активный двухполюсник

Формула изобретения

1. АКТИВНЫЙ ДВУХПОЛЮСНИК, имитирующий полное сопротивление, отличающийся тем, что устройство содержит управляемый источник тока, функциональный блок и вычитатель, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым выводами активного двухполюсника, имитирующего полное сопротивление, и соединены соответственно с первым и вторым выводами управляемого источника тока, управляющий вход которого соединен с выходом функционального блока, вход которого соединен с выходом вычитателя.

2. Двухполюсник по п. 1, отличающийся тем, что функциональный блок является регулируемым.

3. Двухполюсник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управляемый источник тока выполнен на инвентирующем и неинвентирующем "заземленных" управляемых источниках тока, выходы которых являются соответственно первым и вторым выводами управляемого источника тока, а управляющие входы объединены и являются управляющим входом управляемого источника тока.

4. Двухполюсник по п. 2 или 3, отличающийся тем, что регулируемый функциональный блок выполнен с применением регулируемого имитатора "заземленного" сопротивления.

5. Двухполюсник по п. 1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что функциональный блок содержит дополнительный управляемый "заземленный" источник тока, управляющий вход которого является входом функционального блока, а выход соединен с выводом блока "заземленной" нагрузки и является выходом функционального блока.

6. Двухполюсник по п. 5, отличающийся тем, что дополнительный управляемый "заземленный" источник тока является регулируемым.

7. Двухполюсник по п. 5 или 6, отличающийся тем, что блок "заземленной" нагрузки выполнен с применением гиратора.

8. Двухполюсник по п. 5, 6 или 7, отличающийся тем, что блоком "заземленной" нагрузки является регулируемый имитатор "заземленного" сопротивления.

9. Двухполюсник по п. 8, отличающийся тем, что в функциональный блок введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с регулирующим входом регулируемого имитатора "заземленного" сопротивления, а вход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом функционального блока.

10. Двухполюсник по одному из пп. 1 8, отличающийся тем, что функциональный блок содержит на своем входе последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки сигналов и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом последующего каскада функционального блока, а вход аналого-цифрового преобразователя является входом функционального блока.

11. Двухполюсник по п. 10, отличающийся тем, что выходом функционального блока является выход цифроаналогового преобразователя.

12. Двухполюсник по п. 9, 10 или 11, отличающийся тем, что блок цифровой обработки сигналов является регулируемым.

13. Двухполюсник по п. 9, 10, 11 или 12, отличающийся тем, что блок цифровой обработки сигналов выполнен на постоянном запоминающем устройстве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в устройствах различного назначения (в любых радиоэлектронных устройствах).

Цель изобретения повышение точности имитации полного сопротивления и технологичности изготовления, задание и регулирование зависимости полного сопротивления двухполюсника от параметров сигналов на нем, регулирование любых параметров и характеристик двухполюсника и задание любых свойств двухполюсника.

Это достигается тем, что устройство содержит вычитатель, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым выводами активного двухполюсника и соединены соответственно с первым и с вторым выводами управляемого источника тока, управляющий вход которого соединен с выходом функционального блока, вход которого соединен с выходом вычитателя. С целью регулирования любых параметров и характеристик двухполюсника функциональный блок может быть регулируемым. Управляемый источник тока может быть выполнен на инвертирующем и неинвертирующем "заземленных" управляемых источниках тока, выходы которых являются соответственно первым и вторым выводами управляемого источника тока, а управляющие входы объединены и являются управляющим входом управляемого источника тока. Регулируемый функциональный блок может быть выполнен с применением регулируемого имитатора "заземленного" сопротивления. Функциональный блок может содержать дополнительный управляемый "заземленный" источник тока, управляющий вход которого является входом функционального блока, а выход соединен с выводом блока "заземленной" нагрузки и является выходом функционального блока. Дополнительный управляемый "заземленный" источник тока может быть регулируемым. Блок "заземленной" нагрузки может быть выполнен с применением гиратора.

В качестве блока "заземленной" нагрузки может быть использован регулируемый имитатор "заземленного" сопротивления. В функциональный блок могут быть введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с регулирующим входом регулируемого имитатора "заземленного" сопротивления, а вход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом функционального блока. Функциональный блок может содержать на своем выходе последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок цифровой обработки сигналов и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом последующего каскада функционального блока, а вход аналого-цифрового преобразователя является входом функционального блока. В качестве выхода функционального блока может быть использован выход цифроаналогового преобразователя. Блок цифровой обработки сигналов может быть регулируемым. Блок цифровой обработки сигналов может быть выполнен на постоянном запоминающем устройстве.

Через двухполюсник протекает ток

i UK_ФБS, где U напряжение на двухполюснике или на выходе вычитателя 1;

К_ФБ комплексный коэффициент передачи функционального блока 2;

S крутизна преобразования напряжения в ток управляемым источником тока 3.

Тогда сопротивление двухполюсника

Z=

Регулируя К_ФБ, можно получать самые различные полные сопротивления двухполюсника. Задавая соответствующую функцию К_ФБ от параметров сигналов на двухполюснике (например, от U), можно получить нужную функцию Z от параметров сигналов на двухполюснике (например, можно получить нужную вольт-амперную характеристику), причем эту функцию можно регулировать, регулируя функцию К_ФБ от параметров сигналов на двухполюснике (например, функцию К_ФБ от U). Можно получать любые свойства двухполюсника (даже ранее считавшиеся недостижимыми) путем соответствующего выполнения функционального блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема активного двухполюсника, имитирующего полное сопротивление; на фиг.2 пример построения специальной микросхемы DAI, предназначенной для построения активного двухполюсника, и пример выполнения на ней регулируемой емкости; на фиг.3 пример выполнения активного двухполюсника, имитирующего полное сопротивление, с использованием регулируемого имитатора "заземленного" сопротивления 9; на фиг.4- пример выполнения активного двухполюсника с цифровым управлением, имеющего программно-заданную и регулируемую зависимость его полного сопротивления от напряжения на двухполюснике.

Устройство содержит вычитатель 1, предназначенный для формирования напряжения разности напряжений на его входах; регулируемый функциональный блок 2 для формирования сигнала, соответствующего заданной функции от его входного сигнала; управляемый источник тока 3 для преобразования напряжения на его управляющем входе в ток.

Управляемый источник тока 3 выполнен на неинвертирующем 4 и инвертирующем 5 "заземленных" источниках тока, управляемых напряжением.

Регулируемый функциональный блок 2 выполнен на регулируемом "заземленном" источнике тока 6, управляемом напряжением, и блоке "заземленной" нагрузки 7, выполненной на гираторе 8 и конденсаторе С₁.

Регулируемый "заземленный" источник тока 6, управляемый напряжением, может быть выполнен, например, на умножающем цифроаналоговом преобразователе и дополнительном неинвертирующем "заземленном" источнике тока, управляемом напряжением, выход которого является выходом регулируемого "заземленного" источника тока 6, управляемого напряжением, а управляющий вход соединен с выходом умножающего цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения и цифровой вход которого являются соответственно управляющим и регулирующим входами регулируемого "заземленного" источника тока 6 управляемого напряжением.

Примеры выполнения вычитателя 1, умножающего цифроаналогового преобразователя (например, на микросхемах К 572 ПАIА и К140УД6), неинвертирующего 4, инвертирующего 5 и дополнительного неинвентирующего "заземленных" источников тока, управляемых напряжением, приведены, например, в кн. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. Энергоатомиздат, 1988; Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. М. Энергоатомиздат, 1987. Пример выполнения гиратора см.например, Мигулин И.H. и Чаповский М. З. Интегральные микросхемы в радиоэлектронных устройствах. Киев. Технiка, 1985.

Все элементы устройства, за исключением конденсатора C₁, выполнены в виде специальной микросхемы DAI.

Работает устройство следующим образом.

Сопротивление двухполюсника:

Z Сопротивление блока "заземленной" нагрузки 7:

Z_зн= jC₁ где Z сопротивление конденсатора С₁;

круговая частота;

С₁ емкость конденсатора С₁.

Напряжение на выходе регулируемого функционального блока 2

U_ФБ= UA S_oZ_зн где S_o начальная крутизна преобразования напряжения в ток регулируемым "заземленным" источником тока 6, управляемым напряжением;

А коэффициент регулирования крутизны блока 6 по цепи его аналогового регулирующего входа;

N и N_макс соответственно числовое значение и максимальное числовое значение двоичного кода на цифровом регулирующем входе блока 6 (в данном случае N_макс= 2¹⁰ 1024).

Тогда коэффициент передачи регулируемого функционального блока 2

K_ФБ= A S_oZ_зн

Сопротивление двухполюсника

Z где S крутизна преобразования напряжения в ток блоками 4 и 5.

Так как в данном случае

Z_зн= jc₁,то сопротивление двухполюсника

Z

Это значит, что устройство имитирует регулируемую емкость

C C₁S_oS A

Если конденсатор С₁ подключить к выводу 6 микросхемы DAI, а вывод 7 соединить с цепью ОВ (блокировать действие гиратора 8), то

Z_зн= Z=

Z j т.е. устройство будет имитировать регулируемую индуктивность

L

Такими же способами можно подключить к микросхеме DAI вместо конденсатора С₁ индуктивность, тогда при первом способе подключения (к выводу 7 микросхемы DAI) устройство будет имитировать регулируемую индуктивность, а при втором способе подключения (к выводу 6 микросхемы DAI) регулируемую емкость.

На фиг.3 приведен пример выполнения двухполюсника с использованием регулируемого имитатора "заземленного" сопротивления 9. В этом случае

Z_зн= Z_им, A=1, = 1

Z где Z_им полное сопротивление. имитируемое регулируемым имитатором "заземленного" сопротивления 9.

Если вывод блока 9 соединить с выводом 7 микросхемы DAI, а не с выводом 6, и вывод 7 отсоединить от цепи ОВ, то в этом случае

Z_зн= , A=1, = 1

Z

Для регулирования сопротивления двухполюсника могут быть также использованы регулирующие входы микросхемы DAI (выводы 5,11.20 микросхемы DAI), в этом случае

A var, var

На фиг. 4 приведен пример выполнения активного двухполюсника с цифровым управлением, имеющего программно-заданную и регулируемую зависимость его полного сопротивления от напряжения на двухполюснике. Это устройство дополни- тельно содержит аналого-цифровой преобразователь 10, предназначенный для преобразования напряжения в цифровой код; блок цифровой обработки сигналов 11, предназначенный для формирования выходного цифрового кода в соответствии с определенной функцией от его входных цифровых кодов, выполненный на постоянном запоминающем устройстве 12. Блоки 10 и 12 могут быть выполнены, например, соответственно на микросхемах К1107ПВ2 и К556РТ16. В этом случае

Z_зн Z_им [f(U), N₁]

А 1,

Z где [f(U),N₁] множество функций f(U), хранящихся в постоянном запоминающем устройстве 12, выбираемых цифровым кодом N₁ на дополнительном цифровом регулирующем входе;

f(U) -функция Z_им от напряжения на двухполюснике U.

Если вывод блока 9 отсоединить от вывода 6 микросхемы DAI и соединить с выводом 7, который нужно отсоединить от цепи ОВ, то

Z= = A=1

Z [f(U), N₁]

При имитации только активного сопротивления двухполюсника вместо регулируемого имитатора "заявленного" сопротивления 9 может быть использован цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединяется с выходом блока цифровой обработки сигналов 11, а выход является выходом функционального блока 2 и соединяется с выводом 4 микросхемы DAI, вывод 6 которой ни с чем не соединяется. Цифроаналоговый преобразователь может быть выполнен, например, на микросхеме К1118ПАIА. В этом случае двухполюсник будет иметь программно-заданную и регулируемую вольт-амперную характеристику, а его сопротивление

Z где (U,N₁) множество функций К_фб от U, соответствующих определенным вольт-амперным характеристикам двухполюсника и выбираемых цифровым кодом N₁.

При соответствующем выполнении функционального блока 2 достигается зависимость сопротивления двухполюсника от любых других параметров сигналов на двухполюснике (выходное напряжение функционального блока 2 в этом случае является функцией не только от напряжения U, но и от других параметров его входного сигнала).

Используя в качестве функционального блока 2 (вход которого соединяется с выводом 3 микросхемы DAI, а выход с выводом 4) различные элементы, устройства и системы, можно получать двухполюсник с различными свойствами, в том числе и ранее не известными. Например, при использовании в качестве блока 2 "заземленного" частотного фильтра (например, электромеханического или цифрового) получается двухполюсник со свойствами частотного фильтра ("незаземленный" частотный фильтр). При использовании в качестве блока 2 регулируемой линии задержки получается двухполюсник, в котором можно регулировать отставание тока от напряжения в принципе на любое время, что ранее считалось невозможным. Свойства активного двухполюсника, имитирующего полное сопротивление, определяются свойствами элементов, устройств и систем, используемых в качестве функционального блока 2.

Техническая эффективность предложенного устройства заключается в повышении точности имитации полного сопротивления и технологичности изготовления, задании и регулировании зависимости полного сопротивления от параметров сигналов на двухполюснике, регулировании любых параметров и характеристик двухполюсника и задании любых свойств двухполюсника.