала порогового элемента 7, а знак определяется знаком выходного сигнала второго релейного блока 5г.

Релейные блоки 5, — 5, имеют пороги переключения 1 В,, + Вг, + В э соответственно, удовлетворяющие условию (фиг.3a):

+В 7 - + Вг В

При нулевом уровне сигнала на: входе II после включения второй и третий релейные блоки 5г и 5 ориентируются в противоположные по знаку состояния (фиг.Зв,г), что приводит к взаимной компенсации их выходных сигналов. В этом случае в режиме автоколебаний находится первый релейный блок 5, (фиг.Зб), а второй и третий релейные блоки 5г и 5 в статических и противоположных по знаку состояниях. В результате сигнал на выходе 12 дискретно изменяется в пределах первой модуляционной зоны — — — — (фиг.Зд)

А

1372336

При нулевом значении сигнала на входе 1 (фиг. Зз, t t, ) выходной сигнал интегратора 3 имеет форму симметричной "пилы" (фиг ° За), амплитуда которой ограничивается порогами переключения первого релейного блока 5, . Среднее значение импульсов на выходе первого релейного блока

5, (фиг.36) и выходе 12 (фиг.Зд) равно нулю.

Наличие сигнала на входе 1! (фиг.Зз, t„ t t ) приводит к изменению производной развертки на выходе интегратора 3. l5

В один из "полупериодов" автоколебний скорость изменения развертки на выходе интегратора 3 определяется разностью сигналов на входах первого сумматора 1, а в последующем цикле преобразования — суммой этих сигналов.

В результате среднее значение импульсов на выходе 12 достигает величины, пропорциональной уровню 25 сигнала на входе 11.

С помощью дифференцирующего элемента 8 формируются импульсы (фиг.26) синхронно с изменением уровня сигнала на выходе 12 (фиг ° 2а). Выпрями- 30 тель 9 служит для выпрямленйя импульсов с выхода дифференцирующего элемента 8 (фиг.2в). Одновибратор 10 запускается выходным сигналом выпрямителя 9 (фиг.2г) и на его выходе формируются импульсы стабильной длительности и амплитуды. Под действием выходного сигнала одновибратора.

l0 происходит установка нулевых начальных условий дополнительного ин- 40 тегратора 4 (фиг.3e).

Параметры дополнительного интегратора 4 выбираются таким образом, чтобы его выходной сигнал достигал порога срабатывания порогового эле- 45 мента 7, начиная с некоторого критического для динамики работы значения, определяемого уровнем сигнала на входе 11.

Предположим, что в момент времени t, сигнал на входе 11 достиг такого значения (фиг ° Зэ).

В момент времени t амплитуда сигнала на выходе дополнительного интегратора 4 достигает "положительч

55 ного порога срабатывания порогового элемента 7 и на выходе амплитудного модулятора 6 появляется импульс отрицательной полярности (фиг.Зж), под действием которого второй репейный блок 5 принудительно переключается в отрицательное состояние (фиг.Зв).

Амплитуда сигнала на выходе 12 переходит во вторую модуляционную зону (фиг.Зд), что вызывает рост производной выходного сигнала интегратора 3 (фиг.За). В момент времени переключается первый релейный блок 5< (фиг.36), а в момент времени t — второй релейный блок 5 (фиг.Зв1, и сигнал на выходе 12 становится "положительный" (фиг.Зд).

Таким образом, за счет принудительного переключения второго релейного блока 5„.(фиг.Зв, tz) уменьшается время отработки входного воздействия ° В интервале t4 — t выходной сигнал интегратора 3 формируется под действием суммы сигналов на входе первого сумматора 1 и напряжение на выходе дополнительного интегратора 4 не успевает достичь порога срабатывания порогового элемента 7 (фиг.3e).

Предположим, что в момент времени t (фиг.Зз) сигнал на входе 11 имеет величину А/3 — hA, где dA— малая величина.

В этом случае выходной сигнал интегратора 3 (при отсутствии дополнительного интегратора 4, амплитудного модулятора 6 и порогового элемента 7) изменялся бы по траектории а-R (фиг.3a,пунктир) и время отработки сигнала управления было бы недопустимо большим.

В момент времени t (фиг.Зе,ж) формируются импульсы переключения второго релейного блока 5 и сигнал на его выходе меняет знак на противоположный (фиг.Зв). Перевод сигнала на выходе 12 во вторую модуляционную зону (фиг.Зд) увеличивает скорость нарастания выходного сигнала интегратора 3 (фиг.За).

После переключения первого релейного блока 5< (фиг.За,б) производная напряжения на выходе интегратора 3 уменьшается (фиг.За), а после возврата второго релейного блока

5 в первоначальное (положительное) состояние (фиг.За,в) меняется знак сигнала на выходе 12 (фиг.Зд) и начинается последующий цикл развертывающего преобразования (фиг.3а, траектория f-e). Таким образом, при

1372336

А

x(t) = --- + ьА

20

50 введении дополнительного интегратора 4, порогового элемента 7 и амплитудного модулятора 6 время Т, (фиг.За, траектория а †) уменьшается до величины Т, (фиг.За, траектория a-f), что влечет за собой повышение быстродействия развертывающего преобразователя.

Предположим, что сигнал на входе

11 в момент времени t достиг уровня где А — малая величина.

В этом случае сигнал на выходе

12 переходит во вторую модуляционную зону, ограниченную пределами! у (e) -/-А, А

Однако для этого необходимо осуществить переориентацию одного иэ репейных блоков 5z или 5, находя- 25 шихся в статическом состоянии.

Начиная с момента t осуществляется подобная переориентация релейных блоков, и выходной сигнал интегратора 3 движется" в направлении 30 порога срабатывания второго релейного блока 5 по траектории е-k (фиг.3a). Однако в момент времени (фиг.Зж) на выходе амплитудного модулятора 6 появляется импульс переключения второго релейного блока 5 (фиг.3e,в), который изменяет свое состояние в точке 1 (фиг.3a,в). Одно— вибратор 10 формирует импульс "обнуления дополнительного интеграто- 40 ра 4 (фиг,Зе), который затем начинает новый цикл измерения длительности импульса на выходе 12. В интервале 1-ш (фиг.За) выходной сигнал интегратора 3 изменяется под дейст- 45 вием суммы сигналов (фиг.Зд,э). На чиная с момента времени, обозначенного точкой m (фиг.3a), когда первый релейный блок 5, переключился в положение + А/3 (фиг.Зб), на выходе амплитудного модулятора 6 появляется импульс переключения положительной полярности (фиг.Зж, момент времени t„) и второй релейный блок 5 переключается в состояние А/3 фиг.Зд). Это обеспечивает увеличение производной выходного сигнала интегратора 3 (фиг.3а, траектория

0-1), так как на входе первого сумматора 1 начинает действовать сумма

"положительных напряжений 1 фиг.Зд,з).

После переключения первого релейного блока 5< (фиг.Зб) сигнал на выходе интегратора 3 продолжит изменяться в направлении порога срабатывания второго релейного блока 5, после переключения которого сигнал на выходе 12 вновь входит во вторую модуляционную зону (фиг ° Зд).

Таким образом, повышается быстродействие, так как развертка на выходе интегратора 3 движется не по траектории m-p, а по линии m-o-r-R (фиг.За). После увеличения сигнала на входе 11 (фиг.Зз, «) развертывающий преобразователь полностью переходит во вторую модуляционную зону (фиг.За,б,д), а второй и третий релейные блоки 5z и 5э находятся в идентичных статических состояниях (фиг.Зв,г). При этом сигнал на выходе амплитудного модулятора 6 отсутствует (фиг.3e); формула изобретения

Развертывающий преобразователь, содержащий соединенные последовательно первый сумматор и интегратор, к выходу которого подключены входы и релейных блоков (где и — нечетное число), выходы которых соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является входом развертывающего преобразователя, выход второго сумматора является выходом развертывающего преобразователя, пороговый элемент, соединенные последовательно дифференцирующий элемент и выпрямитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены амплитудный модулятор, одновибратор и дополнительный интегратор, причем выход первого из и релейных блоков подключен к информационному входу дополнительного интегратора, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу амплитудного модулятора, сигнальный вход которого подключен к выходу второго из и репейных блоков, выход амплитудного модулятора соединен с установочным входом второго из и релейных

1372336 блоков, выход второго сумматора подключен к входу дифференцирующего элемента, выход выпрямителя соединен а

О г

0 с входом одновибратора, выход которого подключен к входу обнуления дополнительного интегратора °

1372336

Составитель 0.0траднов

Редактор В.Данко Техред Н.Ходанич Корректор А. Зимокосов

Зак аз 484/41 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Ужгород, ул. Проектная, 4