Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

выполнено с любой практически необходимой точностью. Основ­ ные источники ошибок второго этапа:

— неопределенность в расположении сигналов УИ1 и УИ2 от­ носительно синхронизирующих импульсов СИ;

— нестабильность частоты генератора ГСИ.

В течение периода Тс„ импульса генератора ГСИ управляю­ щие сигналы УИ[ и УИ2 могут появиться в любой момент с рав­ ной вероятностью. При этом создаются две погрешности в изме­ рении временного интервала (рис. 11.12), одна из которых (ДтО положительна, так как измеренный временной интервал больше фактического (первый импульс СИ, пройдя на счетчик, представ­ ляет величину Тси, в то время как ТCh>Ati), а другая (Дт2) от-

Рис. 11.12. Расположение управляющих импуль­ сов относительно синхронизирующих

рицательна. Погрешность Дц легко ликвидируется путем синхро­ низации У!^ с синхронизирующими импульсами с помощью, на­ пример, делителя частоты (рис. 11.11, а). Коэффициент деления делителя частоты выбирается в соответствии с максимальной дли­ тельностью временного интервала, пропорционального их, и часто­ той /СпПогрешность Дт2, которая принципиально неустранима, мо­ жет быть уменьшена за счет повышения частоты /си-

Основными причинами, вызывающими погрешность преобразо­ вания напряжения во временной интервал, являются следующие:

—отклонения скорости изменения напряжения Нф от номи­ нальной;

—нелинейность развертки напряжения и$\

—неточность определения момента совпадения их и «ф.

Первые две причины обусловлены точностью работы фантастрона, а последняя — чувствительностью нуль-органа (схемы сравнения).

В качестве нуль-органа обычно применяются амплитудные компараторы. Примером может служить диодно-регенеративный компаратор (рис. 11.13) с управляемым коэффициентом обратной связи [46]. На вход компаратора подаются отрицательные преоб­ разуемое напряжение их и пилообразное напряжение « ф . Усили­ тельный каскад собран на транзисторе Т, в коллекторной цепи которого включен трансформатор с выходной обмоткой WBHX и обмотками обратной связи. Обмотки W\ и W2 включены так, что

360

через Wi осуществляется положительная обратная связь, а через W2— отрицательная.

>1 — иф1» диод Д, открыт, а диод Д2 закрыт, так как к его аноду приложено более отрицательное напряжение, переданное через открытый диод Дь В этом случае действует положительная обрат­ ная связь: на базу транзистора прикладывается напряжение с об-

Р ис. 11.13. Д и о д и о - р е г е н е р а т и в н ы й к ом п ар атор с у п р а в л я е м ы м к о эф ф и ц и е н т о м о б р а т н о й связи

чего схема не генерирует. В начале очередного цикла преобразо­

стотой, определяемой параметрами схемы.

Быстродействие подобных компараторов определяется следую­ щими факторами:

— при переходе к генерации — временем формирования фронта выходного импульса (это время составляет 0,1—0,3 мксек);

— при срыве генерации — дискретным характером выходного сигнала, вследствие чего ошибка в определении момента совпа­ дения их и Цф может быть равна периоду следования импульсов блокинг-генератора.

Чувствительность диодно-регенеративных амплитудных ком­ параторов находится в пределах от 20—30 до 0,2—0,5 мв.

361

Преобразуемое напряжение их может быть как положитель­ ной, так и отрицательной полярности, поэтому для фиксации знака необходимо в счетчике иметь знаковый разряд. Один из возмож­ ных способов учета знака состоит в том, что в схеме преобразо­ вателя имеется один амплитудный компаратор, сравнивающий на­ пряжения, например, только положительной полярности. Если же их имеет отрицательную полярность, то оно предварительно инвер­ тируется. При этом вырабатывается сигнал, который устанавли­ вает триггер знакового разряда счетчика в единичное положение.

Другой способ учета знака их предусматривает наличие двух компараторов, в одном из которых осуществляется сравнение пи­ лообразного напряжения с нулевым, а в другом— сравнение пило­ образного напряжения с преобразуемым. Последовательность их срабатывания определяется полярностью пх. Если от фантастрона на компараторы поступает линейно-падающее напряжение, а на­ пряжение их отрицательно, то сначала срабатывает первый ком­ паратор (компаратор нуля), а затем второй. При положитель­ ном их последовательность срабатывания компараторов будет об­ ратной. Фиксация очередности срабатывания производится тригге­ ром знака счетчика, нулевой вход которого подключен к выходу первого компаратора, а единичный — к выходу второго.

Если их положительно, то сигналом от второго компаратора триггер знака сначала устанавливается в положение 1, а затем сигналом от первого компаратора возвращается в нулевое поло­ жение. Следовательно, со счетчика будет считано положительное число. При отрицательном их сигнал сначала поступает на нулевой вход триггера знака, не изменяя его состояния, а затем на единич­ ный, устанавливая триггер в положение 1. Со счетчика будет счи­ тано отрицательное число.

Преобразователи напряжения в код с промежуточным преоб­ разованием во*временной интервал обладают следующими преиму­ ществами: простотой схемного построения, возможностью использо­ вания широко известных и хорошо отработанных элементов, удоб­ ством построения многоканальных схем, сравнительно высокой точностью преобразования (0,1—0,5% и даже 0,025%).

Быстродействие таких преобразователей ограничивается, глав­ ным образом, допустимой частотой следования синхронизирующих импульсов, т. е. частотными характеристиками триггеров счет­ чика.

Преобразователи сравнения и вычитания с обратной связью.

Общая идея построения преобразователей сравнения и вычитания состоит в том, что мгновенное значение преобразуемого напряже­ ния Ux последовательно сравнивается с рядом известных эталон­ ных напряжений Ug, величины которых образуют убывающую по­ следовательность чисел, являющихся целыми степенями основа­ ния 2 (например, 256, 128, 64, 32 и т. д.). Если эталонное напря­ жение больше 0 Х, то оно пропускается и для сравнения берется следующее меньшее эталонное напряжение. При этом на выходе преобразователя в данном разряде кода фиксируется нуль. Если

362

же эталонное напряжение меньше преобразуемого, то оно вычи­ тается из последнего и в данном разряде кода фиксируется еди­ ница. В результате на выходе образуется код, эквивалентный ве­

личине и х- Преобразователи сравнения и вычитания могут быть разде­

лены на две большие группы:

— преобразователи без цепи обратной связи, разделяющиеся

всвою очередь на многоэталонные и одноэталонные;

—преобразователи, имеющие обратную связь между выходом

ивходом.

Преобразователи первой группы построены по типу разомкну­ тых систем. Имеющаяся в них обратная связь охватывает только один каскад преобразователя, поэтому сравнение и вычитание производятся внутри каждого каскада последовательно, начиная с каскада, который обеспечивает формирование значения старшего разряда кода.

Преобразователи без обратной связи — многоэталонные и одно­ эталонные— являются довольно сложными и обеспечивают срав­ нительно невысокую точность преобразования — 0,8—0,4%, что со­ ответствует семи — восьми двоичным разрядам. Быстродействие их очень высокое: время одного цикла составляет около 10 мксек. Это объясняется тем, что полный цикл преобразования состоит из операций покаскадного сравнения и вычитания, которые на элек­ тронных схемах выполняются за доли микросекунды.

В преобразователях второй группы, построенных в виде замк­ нутых систем, U:с всегда сравнивается с суммой эталонных напря­ жений, поступающих по цепи обратной связи. Они относятся к ка­ тегории двусторонних преобразователей со сравнением аналоговых величин. Одним из основных элементов в их схеме является пре­ образователь кода в напряжение, варианты построения которого описаны ниже.

Точность работы преобразователей с обратной связью опреде­ ляется точностью работы схемы сравнения и преобразователя кода в напряжение, включенного в цепь обратной связи. Она составляет примерно 0,1%, достигая в некоторых случаях 0,025%, что соот­ ветствует 12-разрядному двоичному числу.

Рассмотрим работу циклического преобразователя напряжения

единице старшего разряда кода (рис. 11.14). Преобразуемое на­ пряжение Ux подается через резистор Ro на вход суммирующего операционного усилителя постоянного тока с отрицательной об­ ратной связью.

В цепи обратной связи преобразователя имеется ' матрица ре­ зисторов R„, Rn-i, •••, Ri, величина которых пропорциональна по­ следовательности чисел, представляющих собой целые степени ос­ нования 2, т. е. R j: R2: Rs : ...: R„ = 2n_1:2"~2: 2"~3:. ..: 2°.

Такие резисторы называются «взвешенными». Они подключа­ ются на вход усилителя с помощью вентилей Bn, B„_i, , . Bi,

363

которые управляются сигналами, поступающими с единичных вы­

ГСИ, распределяет их на своих выходах всегда в последователь­ ности п, п', п — 1, (n — 1)', .... 1, 1', т. е. последним появляется сигнал на выходе V.

Рис. 11.14. Циклическим преобразователь напряжения в код

собратном связью

Впроцессе преобразования производится сравнение «взвешен­ ных» токов (т. е. токов, пропорциональных последовательности чисел, являющихся целыми степенями основания 2), протекающих

через резисторы R„, Rn-ь ..., Ri, с током /0, протекающим че­ рез RoОперации сравнения и вычитания выполняются с помощью усилителя.

В начале очередного цикла преобразования триггеры регистра устанавливаются в нулевое положение. Затем появляется импульс на выходе п коммутатора, которым триггер Тг/г переводится в единичное положение. При этом вентиль Вп открывается и рези­ стор Rn подключается к входу усилителя. Тогда, учитывая направ­ ление токов, имеем

/о — Лз.с Iп

361