Функциональный частотный преобразователь

Функциональный частотный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий последовательно включенные суммирующий масщтабный усилитель, первый ключ, интегратор и первый, компаратор, выход которого является выходом преобразователя , отличающийся тем, что, с целью расширения класса вос .производимых функций, он содержит блок задания постоянных коэффициентов , выполненньй в виде резистивных делителей напряжения, триггер, программньм переключатель, восемь переключателей режимов работы, масштабньй усилитель, пять Т1нверторов, пять сумматоров, второй и третий ключи : и первьй и второй блоки преобразования напряжения в частоту, каждый из которых вьшолнен в виде последовательно соединенных ключа, интегратора, между входом и выходом которого включен другой ключ, и компаратора, восемь выходов программного переключателя соединены с первыми входами соответствующих переключателей режимов . работы, а его девятый выход подключек к управлякяцим входам второго и третьего ключей, информационные входы которых подсоединены к выходам компараторов первого и второго блоков преобразования напряжения в частоту, а выходы объединены и подключены к первому установочному входу триггера , подсоединенного вторым установочным входом к выходу первого компаратора , два выхода триггера под-, ключены соответственно к управля Ш1ИМ входам первого ключа и ключей перво го блока преобразования напряжения в частоту, выходы пяти сумматоров под- .ключены соответственно к другому вхо) ду интег{)атора, к информаш онному входу ключа первого блока преобразования напряжения в частоту, к друго-Nry входу и 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 выхода первого переключателя режимов работы подключены соответственно непосредственно через первый инвертор и через масштабньшс усилитель к первому входу первого , сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя режимов работы, два выхода третье .го переключателя режимов работы под ключены непосредственно и через второй инвертор к пepвo гy 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 сум

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С 06 С 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3614141/24-24 (22) 06.07.83 (46) 23.10,84. Бюл. Р 39 (72) В.Д.Циделко и А.З.Булгаков (53) 681 3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 376882, кл. Н 03 К 13/20, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 457178, кл. Н 03 К 13/20, 1975 (прототип) . (54) (57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно включенные суммирующий масштабный усилитель, первый ключ, интегратор и первый компаратор-, выход которого является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения класса вос производимых функпий, 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, интегратора, между входом и выходом которого включен другой ключ, и компаратора, восемь выходов программного переключателя соединены с первыми входами соответствующих переключателей режимов .

1 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, а выходы объединены и 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 ключей перво го блока преобразования напряжения в частоту, выходы пяти сумматоров подключены соответственно к другому вхо1 3 ду интегратора, к информационному g входу ключа первого блока преобразо- %Ф Ф вания напряжения в частоту, к другому входу и 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 выхода первого переключателя режимов работы подключены соответственно непосредственно через первый инвертор и через масштабный усилитель 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- а рой инвертор 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 сум1 1 Z0365 коэффи)п1ентoB. маторя, второй вход которо-о соеди— нен )" выходом шестого переключателя режимов работы, два выхода седьмого переключателя режимов работы подключелы непосредственно и через четвертый:r raepтор к первому входу третьеГО СУк;>raTOPG, ВтОРОй ВХОД КОТОРОГО соединен с выходом восьмого переключателя режимов работы, вход четвертого сумматора непосредственно и первый вход пятого сумматора через инвертор подключены к гходу преобразовятеля и вторым входам первого, Изобретение относите.я к апалого1)ой, впалого цифровой вычислительной технике и может бьггь использовано прн построснии вычислительнь)х машин, мокрел)11)ук)щ))х устройств, измеритель- 5 пых фу)псциональных преобразователей и

11лфор) яцион io.èsr!åðèòåëbíbiõ систем.

Из))естеп 1)ункциональный преобразо-BGTåëB напряжения B частоту,. содсржаший и тегра) ор с зарядным резистором па входе, пуль-орган, подключенный к вьг опу ннтегратopa, формирователь напряжения обратной связи, включенный между выходом нуль-органа и входом интегратора, параллельно зарядному резистору г)глючен г1олевой транзистор, saTBop которого соединен с выходом нуль-оргarra . Устройство просто и надажно $1j .

Однако в нем в).гпслняется только gp к вядрятичная функция преобразования.

Наиболее близким к изобретению является частотный преобразователь содержащий интегратор, выполненный на с11ерационном усилителе, компаратор,>5 сoe))пленный с выходом интегратора, электронный ключ, соединенный с выходом камнаpGTopa> источник перезаряда конденсатора интегратора, выполненный в виде масштабного усилите- ЗО ля вход которого соединен с входом п.>ее ">ðasoBGTåëÿ и интегратора а выход — с электронным клк)чом и первым

B.<опом интегратора ).21 .

Недостатком известного преобразо- 35 вателя являются его ограниченные

<1)ункц)1ональные возможности, так как

-iðBòüåãо пятого и седьмого переключателей режимов работы, второй вход пятого сумматора соединеп с вторыми входами вторсго, 1етвертого и вось-:ого переключателей ргжимоь работы, гретьи входы которых подключены к

c ooTBc Tc TBórîrrärr BbMojIGM блока задания постоянных коэффициентов, третий вход пятого и четвертые входы шесто. о и восьмого переключателей режимов работы соединены с соответствующими

Bbro)arm блока задания постоянных реализуется только линейная функционяльпяя зявисимость °

Цель изобрете)гия — расширение ;-;J!Gcca воспроизводимь)х функций.

Поставленная цель достигается тем, что функциональный частотный преобраз оват ель, с.одержащий последоват ельно включенные суммирующий масштабный усилитель, г)ервый ключ, интегратор и первый компяратор, выход которогo является выходом преобраз ователя, содержит также блок задания постоянных коэффициентов, выполненный в виде резистивных делителей напряже1)ия, триггер, программный переключатель, восемь переключателей режимс13 работы, масштабный усилитель, пят ь и1:вертсрсв, пят ь с ммяторов, второй и третин ключи и первый и второй блоки преобразования напряже) .ия в частоту, каждый из когсрых выполнен B виде последовательно соединенных кл)оча, интегратора, )между вхо— дом и выходом которого включен другой ключ, и компаратора, восемь Bbr ходов программного переключателя сое— динены с. первыми входами соответствуюrrrrv переключателей режимов работы, G его девятый выход подкл)очен к управляющим входам второго и третьего ключей, информационные входы которых одсоединены к выходам компараторов г:ервого и второго блоков преобразоваг .;)ÿ напряжения в частоту, а выходы с:5ьединены и подключены к первому . становочному входу триггера,, подсоединенного вторыч установочным вхо1120365 дом к выходу первого компаратора, два выхода триггера подключены соответственно к управляющим входам пер вого 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 fo 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 выхода первого переключателя режимов ,работы подключены соответственно непосредственно,через первый инвертор и через масштабный усилитель к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя режимов работы, два выхода третьего переключателя режимов работы подключены непосредственно и через второй инвер- 25 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-З5 жимов работы подключены непосредственно и через четвертый инвертор к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом восьмого переключателя режи- 40 мов работы, вход четвертого сумматора непосредственно и первый вход пятого сумматора через инвертор подключены к входу преобразователя и вторым входам первого, третьего, пя- 45 того 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 режимов

55 работы соединены с соответствующими выходами блока задания постоянных коэффициентов.

На фиг. l 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 вход риггера 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 соеди нен 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 вьжодом компаратора 10, а его управляющий вход — с управляющим входом ключа l6 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 непосредственно. Второй вход сумматора 20 соединен с выходом переключателя 24. Первый вход сумьярующего масштабного усилителя 4 соединен с первым 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 вьиодом. переключателя

1120365

30, а его второи вход соединен с выходом перекл1очателя 31. Второй вхоц компаратора 10 соединен с выходом сумматора. 32, первый вход которого соединен с первым и вторым выходами переключателя ЗЗ соответственно через инвертор 34 и непосредственно, а его второй вход соединен с выходом переключателя 35. Вход 36 преобра10 зователя соедипен с первыми входамь1 переключателей 21, 25, 30 и 33, сумматора 37 и входом инвертора 38. Выход сумматора 37 соединен с входом ключа 11, выхоц инвертора 38 — с г;ервым входом сумматора 39, выход которого соединен с другим выхоl>,oì компаратора 15> а его второй вход соецинен с .входами переключателей 24, 27 и 35 и ьыходом 40 блока 41 задания постоянных коэффициентов. Выходы 42 и 43 бло-20 ка 41 задания постоянных коэффициентов соединены с вход" ии переключателя 31, выход 44 — с входом пЕреключатсля 35, выход 45 — с соответствующим входом перекл1очателя 31, выход

46 — с входом переключателя 27 и входом перекл1очателя 35, . выход 4 7 с входами переключателей 24 и 30, Программный переключатель 19 вида функции вь1ходами 48-55 соединен сост-30 ветственно с управляющими входами перек>почателей 2 1, 24, 25, ? 7, 30> 3 1 9

33 и 35.

Элементы структуры ФЧП могут быть реализованы на основе аналоговых, циф- 5 ровых, аналого-цифровых интегральных схем, Например, блок 41 постоянных ко—

=-фф:1циентов выполняется в виде резис40 тивных делителей напряжения, программный перекпючатель l9 вида функции в Биде зал оми на1ощих у с 7p OHc TB FIB мик росхемах серии 565РУ2, переключатели

21, 24, 25„27, 30, 31, 33 и 35 — на

1:1икросхсмах К155ИДЗ, 543КИ1, инвер45 торы 26, 29„34 и 38, сумматоры 4, 20, 28, 32, 37 и 39, масштабные усилители 22, 23 — на микросхемах

140УД7, кл1очи 3, 6, 7, 1 1, 12 16 и

17 — а микросхемах 543КН1, интеграто-о0 ры 1 9, 14 — на операционных усилителях 140УД7 и конденсаторах К74П-3,, компараторы 2, 10 и 15 — на. ми сро схемах 521СА2, триггер — на ьа1êðoсхеме К155ÒÂ1. 53

Преобразователь работает следуюпег.1 образом (фиг, 2) .

Если в исходный момент времени на второй вход основного интегратора 1 подается входная промежуточная величина Х, то происходит ее интегрирова1IHp в прямом направлевии до уровня ограничения X (фиг. 2а) компараDg тора 2, который, срабатывая, переключает триггер 5.

Сигналом инверсного вых оца триггера 5 открывается ключ 3,, сигналом прямого выхода открывае-ся ключ 6 и закрывается ключ 7 первой функцио— нальной ячейки 8.

При этом на первый вход интегратора 1 через кл1оч 3 с выхода сум1о1— рующег о масштабного усилителя 4 подается промежуточная величина Х чем обусловливается инвертирование в обратном направлении в течение времени t, которое определяется последовательным интегрированием входных промежуточных переменных Х,Х з

Х,> и Х - в блоках 8 и 13 преобразования напряжения в частоту.

В результате равенства зарядов накопительного элемента интегратора

1 при прямом и обратном интегрировании можно записать. х ) х О 9

) о о гце t — период, следования выходных импульс ов (фиг . 2), откуда частота f. ФЧП определяется выражением

Х, Хо

Временной интервал t начинается в момент сраоатывания ключей 6 и 7 в блоке 8 и поцкл1очен1я входной промежуточной переменной Х„к входу интегратора 9. На выходе интегратора 9 величина Х изменяется по лиИЧ11 ейному закону до уровня ограничения Х 1 (фиг., 2б) компаратора 10, который срабатывая, закрывает ключ

12 и открывает ключ 11 в блоке 13.

f Ъ

В этот момент переключается в режим прямого интегрирования интегра:ор 14 (фиг. 2в), т.е. заканчивается временной интервал t1, начинается, . Ha выходе интегратора 14 ве— личина Хднп изменяется по линейному закону (фиг. 2в) до уровня ограничения Х компаратора 15. Компаратор

15 срабатывает и черeç открытый ключ

1120365

15

20 (3) е..=с +t,, К 1 28Х

0,62 — Х

1 28Х

f »

X 0,62-Х2 (8) 45 (6) К Х„Х, f ь Х Х

16 устанавливает триггер .5 по входу

R в исходное состояние.

Сигналом с инверсного выхода триггера 5 закрывается ключ 3, при этом заканчивается формирование временного интервала to 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 состояние (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 можн о п р едс та вит ь в виде

Х» где

Х2

25 ь

Х; „ (4)

2 Х1 к и ь — постоянные времени интегра2 торов 9 и 14 соответственно, С учетом (3) и (4) выражение (2)

30 принимает вид

X» Х ° Х4

Г. x(xx+x х)

З де ь = ь„

Выражение (5) получаем при установке ключей 16 и 17 в положение б (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; О, 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 сум\ мирующего масштабного усилителя 4, формируя входные промежуточные величины Х » Х » Х2» Х » Х4 и Х5 B соот ветствии с табл. 2.

На примере воспроизведения функ27 . 1 28Х

F ь гь 2

3 0,62 — X

Из табл. 2 следует, что промежуточные переменные имеют следующие выражения:

X =0,79+Х, Х„=Х, Х, =1,28; Х --0,79-Х.

Подставляя их значения в выражение (6), получаем

При выборе коэффициента = 1 выражение (7) примет вид т.е. выходная частота й» преобразователя имеет шесть видов зависимостей от входной величи ны Х (табл . 1 . ) .

Таким образом, преобразователь позволяет реализовать шесть функциональных зависимостей

О

1%

2X»X> tg X tg- — Х»созиХ»агсСК2Х

3 2

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.

i 120365

Пределы измерения входной величины

Реализуемая функциональная зависи масть с0,2

О сХс 1

О xс1 с О, 2

Г =X2

2и 1 28Х

3 0,62 — Х

-0,5 сХ ñ0,5

И

tg

О с Х с 0,98 с0,2

1-4Х л

1+Х

F = cos7iX

Fj с0,17

-О 5 с Х с О 5

1 93Х

F = arctg2X

0,98+Х

-0,5 < X + 0 5 с 0,33, Таблица 2

РеаВходные промежуточные величины ли зуе16 17 21

Хо

35

Х 1 Х„ ная

F) Х 0,79+Х 1,28 0,79-Х

Fg Х 1-Х 2,8-Х 1,8+X 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 1-4Х 1-Х

1-Х

1,93Х 1-Х мая Х функционал ь зависимост

F .Х

F2 Х

Х(2 8-Х)

Х г 2. (1-Х) (1,8-Х) Т а бли ца 1

Погр еш наст ь п 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 а

1120365

11?0365 инт

Хоп инт1 банкя х

Составитель А.Маслов

Редактор О,Юрковецкая Техред Т.Маточка Корректор В.Гирняк

Заказ 7745/38 Тираж 698 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

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

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