Время-импульсное множительное устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотоз Советских

Социалистических

Республик (i i 9c35977

* т л

° (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 27. 11 . 80 (21) 3228341/18- 24 с присоединением заявки Ж (23) Приоритет (51)M. Кл.

G 06 G 7/161

Государственный коинтет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 18. 06. 82 оо делаи нзобретеннй и отхрытнй (53) УДК 681. . 335 (088. 8) (72) Автор изобретения

В.В. Павлов

1.т

1

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (7I ) Заявитель (54) ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может бысть использовано для прецизионного перемножения аналоговых сигналов.

Известны устройства для перемножения аналоговых сигналов, содержа5 щие генератор треугольного напряжения, блоки сравнения, импульсные делители напряжения (ИДН) и фильтр

l, нижних частот, источники перемножае о мых напряжений (1 ).

Точность этих устройств ограничена в основном нелинейностью транзисторных ключей, используемых в ИДН, а также температурным и временным

15 дрейфом нулевого уровня.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является времяимпульсное множительное устройство, содержащее генератор треугдльного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен ко входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу повторителя, а другой — к выходу источника первого входного сигнала, импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам источника второго входного сигнала, фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу импульсного делителя напряжения (.21.

Основными источниками погрешностей время-импульсных множительных устройств (ВИМУ) является зависимость сопротивления открытых ключей от величины коммутируемого напряжения, импульсные помехи коммутации, остаточное напряжение у биполярных транзисторов и температурный дрейф параметров транзисторов. Существуют

9359 приемы для компенсации каждой из указанных погрешностей в отдельности, например погрешности от нелинейности открытого канала и остаточного напряжения компенсируются путем использования дифференциальных ИДН.

Но дифференциальные ключи требуют для управления противофазного напряжения и, кроме того, обладают инструментальной погрешностью, обусловлен- >0 ной несимметричностью характеристики U = f (8) {где Uz — выходное напряжение ключей, — относительная длительность импульсов). Компенсация погрешности, обусловленной им пульсными помехами коммутации требует специальных схемных решений.

Цель изобретения — повышение точ- ности множительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное время-импульсное множительное устройство, содержащее генератор треугольного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен ко входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один из вхо30 дов которого подключен к выходу повторителя, а другой вход подключен к выходу источника первого входного сигнала, первый импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам источника второго входного сигнала, первый фильтр нижних частот, вход кото- 40

Iporo подключен к выходу первого импульсного делителя напряжения, aseден второй импульсный делитель напряжения, второй фильтр нижних частот и блок вычитания, управляющий

45 вход второго импульсного делителя напряжения подключен к выходу порогового элемента, первый и второй информационные входы соответственно подключены к прямому и инверсному 50 выходам источника второго входного сигнала, а выход подключен ко входу второго фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соответственно подключены к N первому и второму входам блока вычитания, выход которого является выходом устройства.

77 4

Повышение точности достигается путем компенсации погрешностей рабочего

ИДН с помощью дополнительного специально подобранного второго ИДН с параметрами идентичными рабочему

ИДН и управляемого меандром.

На фиг. 1 приведена функциональная схема время-импульсного множительного устройства; на фиг. 2 — эпюры рабочих напряжений.

Время-импульсное множительное устроиство со,-".ржит генератор треугольного напряжения 1, состоящий из интегратора 2, повторителя 3, порогового элемента 4, блок сравнения 5, импульснь1е делители напряжения {ИДН)

6 и 7, фильтры нижних частот 8 и 9, блок вычитания 10, источники первого и второго входных сигналов 11 и 12, резисторы 13, диоды 14 и транзисторы 15.

Выход повторителя 3 подключен к одному входу блока сравнения 5, другой вход которого подключен к выходу источника первого входного сигнала

11. Выход блока сравнения 5 подключен к управляющему входу ИДН 6, информационные входы которого подключены к источнику второго входного сигнала 12. Выход ИДН 6 соединен со входом фильтра нижних частот 8, выход которого соединен с первым входом блока вычитания 10. Выход порогового элемента 4 подключен к управляющему входу ИДН 7, информационные входы которого соединены с источником второго входного сигнала 12, а выход подключен ко входу фильтра нижних частот 9, выход которого подключен ко второму входу блока вычитания 10.

Время-импульсное множительное устройство работает следующим образом.

Треугольное напряжение с выхода генератора треугольного напряжения (выход повторителя 3) подается на один вход блока сравнения 5, на другой вход которого поступает первый входной сигнал Ч, от источника 11.

В момент равенства сравниваемых сигналов на выходе блока сравнения 5 происходит изменение знака напряжения до следующего момента равенства сравниваемых напряжений. C изменением уровня входного сигнала (фиг. 2) изменяется ширина импульсов на выходе блока сравнения 5 пропорционально первому сомножителю У .

935977. Промодулированная по ширине последовательность импульсов управляет

ИДН 6, который осуществляет амплитудную модуляцию импульсной последовательности напряжением Ч от источника второго входного сигнала 12. Промодулированная по ширине и амплитуде импульсная последовательность подается на фильтр нижних частот 8, который выделяет постоянную составляющую 10 пропорциональную произведению V< и V . Эта постоянная кроме точного произведения КЧ„ V содержит некоторую добавку ЬV, обусловленную погрешностями амплитудного модулятора 15 (ИДН 6), так как погрешность амплитудного, модулятора определяется нелинейностью ключей, остаточным напряжением биполярных транзисторов, импульсными помехами, то возникают боль-zp шие сложности при попытках компенсаций этих погрешностей каждой в,отдельности.

Представляется более, перспективным другой путь — путь комплексной компенсации указанных источников погрешностей. Дпя этого необходима полная идентичность параметров рабочего и компенсирующего. ИДН. Для того, чтобы осуществить компенсацию ошибки необходимо выделить ее из полезного сигнала, а затем вычесть ее ! с помощью разностной схемы из того же сигнала. Для этого на управляющий вход компенсирующего ИДН 7 идентичного по параметрам рабочему ИДН 6 подается меандр с выхода порогового элемента 4. Наличие меандра на входе как ИДН 7 так и ИДН 6 в идеальном случае должно давать нулевое напряжение на выходе фильтра нижних частот 9 и фильтра нижних частот 8 во всем диапазоне изменений Ч, так как в этом случае количество заряда, накопленного конденсатором Фильтра нижних частот в течение положительного перепада напряжения точно равно количеству заряда, отданного конденсатором в течение отрицательного перепада напряжения. Однако, в реальных устройствах такого не наблюдается. Из-за наличия нелинейности:открытых ключей и коммутационных помех, на выходе фильтра нижних частот наблюдается некоторое напряжение

ЬЧ, которое является некоторой ( функцией входного напряжения ДЧ„,2

1(Ч ). Наличие постоянного смещения, вызванного остаточным напряжением транзисторных ключей можно скомпенсировать введением дополнительного компенсирующего источника на выходе фильтра нижних частот 8, но температурный дрейф сводит на нет эффективность такой компенсации. Таким образом, подавая меандр на ИДН 7, с его выхода мы снимаем напряжение

6V, которое включает в себя всю сумму погрешностей, свойственных данному типу ключей. При достаточно высокой степени идентичности используемых

ИДН имеем ДЧ,1 — ЬЧд (где ЬЧ1. - погрешность ИДН 6 и,Ч вЂ” погршеность

ИДН 7). Напряжение на выходе фильтра нижних частот 8 равно Ч „= К.Ч к х V + ЬЧ1, а напряжения на выходе фильтра нижних частот 9 - Ч ь, — — в,Ч, принимая во внимание, что ЬЧ1 ЬЧ имеем V15b,„ ÜV, тогда выходное напряжение на выходе блока вычитания равно

ВЪ!х ВьЯrt Qb)X

Применение компенсирующего ИДН уменьшает погрешность перемножения в широком диапазоне изменения входных напряжений, а при достаточно хорошем тепловом контакте компенсирующего ИДН с рабочим (что всегда возможно) достигается хорошая компенсация и температурных уходов упомянутых источников погрешностей. Применение время-импульсного множительного уст- ройства в системах автоматического управления и идентификации позволяет повысить точностЬ управления технологическими процессами.

Формула изобретения

Время-импульсное множительное устройство, содержащее генератор треугольного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен к входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу повторителя, а другой вход подключен к выходу источника первого входного сигнала, первый импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выхо935977 иг. дам источника второго входного сигнала, первый фильтр нижних частот, вход которого подклюЧен к выходу nepsoro импульсного делителя напряжения, о т л и ч а ю щ,е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй импульсный делитель напряжения, второй фильтр нижних частот и блок вычитания, управляющий вход второго импульсного делите- 1О ля напряжения подключен к выходу порогового элемента, первый и второй информационные входы соответственно подключены к прямому и инверсному выходам источника второго входного 15 сигнала, а выход подключен к входу второго фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижных частот соответственно подключены к первому и второму входам блока вычитания, выход которого является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смолов В.Ь. Аналоговые вычислительные машины. И., "Высшая школа", 1 972, с. 342.

2. Приборы и техника эксперимента. 1978, М 4, с. 154, рис. 1 (прототип) .

ВНИИПИ Заказ 4214/53

Тираж 731 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4