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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 283

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

или

 

с = /< ,-/„,

(И .24)

где /„, Iо.с — токи, протекающие соответственно через резисторы R„

и Ro.c.

Но

,Ux - ит .

/о _

/л =

£/»-£/в-

где £/вх, t/вых ■—напряжения на входе и выходе усилителя соответ­ ственно.

Подставляя эти значения в (11.24) и учитывая, что в схеме преобразователя принимается R„ = Ro, получаем

ЦВ*

UПых

 

 

_

Ub

UttX

 

R0. с

 

 

 

Ro

 

 

Ro ’

отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IJ

ВЫХ

U

ВХ

=

Д о

Vе7 X

— U )

и

 

^

----

 

^ 9 / *

Но

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

]

______U пых

 

 

 

 

 

 

ВХ

 

 

К у

 

где Ку — коэффициент усиления усилителя без обратной связи. Поэтому

Так как

1КУ

принимается очень большим (40000—50000), то

величиной

тг-

можно пренебречь. Окончательно получаем

 

К у

 

 

 

(И.25)

Напряжение UBbix подается на электронное реле. Если /Увых положительно, на выходе реле будет также положительное напря­ жение, достаточное для открывания вентилей В'п, B'n_v ■.., В\.

При отрицательном

f/BbIX напряжение на выходе реле отрицатель­

но и вентили В'п,

Вп' _,, .. ., В\ остаются в закрытом состоянии.

Следовательно, в зависимости от.знака напряжения £/вых импульс, появившийся на выходе п' коммутатота, проходит или не проходит

через

вентиль Вп’ на

нулевой вход триггера Тгп. Если UBь:х>0,

т. е.

UX<U3, триггер

Тг/г устанавливается в нулевое положение,

365


вследствие чего вентиль В„ закрывается и резистор Rn отключает­ ся от входа усилителя. Если же Н„ых<0, т. е. UX>U 3, триггер Тг/г остается в единичном положении, резистор R„ через открытый вентиль В„ по-прежнему связан с входом усилителя, и ток /„ бу­ дет участвовать в дальнейшем процессе преобразования.

На этом заканчивается первый этап очередного цикла преобра­ зования. В результате его выполнения формируется значение стар­ шего разряда кода, определяемого положением триггера Тгп; оно равно 1, если E/.v> £/э, или равно 0, если UX<U3.

Пусть в результате первого этапа в старшем разряде кода по­ лучена 1, т. е. триггер Тгп остался в единичном положении. В на­

чале второго этапа

появляется

сигнал на

выходе (п— 1)

комму­

татора, которым триггер Тг(п — 1)

устанавливается

в

положе­

ние 1. При этом вентиль

Вп_1 открывается и через резистор R/(_,

начинает протекать

ток

/л_1.

Уравнение

для

токов

принимает

вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I О. С — Л )

A l

I п — \ ‘

 

 

 

 

Отсюда

 

U , - U a

Us- U BX

Us -

и0

 

 

Упх-Ув,,ч-

 

 

R,

 

Rn

 

Rп

 

R„-1

 

 

Но

 

R„_i = 2R „ =

2R0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поэтому

1

° Г In

[ и . - и . - Щ - '

\ _

Ro^c TJ

1

2R0

или

( 1 +

К

 

R° c \

Ro

( и

_

 

 

)

 

 

2RоКу)

\

х

9

2

 

 

Обычно Ro.o мало отличается от R0, поэтому, пренебрегая ве­

личинами малого

порядка,

окончательно

получаем

 

 

 

 

 

£/вых =

- ^

 

 

-

-т -) •

 

 

0 1 -26)

Если полученное на выходе усилителя напряжение положи­

тельно, что соответствует случаю,

когда {LJX — UB— ^ - ) < 0 ,

то

сигнал на выходе

(п— 1)' коммутатора

проходит через открытый

вентиль В'п_j

и устанавливает триггер

Тг(п— 1)

в нулевое

по­

ложение. При

этом

вентиль

Вп_х

закрывается

и

резистор

Rn_j

отключается от входа усилителя. При ( и х — ----напря-

 

 

жение Пвых отрицательно, вентиль

В'п_х закрыт,

триггер Тг(/г— 1)

остается в единичном положении и через резистор R„_,

по-преж­

нему протекает ток

In_v

В результате

в

(п — 1)-м

разряде

кода

366


получается либо 0, либо 1. На этом заканчивается второй этап преобразования.

Рассуждая аналогично

и учитывая,

что R;J_2 = Т- R„ = 22 R0,

во время третьего этапа получим

 

 

Ro.c ( ту

г,

U*

U,

И т . д .

U

— U

—-^1

 

Ro '-/ х

^ 9

2

2 2

 

В конце цикла преобразования, после того как коммутатор вы­

даст 2п сигналов

(«-разрядность

преобразователя),

будем иметь

t 'ьл (I}

II

_ ^ э________

; •

_Уъ______(Л

'R o Г *

3

 

2

2

 

2п~ 2

2 " - 1

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

= —

и

 

-----у

 

Г

(11.27)

 

 

Ro V х ‘r - ' J ' - i

 

Выражение (11.27)

можно записать в общем виде так:

 

 

 

Ro

 

 

иа

 

 

 

 

^вых

__*

и --------

л

 

 

 

Ro

\

х

о п - 1

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А — яд_, 2” 1+ ап_22”

2 +

... 4- а12 +

а02° = 2

^ft2fc,

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к=н—1

причем величина ал принимает значение 1 или 0.

Таким образом, в конце цикла в регистре фиксируется код, пропорциональный Ux.

Основными факторами, которые ограничивают точность пре­ образования напряжения в код в рассмотренной схеме, являются точность изготовления «взвешенных» резисторов, стабильность эта­ лонного напряжения, дрейф нуля усилителя, чувствительность электронного реле.

§ 11.7. Преобразователи цифровых кодов в аналоговые величины

Для осуществления связей ЦВМ с аналоговыми машинами и устройствами в основном используются преобразователи двоич­ ных цифровых кодов в электрические величины, как правило, в напряжения постоянного тока; применяются также преобразова­ тели кодов во временные интервалы. Преобразователи цифровых кодов в механические перемещения используются сравнительно редко. Основным способом преобразования кодов в напряжения является суммирование напряжений или токов, «взвешенных» по двоичному закону, т. е. относящихся друг к другу как целые сте­ пени числа два. Такие напряжения или токи получают с помощью специальных схем, включающих в свой состав либо набор рези­

367


сторов с номиналами сопротивлений, относящихся друг к другу как целые степени числа два, либо сетки, или аттенюаторы, ре­ зисторов.

Преобразователи с суммированием напряжений на аттенюа­ торе резисторов. Такие преобразователи — одни из наиболее про­ стых схем, преобразующих коды в напряжения. В них исполь­ зуется только один источник эталонного напряжения, а преобра- зующе-суммирующая часть строится на резисторах с сопротивле­ ниями всего двух номиналов. Несмотря на простоту схемы такие преобразователи позволяют осуществлять преобразования кодов с относительной погрешностью около 0,1 % •

х 3

х г

х,

х 0

Рис. 11.15. Преобразователь с суммированием

напряжений на аттенюа­

 

торе

резисторов

 

Принципы построения преобразователей с суммированием на* пряжений на аттенюаторе резисторов рассмотрим на примере схе­ мы рис. 11.15, преобразующей 4-разрядные коды. Собственно пре- образующе-суммирующая часть схемы включает ключи К и атте­

нюатор, составленный из резисторов

с

номиналами

сопротивле­

ний R и 2R. Триггерный регистр для

размещения преобразуемого

кода

может

и не относиться к схеме

преобразователя.

В

каждом

разряде преобразователя

используется

по два клю­

ча, управляемых напряжениями с выходов соответствующего триг­ гера. Если триггер Trt находится в состоянии 1, то открыт ключ Кт, и эталонное напряжение Нэт через точки деления Ni ат­ тенюатора подается на выход схемы. Если триггер Тп находится в состоянии 0, то открыт ключ К- и соответствующая точка деле­

ния N{ через сопротивление 2R подключается к общей шине, на­ ходящейся под нулевым потенциалом.

368


Как следует из рассмотрения схемы рис. 11.15, весь преобразо­ ватель состоит из одинаковых разрядных элементов. При этом в каждой разрядной схеме нагрузкой для источника эталонного напряжения является эквивалентное сопротивление, равное 3R. Поэтому коэффициент передачи напряжения от ключа, т. е. от точки Mi, к точке N{ равен 1/3. Коэффициент же передачи напря­ жения от точки Ni к точке N{+\ равен 1/2, что и требуется для «взвешивания» разрядных напряжений. Для установления значе­ ний коэффициентов передачи строят эквивалентные схемы для слу­ чаев преобразования кодов с единицей в одном из разрядов [17].

Учитывая значения коэффициентов передачи напряжений, по­ лучаем в случае «-разрядного преобразователя

г т __

1

тт у

^ вы х

з_2 « - 1

8Т •

Таким образом, рассмотренная схема действительно преобра­ зует двоичные цифровые коды в пропорциональные им напряже­ ния постоянного тока.

Преобразователи с суммированием токов на аттенюаторе рези­ сторов относятся к числу наиболее точных преобразователей ко­ дов в электрические величины. Высокая точность преобразования достигается за счет использования в каждом разряде отдельного стабилизированного источника тока и обеспечения одинаковой на­ грузки для всех разрядных источников тока. Постоянство нагруз­ ки для источников достигается построением схемы аттенюатора, включающего в свои состав резисторы с сопротивлением только двух номиналов. В рассматриваемых преобразователях исполь­ зуется только по одному ключу на каждый разряд.

Общие принципы построения преобразователей с суммирова­ нием токов на аттенюаторе резисторов не зависят от количества разрядов преобразуемых кодов. Это позволяет рассмотреть их на примере простого преобразователя (рис. 11.16). Собственно пре­

образующую часть схемы составляют аттенюатор,

выполненный

из резисторов с номиналами сопротивлений R и 2R,

ключи Ко. Кь

Кг, Кз и источники тока 10, К, К, 1зТриггерный регистр для раз­ мещения преобразуемого кода может и не относиться к схеме преобразователя. Все используемые в схеме источники тока имеют одинаковую величину тока I и очень большое внутреннее сопро­ тивление, что практически исключает взаимовлияние источников при их подключении к схеме аттенюатора.

Преобразование кода в напряжение в схеме рис. 11.16 проис­ ходит следующим образом. Триггеры регистра исходного кода

управляют ключами,

подключающими

разрядные источники тока

к схеме аттенюатора.

Если /-й разряд

кода содержит единицу,

то соответствующий триггер находится в состоянии 1 и открывает ключ Kj. Источник Ij подключается к схеме аттенюатора, и его ток участвует в формировании выходного напряжения. Этот ток, протекая по резисторам, создает падение напряжения, которое с

369