Логарифмический преобразователь

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ (iii790 003

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополиитвльное к авт. свид-ву (22) Заявлено 010279 (21) 2721489/18-24

Р1 М (3 с присоединением заявки М 06 С 7/24

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23,12,80, Бюллетень ЙВ 47

Дата опубликования описания 231280 (53) УДК 681. 33Ь.

813 (088.8) (72) Автор. изобретения

A.B.Øìoéëoâ

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова (71) Заявитель (54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ изобретение относится к аналого- вой вычислительной технике и может быть использовано для построения блоков нелинейности АВМ, приборов, систем измерений, контроля и управления.

Известны устройства; основанные на использовании логарифмической зависимости: межэлектродного перехода полупроводниковых приборов, промежутка между различными значениями экспоненциально изменяющегося напряжения, генерируемого при раз-. ряде, заряде энергоемкого элемента активно-реактивной цепи или сгециальными источниками, проходной характеристики специализированных преобразователей (if .

Недостатком известных устройств является функциональная необратимость, т.е. невозможность применения устройства как для логарифмического, так и антилогарифмического преобразования, Схемй укаэанных устройств сложные

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемОму является преобразователь, содержащий модулятор, соединенный своими входами с генератором синусоидального напряжения и источником входного сигнала, сумматор и блок сравнения, в котором первый из указанных недостатков устранен полностью, а второй — н з начительной степени, Достигнуто это за счет введения н схему устройства двух преобразователей напряжение-фаза, выходы которых вместе с выходом модулятора через сумматор соединены а од1О ним из входов блока сравнения, а входы — с генератором сннусоидального напряжения. Второй вход блока сравнения соединен с источником синусо.идального напряжения, а выход — co

1$ вторым входом одного иэ преобразователей напряжения-фаза (21.

Недостатками данного устройства

;являются сложность формирования вы20 ходного сигнала и вследствие этого повышение его погрешность, так как выходной сигнал образуется суммированием трех синусоидальных сигналов одной частоты, формируемых из эадан25 ного синусоидального напряжения специального генератора с помощью весьма сложных в конкретном .исполнении преобразователей: модулятора, нере,гулируемого и регулируемого преобра30 зователей напряжение-,-фаза.

790003

Погрешность выходного сигнала определяется суммой погрешностей, доставляемых каждым иэ названных преобразователей. Выходной сигнал сравнивается с заданным напряжением генератора, а результат сравнения ноэ" цейстнует на регулируемый преобразователь напряжение-фаза, Выходное напряжение последнего отрабатывается с учетом сранниваемых напряжений, что усиливает погрешность устройства, .О в целом. Каждый из формирователей ком. понентов выходного сигнала вносит вклад в погрешность устройства, однако явными источниками погрешности яьляются модулятор и нерегулируемый преобразователь напряжение-фаза. 35

Модулятор предназначен для преобразования входного сигнала постоянного тока в синусоидальный с неизменной фазой и частотой генератора синусоидального напряжения. Любая погреш- Щ ность такого преобразователя (амплитудная, фазовая, нелинейная} является прямой погрешностью всего устройства.

Следовательно, всеми названными видамй аппаратурной погрешности, использованной в известном, молятор обладает. Чтобы их уменьшить, необходимо его выполнить прецизионным. Достигается это применением сложной следящей системы.

Нерегулируемый преобразователь напряжение- фаза вырабатывает синусоилальное напряжение постоянной амплитуды и фазы. Это напряжение фиксирует центр окружности, аппроксимирующей логарифмическую зависимость. Нестабильность параметров названного преобразователя и частоты синусоидального напряжения приводят к смещению центра окружности, а, следона тельно, к погрешности выходного сиг- 40 нала логарифмического функционального преобразователя. Снижение указанной погрешности возможно при построении преобразователя напряжение-фаза на стабильных, заочно регулируемых злец ментах и с коррекцией по частоте, т,е.необходима точная и сложная схема, Амплитудная погрешность генератора синусоидального напряжения, когда модулятор выполнен в ниде следящей системы, сказывается только на величине выходных напряжений преобразователей напряжения нерегулируемого преобразователя напряжение-фаза. Для устранения данных погрешностей не нужен точный генератор синусоидального напряжения, стабильный во времени и прй изменении температуры, т.е. весьма сложное устройство.

Цель изобретения — устранение укаэанных недостатков, т.е. упроще- 40 ние устройства и повышение его точности.

Эта цель достигается тем, что в логарифмический преобразователь введены блок разложения модуля век- 45 тора на ортогональные составляющие, первый и второй преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, второй сумматор и делитель стабилизированного напряжения, причем первый вход блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, второй вход — с выходом блока сравнения, а первый и второй выходы — через перный и BToDoA преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока соединены соответственно с первым входом блока .сравнения и первым входом первого сумматора, перный выход делителя стабилизированного напряжения соединен со вторым входом . первого сумматора, второй выход — с первым входом второго сумматора, нторой вход второго сумматора является входом устройства, а выход второго сумматора соединен со вторым входом блока сравнения, Ввиду названных отличительных признаков, предлагаемое устройство имеет сумматор, соединенный с блоком сравнения и источник синусоидального напряжения. Как видно из перечисленных признаков> предлагаемое изобретение не содержит модулятора и преобразователей напряжение-фаза, которые определяют погрешность и сложность устройства. Вместо данных элементов предлагаемый логарифмический преобразователь содержит простой в реализации блок разложения модуля вектора на ортогональные составляющие преобразователи напряжения переменного тОка в напряжение постоянного тока, сумматоры и делитель стабилизйрованного напряжения. Предлагаемые связи между элементами обуславливают простейшее . формирование выходного сигнала путем суммирования только двух сигналов и при этом постоянного тока: напряжение на одном иэ выходов блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие, которое через преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока становится напряжением постоянного тока, и напряжение от делителя стабилизированного напряжения неизменной величины, Напряжения постоянного тока имеют только амплитудную погрешность.

Что касается фазовой и частотной погрешности блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие, то из- за его антоматической регулировки частотная погрешность не имеет места, а фаэовая ничтожно мало влияет на амплитуду, которая используется для формирования выходного сигнала. Амплитудная погрешность формирователей предлагаемого устройства несоизмеримо меньше погрешнос790003 JJх" иу"— о о кто х, коорцинаты центра окружности радиус; координаты соответственно логарифмической зависимости и окружности коэФфициент аппроксимации; основание логарифма, абсциссы логарифмической кривой и окружности, где

Я и у а и х

Свойство состоит в том, что орто- 4р гональные составляющие, параллельные

1 осям координат у (у") и х (х ), по величине отличаются от. координат логарифмической зависимости на постоянные величины, т,е.

v U -U (v„) и н =U +U„(u„ где U — величина компонента U„

» параллельного оси x„

U — величина компонента и

С параллельного оси у, 50 и U — напряжения, определяющие

"о координаты центра окружности, т.е. напряжение, равное абсциссе логарифмической зависимости-х: точно при логарифмическом и с погрешностью

ax = x — х " при антилогарифмическом U>" преобразованиях;

НЧ и(U ) — напряжение, равное ордина- d0

Ч те логарифмической зависимости у: с погрешностью

ay = у — у" при прямом Н„» и точно при обратном преобразованиях, 55

Ох-ко о

UJ o о тей модулятора и преобразователей напряжение-фаза известного.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 векторно-потенциальная диаграмма.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 разложения модуля вектора в ортогональные составляющие, первый и второй

:преобразователи 3 и 4 напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, блок 5 сравнения, первый сумматорO

6, второй сумма ор 7, делитель 8 стабилизированного напряжения на ортогональные составляющие ° На выходе сумматора 6 образуется выходной сигнал логарифмического преобразователя. 15

Нспользование функциональной схемы для логарифмического преобразо вателя основано на свойстве ортогональных составляющих, на которые разлагается синусоидальное напряже- gO

НИЕ »о (ФИГ. 2), РаВНОЕ ПО ВЕЛИЧИНЕ радиусу окружности (Ч"-чо ) +("- х" 1= и, аппроксимирующей логарифмическую зависимость 25

Отсюда видно, что логарифмическое преобразование осуществляется в последовательности: формируется входной сигнал постоянного тока Нх, далее он вычитается из напряжения U> неизо менной величины, затем отрабатываются составляющие Uz и 6о синусоидального напряжения 5й, исходя из условия, что составляющая ur ðàâíà по величине разности НХ -U Вторая составляющая бс при этом оказывается равной по

3еличине сумме неизменного напряжения Н и напряжения Н», пропорционального логарифму входного сигнала, т.е.

u"=К ЕадаН„.

Аналогично реализуется антилога-. рифмическое преобразование. Входной сигнал постоянного тока Н суммируется с напряжением неизменной величины

U . Далее отрабатываются ортогональ0 о ны:. составляющие U и бс синусоидального напряжения из условия обеспечить равенство величины сумме U + о о

Составляющая н„ при этом равна по величине разности неизменного напряжения ()„О и напряжения н, которое равно антилогарифму входного сигнала, разделенного на коэффициент К, т. еЦ„" = с»л»»Дои Н„л, t3

Устройство работает следующим образом.

fl

Напряжение Uq с выхода генератора

1, равное по величине радиусу аппроксимирующей окружности Р, поступает на блок 2. На выходах данного преобразователя образуются ортогональные составляющие, однако они случайным образом ориентированы относительно осей x (x") и у (у"). Синусоидальные составляющие с помощью преобразователей 3 и 4 превращаются в напряжения постоянного тока, причем при логарифмическом преобразовании на преобразователь 3 подается составляющая, которая по завершению процесса преобразования — составляющая, раво ная U„. Напряжение постоянного тока на выходе преобразователя 3 с помощью блока 5 сравнения сравнивается с напряжением U o- Ох при прямом и НЧ +

+() Ч при обратном преобразованиях.

Указанные напряжения формируются на другом входе. блока сравнения с помощью сумматора 7, на один вход которого поступает входыой сигнад устройства Uq при логарифмировании и НЧ при потенцировании, на другой вход подается заданный сигнал Н при логаРифмическом и 0Чо пРи антилогарифмическом преобразованиях от источника заданных сигналов. Результат сравнения с выхода блока 5 воздействует на другой вход блока 2 ортогональных компонентов. При этом производится отработка ортогональных составляющих пока они не станут равными » и

0 т.е. на выходе преобразователя

3 налряжение постоянного тока не ста790003

1, Авторское свидетельство СССР

Р 297048, кл.. G Об Ь 7/24, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 488224, кл. 6 06 О 7/24., 1975 (прототип) нет равным Нх U» при прямом и

Vy + Uy при обратном преобразованиях.

В этом случае на выходе преобразователя 4 напряжение постоянного тока равно Ус при логарифмировании и при потенцировании. Данное напряжение подается на один из входов .сумматора

6, На другой вход этого сумматора от источника заданных сигналов подается заданный сигнал 0> при логарифмичесо ком и Ч„ при антилогарифмическом прео образованиях. В результате на выходе сумматора 6 образуется напряжение .0„1 У Q которое пропорцио9o i

Ъ нально логарифму входного Сигнала У» т,е. Ох = К 30) U„при прямом преобраз ов анни и 0х = » — U p что 15 равно антилогарифму входного сигнала поделенному на.,коэффициент К, 1 ° 03 т.е. x O><> og †п обратном преобО К разовании.

Предлагаемый логарифмический пре- 2О образователь в отличие от известного состоит из простых, легко реализуемых элементов. Блок разложения модуля вектора в ортогональные составляющие выполнен как простейшая активнореактивная цепь с регулируемым реэис— тором в виде резистивного оптрона.

Преобразователи напряжения переменного тока, в напряжение постоянного тока реализованы как выпрямители на операционных усилителях с быстродействующим сглаживающим фильтром.

Сумматоры, как обычно, выполнены на операционных усилителях. Блок сравнения в отличие от известного сопоставляет не фазы синусоидальных напряже- 35 ний., а величины напряжений постоянного тока. Поэтому схема его значительно проще, например на одном операционном усилителе. Таким сложных и прециъионнх элементов, как модулятор и Щ преобразователь напряжение-фаза, предлагаемое устройство не содержит, Из-за чего предлагаемое устройство не имеет погрешностей данных элементов. Не сказывается на его функционировании нестабильность частоты источника синусоидального напряжения, так как преобразователь ортогональных составляющих по принципу действия обрабатывает данные, составляющие, . безразлично какова частота синусоидального напряжения.

Предлагаемый логарифмический преобразователь имеет незначительную по сравнению с известным аппаратурную погрешность выходного сигнала. Он определяется статической ошибкой величин ортогональных компонентов при отслеживании их значений, ошибкой преобразователя напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, сумматора и делителя стабилизированного напряжения. Аналогичные погрешности преобразования имеет и известное устройство. Однако они составляют ничтожную часть общей погрешности ..c которую вносят модулятор, нерегулируемый преобразователь напряжение-фаза и частотная нестабильность генератора синусоидального напряжения, Вследствие суммирования пОгрешности, на входе блока сравнения статическая ошибка отработки заданной фазы в известном во много раз выше статической ошибки отработки ортогональных составляющих в предлагаемом устройстве.

Формула изобретения

ЛогарифмичесКий преобразователь, 1содержащий сумматор, выход которого

4:оединен с первым входом блока сравнения и источник синусоидального напряжения,, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и жовышения точности, в него введены блок разложения модуля вектора на ортогональные составляющие, первый и второй преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, второй сумматор, делитель стабилизированного напряжения, причем первый вход блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие соединен с выходом генератора синусоидального напряжения второй вход — с выходом блока сравнения, а первый и второй выходы — через первый и второй преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока соединены соответственно с первым входом блока сравнения и первым входом первого сумматора, первый выход делителя стабилизирован-. ного напряжения соединен со вторым входом первого сумматора, второй выход — с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора является входом устройства, а выход второго сумматора соединен со вторым входом блока сравнения.

Р1сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

790003

Составитель Т.Иванова

Редактор Л.Кеви Техред М.Рейвес Корректор Ь.Макаренко

Закаэ 9041/50 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r..Óæãîðîä, ул.;,Проектная, 4