Степенной преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления квадратного корня с малой погрешностью и высоким быстродействием. Цель изобретения - повышение инструментальной точности измерений. Преобразователь содержит сумматор, блок деления и источник опорного напряжения с соответствующими связями. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления квадратного корня с малой погрешностью и высоким быстродействием в большом динамическом диапазоне.

Известно устройство [1] для извлечения квадратного корня, содержащее последовательно генератор тактовых импульсов, интегратор, блок сравнения, ключ, сглаживающий фильтр, с выхода которого постоянная составляющая сигнала поступает в обратную связь интегратора.

Недостатком устройства являются дрейф интегратора, влияющего на погрешность преобразования, в режиме малого сигнала. Устройство не обладает высоким быстродействием.

Известно другое устройство [2] содержащее компаратор, усилитель, интегратор, сумматор, вход которого соединен с выходом устройства, а выход квадратора поступает на вход сумматора как обратная связь устройства. В установившемся режиме получают на выходе напряжение, пропорциональное корню квадратному из входного напряжения.

Устройство обладает в установившемся режиме погрешностью около 0,3% однако при этом необходим прецизионный квадратор. Устройство не обладает высоким быстродействием.

Известно другое устройство [3,а] с использованием логарифмического и антилогарифмического усилителей.

Устройство весьма простое, однако обладает температурной погрешностью из-за использования нелинейных участков характеристик р-н переходов полупроводниковых приборов.

Известно другое устройство [3,б] для извлечения квадратного корня, содержащее блок деления, на первый вход которого поступает входное напряжение, а выход устройства подключен к второму входу блока деления в качестве обратной связи.

Устройство простое, однако имеет погрешности преобразования для сигналов малой величины.

Наиболее близким по техническим решениям и используемым общим блокам является степенной преобразователь [4] содержащий множительно-делительный блок и два сумматора, причем первый вход преобразователя подключен к первому и второму входам множительно-делительного блока, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого является выходом преобразователя, который соединен также с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к третьему входу множительно-делительного блока, вторые входы сумматоров объединены и подключены к второму входу преобразователя.

Преобразователь обладает высоким быстродействием, методическая погрешность преобразования равна нулю, однако инструментальная погрешность преобразования входных сигналов малой величины будет значительно увеличиваться, так как к используемому множительно-делительному блоку предъявляются высокие требования во всем динамическом диапазоне.

Целью изобретения является повышение точности преобразования в большом динамическом диапазоне.

Цель в степенном преобразователе, содержащем блок деления и два сумматора, причем первые входы сумматоров объединеы, выход первого сумматора подключен к первому входу блока деления, достигается тем, что в него введен источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока деления, выход которого соединен с первыми входами сумматоров и является выходом преобразователя, вход которого подключен к второму входу первого сумматора.

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе предлагается и реализуется математическое выражение, при котором к блоку деления существенно снижаются требования, так как в данном случае блок деления должен обеспечивать высокую точность не во всем динамическом диапазоне, а при входных сигналах в интервале (Xmax/2)XXmax.

Схема степенного преобразователя представлена на чертеже.

Преобразователь содержит: первый сумматор 1, второй сумматор 2, блок 3 деления, источник 4 опорного напряжения.

Блоки в преобразователе соединены следующим образом. Первый вход первого сумматора 1 и первый вход второго сумматора 2 объединены и соединены с выходом блока 3 деления, а также с выходом преобразователя. Вход преобразователя соединен с вторым входом первого сумматора 1. Выход сумматора 1 соединен с первым входом блока 3 деления. Выход источника 4 опорного напряжения соединен с вторым входом второго сумматора 2. Выход второго сумматора 2 соединен с вторым входом блока 3 деления.

Предлагаемый степенной преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение, например Ux, численно равное входной величине X, поступает на второй вход первого сумматора 1, на первый вход которого поступает напряжения Uвых с выхода преобразователя. Таким образом на выходе первого сумматора 1 получают напряжение U1, равное U1=Ux + Uвых.

Напряжение Uвых с выхода преобразователя поступает на первый вход второго сумматора 2, на второй вход которого поступает напряжения Uоп постоянного тока с выхода источника 4 опорного напряжения. Таким образом на выходе второго сумматора 2 получают напряжение U2, равное U2=Uоп + Uвых.

На выходе блока 3 деления получают напряжение Uвых U1/U2, равное: Uвых (Ux + Uвых)/(Uоп + Uвых) (1) Напряжение Uоп выбирают такой величины, чтобы для блока 3 деления выполнялось следующее равенство: U3=U1/Uоп=U1 (2) Для этого выбирают масштабный коэффициент для блока 3 деления таким, чтобы выполнялось следующее равенство: U3=Uоп/Uоп=Uоп (3) Решаем уравнение выражения (1) относительно Uвых, тогда получим: UвыхUоп+U2вых= Uх+Uвых (4) Из (2) следует, что UвыхUоп Uвых, поэтому после упрощения (4) получаем U2вых= Ux (5)
Из (5) получаем и после подстановки в (1) получаем математическое выражение, которое реализует предлагаемый преобразователь:

Выбираем Ux(max)=Uоп, тогда из (2) получаем
Следовательно, знаменатель в (6) изменяется не во всем динамическом диапазоне, а в ограниченном, что и позволяет повысить инструментальную точность преобразования.

D заявляемом преобразователе сумматоры выполнены на операционных усилителях, а блок деления на микросхеме типа 525 ПС2А.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 369579, кл. G 06 G 7/20, 1973.

2. Авторское свидетельство N 648994, кл. G 06 G 7/20, 1979.

3. Алексеенко А.Г. Коломбет Е.А. Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС, М. Сов. радио, 1980 а)с. 100 101; б) с. 90 91.

4. Авторское свидетельство СССР N 1166145, кл. G 06 G 7/20, 1985 (прототип).


Формула изобретения

Степенной преобразователь, содержащий блок деления и два сумматора, выход первого сумматора подключен к первому входу блока деления, первый вход второго сумматора является входом преобразователя, отличающийся тем, что в него введен источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход второго сумматора подключен к второму входу блока деления, выход которого соединен с вторыми входами сумматоров и является выходом преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин, и может быть использовано в устройствах автоматики при решении задач преобразования координат, определения модуля вектора

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам извлечения корня квадратного из суммы квадратов трех величин, и может быть использовано в различных устройствах для преобразования координат, определения модуля вектора, когда требуется точность измерения и высокое быстродействие

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам извлечения корня квадратного из суммы квадратов нескольких величин, и может быть использовано в вычислительных устройствах для преобразования координат, определения суммарного вектора, когда требуются точность преобразования и высокое быстродействие

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления корня квадратного из разности квадратов двух величин

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя в различных устройствах, где требуется вычисление квадратного корня с высокой точностью в большом динамическом диапазоне

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя для вычисления с высокой точностью корня квадратного из разности известной и неизвестной величин, изменяющихся в большом динамическом диапазоне, при определенных соотношениях между этими величинами

Изобретение относится к аналоговым вычислительным устройствам и может быть использовано для возведения значения сигнала в степень

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при построении спецвычислителей, АЦП для вычисления значения степенной функции Y=Xm на выходе устройства от величины входного сигнала Х и степени m, а также для вычисления значения логарифма или антилогарифма величины входного сигнала

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в метрологии при создании аналоговых групповых эталонов

Изобретение относится к измерительной технике, системам связи и радионавигации

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для вычисления корня квадратного из разности известной и неизвестной величин

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для вычисления квадратного корня из чисел, представленных в двоичной системе в форме с фиксированной запятой. Технический результат заключается в повышении быстродействия при получении результата извлечения квадратного корня за счет досрочной выдачи результата без снижения точности. Технический результат достигается за счет устройства для вычисления квадратного корня, которое содержит регистр операнда, регистр остатков, регистр результата, первый и второй сумматоры, группы элементов И, регистры сдвига, блок анализа разности, блок задания знака, блок управления, блок фиксации нулевого состояния. 1 ил., 1 табл.
Наверх