Аналоговые устройства на кодоуправляемых реляторах

УДК 681.335

Д.В.АНДРЕЕВ

АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА НА КОДОУПРАВЛЯЕМЫХ РЕЛЯТОРАХ

Рассмотрены новые реляторные устройства, в которых настройка на воспроизведение заданной операции или функции осуществляется без каких-либо структурных изменений. Приведены графики воспроизводимых функций, а также выражения, поясняющие принцип работы указанных устройств.

Предметная область реляторной схемотехники [1], основанная на логико-алгебраическом аппарате предикатной алгебры выбора и элементном базисе реляторов, привлекает в последнее время все большее внимание инженеров и ученых. Этот интерес обусловлен тем, что в рамках реляторной схемотехники возможно построение широкой номенклатуры сетей и систем, ориентированных на высокопроизводительную обработку непрерывной (аналоговой) информации в режиме реального времени.

В работе [2] рассмотрен кодоуправляемый релятор [пат. РФ 2112276], который позволил усовершенствовать целый ряд известных схемотехнических решений различных реляторных устройств, в частности, расширить функциональные возможности рангового фильтра [пат. РФ 2124754], позиционных коммутатора [пат. РФ 2117330] и мультиплексора-демультиплексора [пат. РФ 2117329], повысить нагрузочную способность адресного коммутатора [пат. РФ 2103735] и др.

Однако основным достоинством устройств на кодоуправляемых реля-торах является то, что их настройка на воспроизведение двойственной операции или функции осуществляется цифровым управляющим сигналом без каких-либо структурных изменений. Ниже приводятся схемотехнические решения нескольких аналоговых устройств (линейно-квадратичного аппроксиматора, формирователя типовых нелинейных функций и амплитудного фильтра), иллюстрирующие указанное достоинство.

Линейно-квадратичный аппроксиматор [3,4] (рис.1) содержит вычита-тель А, перемножитель Ми кодоуправляемый релятор ЯЬ, в состав которого входят дифференциальный компаратор напряжения С, булевый логический элемент «исключающее ИЛИ» Ь, замыкающий £ и размыкающий р е {0,1} аналоговые ключи, причем при подаче на управляющий вход ключей логической единицы ключ £ замкнут, ключ £ разомкнут, а при подаче логического нуля имеем обратную картину.

1

13Г ГШ

I

А

М —7-2

Рис. 1. Схема линейно-квадратичного аппроксиматора

Напряжения на основном 22 и дополнительном 2Х выходах указанного аппроксиматора определяются выражениями

2 2 = 21(х1 - х2 )' 21 = /( - Х2 )+ Х21( - Х2 )]+ /ХI( - Х2 )+ Х1I( - Х2 где х1, х 2 есть информационные аналоговые сигналы (напряжения);

1 при к > 0 ¡

0 при к < 0

есть единичная функция, Р е {0,1} - заданная двоичная константа,

I(к) = 1 -1(к); f е {0,1} здесь и в дальнейшем изложении есть цифровой

управляющий сигнал, f — 1 - f.

Таким образом, линейно-квадратичный аппроксиматор (рис.1) при f — 0 воспроизводит функцию

22

1 (х1 X 2 ) — Х1 Х1X 2 при Х1 > X 2

2 (Х1 - х 2 ) — Х1х 2 - х

при

а при f — 1 - функцию

22

2 (Х1 - Х 2 ) = Х1Х 2 - Х 2 при

х

Х1 (Х1

Х1 < Х 2

Х1 > Х 2

Х

)

Х

х1 х 2 при х1 < х 2

графики которых изображены соответственно на рис.2а и рис.2б.

а \ б

Рис.2. Графики функций, воспроизводимых аппроксиматором

Согласно рис.2а области определения линейного и квадратичного участков воспроизводимой функции расположены соответственно слева и справа от точки сопряжения. Согласно рис.2б указанные области взаимно замещаются. По дополнительному выходу аппроксиматора при f = 0 (f = 1) воспроизводится непрерывно-логическая дизъюнкция = max(x:, x 2 ) (рис.За) (конъюнкция Z: = min(x:, x2) (рис.Зб)), а также функция Z: = x11 (x:) (рис.Зв) (Zx = xx I (x:) (рис.Зг)) фильтрации верхних (нижних) уровней сигнала x:.

tZi

х2=0

х2=0

Z1

а б в г

Рис.3. Графики функций, воспроизводимых аппроксиматором

На рис.4 приведена схема формирователя типовых нелинейных функций [5], содержащего кодоуправляемый релятор КЬ, замыкающий £ и размыкающий 5 аналоговые ключи. Здесь и в дальнейшем изложении переключательный входной вывод релятора, отмеченный зачерненной точкой, является размыкающим.

Напряжения на выходах формирователя (рис.4) определяются выражениями

2Х = х1I(1 - х)+ х21( - х), 2 2 = 1 [хз I ( 1 - х)+ х12 - х)]+1 [х1( - х)+ хз I( 1 - х)],

где х и х1,х2,х3 (х2 < х1) есть аналоговые сигналы (напряжения) соответственно на его информационном и настроечных входах; I (к) есть единичная функция (1).

.V

з"

х-

Р1-

¡Ткю

Рис. 4. Схема формирователя типовых нелинейных функций

Следовательно, формирователь (рис.4) при / = 0 воспроизводит гисте-резисную функцию (рис.5б) с наклонным участком обратной, а при / = 1 -гистерезисную функцию (рис.5в) с наклонным участком прямой ветви характеристики. При этом по выходу 21 воспроизводится функция прямоугольного гистерезиса, график которой изображен на рис.5 а. Если х1 = х2 = х 3 = -х или х1 = х2 = х 3 = 0, то указанный формирователь при

/ = 0 (/ = 1) воспроизводит соответственно положительную модуль-функцию 22 = — х1 (- 2х) + х1 (- 2х) = |х| (рис.ба) (инвертированную модуль-функцию 22 = х1 (— 2 х) — х1 (— 2 х) = —| х| (рис.бб)) или функцию 22 = х1 (— х) (рис.бв) (22 = х1 (— х) (рис.бг)) фильтрации верхних (нижних) уровней сигнала х.

Хг

у

х2 к Х1 ,

X

У \ 2

к х2 к / :Х1 5

V X

а б в

Рис.5. Графики функций, воспроизводимых формирователем

х2 * к 2 / ¿X, ,

/ V X

хг х-

^ О ГГ 1 х.

X

и

7

С

> X, /1 ,

V Х2

а б в

Рис.7. Схема амплитудного фильтра и графики воспроизводимых функций

Схема амплитудного фильтра [6] приведена на рис.7а и содержит кодо-управляемый релятор КЬ, дифференциальный компаратор напряжения С, замыкающий £ и размыкающий 5 аналоговые ключи.

Воспроизводимая фильтром (рис.7а) операция определяется выражением

2 = / [х1 (х - х1)/ (х - х 2) + х1 (х - х1)/ (х - х 2)]+

+ /[х1 (х - х:))(х - х2) + х1 (х - х:))(х - х2)], где х и х:, х2 есть аналоговые сигналы (напряжения) соответственно на информационном и настроечных входах фильтра; I (к) есть функция (1).

Следовательно, при f = 0 указанный фильтр выполняет режекторную (рис.7б), а при f = 1 -селекторную (рис.7в) фильтрацию уровней сигнала х.

В заключение следует отметить патенты [7-11], в которых предложены аналоговые устройства на кодоуправляемых реляторах, также обладающие возможностью кодовой настройки на заданный алгоритм обработки информации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волгин Л.И. Синтез устройств для обработки и преобразования информации в элементном базисе реляторов. Таллинн: Валгус, 1989. 179 с.

2. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Номенклатура операций и функций, воспроизводимых кодоуправляемым релятором. УлГТУ. Ульяновск, 1997, 11 с. Деп. в ВИНИТИ № 1236-В97.

3. Андреев Д.В. Функциональный преобразователь с кодовым управлением// Тр. Международ. науч.-техн. конф. «Методы и средства преобразования и обработки ана-

логовой информации». Ульяновск: УлГТУ, 1999. Т. 2. С. 53-54.

4. Патент РФ 2143737. Линейно-квадратичный аппроксиматор/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

5. Патент РФ 2143731. Гистерезисный преобразователь/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

6. Патент РФ 2144258. Амплитудный фильтр/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 10.01.2000. Бюл. № 1.

7. Патент РФ 2143732. Двухпороговый дискриминатор/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

8. Патент РФ 2143739. Логическое устройство для ранговой обработки аналоговых сигналов/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

9. Патент РФ 2143734. Динамический гистерон/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

10. Патент РФ 2143733. Нелинейный преобразователь/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

11. Патент РФ 2143740. Адресный идентификатор/ Д.В.Андреев. Заявлено 16.02.99. Опубл. 27.12.99. Бюл. № 36.

Андреев Дмитрий Васильевич, кандидат технических наук, окончил радиотехнический факультет Ульяновского политехнического института. Доцент кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ. Имеет статьи и патенты в области вычислительной и кибернетической техники.

УДК 621.317.33.001

А.А. ТЮКАВИН, П. А. ТЮКАВИН, С.Н. ДУГУШКИН, Т. А. ХАЗИЕВ, А.А. ТЮКАВИН

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ ЭКСТРЕМАЛЬНЫМИ МОСТАМИ

Рассмотрен обеспечивающий удовлетворительную сходимость способ измерения параметров трёхэлементных двухполюсников частотно-независимыми мостами переменного тока, снабжёнными экстремум-детектором, то есть амплитудным нуль-индикатором (АНИ).

Использованию экстремальных частотно-независимых мостов переменного тока, являющихся наиболее точными, препятствуют чрезвычайно сильные связи между контурами уравновешивания по трём регулируемым параметрам (РП) плеча сравнения, содержащего регулируемый трёхэлементный двухполюсник [1].