Название: Вестник Ульяновского государственного технического университета (В.В. Ефимов)

Жанр: Гуманитарный

Просмотров: 1133


Аналоговые устройства на кодоуправляемых реляторах

 

Рассмотрены новые реляторные устройства, в которых настройка на воспроизведе- ние заданной операции или функции осуществляется без каких-либо структурных из- менений. Приведены графики воспроизводимых функций, а также выражения,  пояс- няющие принцип работы указанных устройств.

 

Предметная область реляторной схемотехники [1], основанная на логи- ко-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 релятор- ной схемотехники возможно построение широкой номенклатуры сетей и систем, ориентированных на высокопроизводительную обработку непре- рывной (аналоговой) информации в режиме реального времени.

В работе [2] рассмотрен кодоуправляемый релятор [пат. РФ 2112276],

который позволил усовершенствовать целый ряд известных схемотехниче-

ских решений различных реляторных устройств, в частности, расширить функциональные возможности рангового фильтра [пат. РФ 2124754], по- зиционных 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 схемотехниче- ские решения нескольких аналоговых устройств (линейно-квадратичного аппроксиматора, формирователя типовых нелинейных функций и ампли- тудного фильтра), иллюстрирующие указанное достоинство.

Линейно-квадратичный аппроксиматор [3,4] (рис.1) содержит вычита-

тель A, перемножитель M и кодоуправляемый релятор RL, в состав которо- го входят дифференциальный компаратор напряжения C, булевый логиче- ский элемент «исключающее ИЛИ» L, замыкающий  S  и размыкающий

P 0,1 аналоговые ключи, причем при подаче на управляющий вход клю-

чей логической единицы ключ S замкнут, ключ S разомкнут, а при подаче логического нуля имеем обратную картину.

 

 

Рис. 1. Схема линейно-квадратичного аппроксиматора

 

Напряжения на основном Z 2  и дополнительном Z1 выходах указанного аппроксиматора определяются выражениями

Z2  Z1x1  x2 ,

 

Z1 

f x1I x1  x2  x2 I x1  x2 

f x2 I x1  x2  x1 I x1  x2 ,

где x1 , x2

есть информационные аналоговые сигналы (напряжения);

 1

í

 

ï

 
I k   P

 0

при при

при

k  0 k  0 k  0

 

 

(1)

есть     единичная      функция,

P 0,1

            заданная         двоичная        константа,

I k   1  I k ;

f  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

2

 
 x1 x1  x2   x1

Z           

 

 x1 x2

2

 

при

 

x1  x2 ,

2          x  x

 x    x x           x

при

x   x

  2     1          2          1   2     2          1          2

а при  f   1  функцию

Z          x2 x1  x2   x1 x2

 

2

 
 x2

 

при

 

x1  x2

2   

 x x

 

 x    x 2

 

 x x

 

при

,

x   x

  1     1          2          1

1   2     1          2

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

 

 

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 замеща-

ются. По дополнительному выходу аппроксиматора при  f   0  f   1

вос-

производится непрерывно-логическая       дизъюнкция

Z1  maxx1 , x2 

(рис.3а)           (конъюнкция

Z1  minx 1 , x2 

(рис.3б)),        а          также  функция

Z1  x1 I x1 

(рис.3в) ( Z1  x1 I x1 

(рис.3г)) фильтрации верхних (нижних)

уровней сигнала x1 .

 

Рис.3. Графики функций, воспроизводимых аппроксиматором

 

На рис.4 приведена схема формирователя типовых нелинейных функ- ций [5], содержащего кодоуправляемый релятор RL, замыкающий S и раз- мыкающий  S аналоговые ключи. Здесь и в дальнейшем изложении пере- ключательный входной вывод релятора, отмеченный зачерненной точкой, является размыкающим.

Напряжения на выходах формирователя (рис.4) определяются выраже-

ниями

Z1  x1 I Z1   x   x2 I Z1   x,

Z 2  

f x3 I Z1  x   x I Z1  x

f xI Z1  x   x3 I Z1  x,

 

где x и x1 , x2 , x3

x2

 x1 

 

есть аналоговые сигналы (напряжения) соответ-

ственно на его информационном и настроечных входах;

ная функция (1).

I k  есть единич-

 

 

Рис. 4. Схема формирователя типовых нелинейных функций

 

Следовательно, формирователь (рис.4) при  f   0 воспроизводит гисте- резисную функцию (рис.5б) с наклонным участком обратной, а при  f   1  гистерезисную функцию (рис.5в) с наклонным участком прямой ветви ха- рактеристики. При этом по выходу Z1 воспроизводится функция прямо- угольного   гистерезиса,   график   которой   изображен   на   рис.5а.   Если

x1  x2

 x 3   x

или  x1  x2

 x3  0 , то указанный формирователь при

f   0    f   1

воспроизводит          соответственно         положительную         модуль-

функцию

Z 2    xI  2x  xI  2x  x

(рис.6а)  (инвертированную            мо-

дуль-функцию

Z 2   xI  2 x  x I  2 x   x

(рис.6б))         или      функцию

Z 2   xI  x

(рис.6в)

Z 2

 xI  x 

(рис.6г)

фильтрации верхних (ниж-

них) уровней сигнала x.

 

 

Рис.5. Графики функций, воспроизводимых формирователем

 

 

Рис.6. Графики функций, воспроизводимых формирователем

 

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 RL, дифференциальный компаратор напряжения C, замыкающий S и размыкающий S аналоговые ключи.

Воспроизводимая фильтром (рис.7а) операция определяется выражени-

ем

Z  f xI x  x1 I x  x2   x I x  x1 I x  x2 

 f xI x  x1 I x  x2   x I x  x1 I x  x2 ,

где x и

x1 , x2

есть аналоговые сигналы (напряжения) соответственно на

информационном и настроечных входах фильтра;

I k  есть функция (1).

Следовательно, при

f   0

указанный фильтр выполняет режекторную

(рис.7б), а при

f   1селекторную (рис.7в) фильтрацию уровней сигнала x.

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