Функциональный преобразователь

 

Союз Советскик

Соцналистнческки республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii 92()764 (6() Дополнительное к авт, свнд-ву (22) Заявлено 27.05.80 (21) 2949222/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень №14

Дата опубликования описания 18.04.82 (51)М. Кл.

Q 06 Г 7/26 (ооудорстоеиный комитет

СССР ао делом изобретений н открытии (53) УДК681.335 (088.8) (72) Автор изобретения

Ю. И. Петренко (7! ) Заявитель

Ордена Ленина институт проблем управления (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известен диодный функциональный. преобразователь, содержащий включенные параллельно двухвходовые диодно-резисторные элементы и операционный усилитель (13 .

Такие преобразователи не обеспечивают достаточно высокой точности при заданном количестве участков кусочнолинейной аппроксимации воспроизводимой функции.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, а неинвертируюший вход соединен с шиной нулевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертируюшим входом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подключенный одним выводом к инвертирующему входу выходного операциончого усилителя, н трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диодных элементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательно включенных масштабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного

1Î анодом к шине нулевого потенциала, свободный вывод первого масштабного резистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя, а свободный вывод второго масштабного

15 резистора соединен с выходом источника напряжения смещения, каждый из трехвходовых диодных элементов выполнен на трех масштабных резисторах, соеди20 ненных первыми выводами с анодом коммутирующего диода и с катодом ком« пенсируюшего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, вторые выводы первого, второго, и третьего

3 9207 масштабных резисторов трехвходового диодного элемента соединены соответст венно с входом преобразователя, с выходом источника напряжения смешения и с шиной нулевого потенциала, катоды коммутирующих диодов соединены с,втормм амвоном входного реаногора (2).

Этот преобразователь обладает более высокой точностью, поскольку обеспечивает воспроизведение 2 и участков ку- тр сочно линейной аппроксимации функции, где рт — число диодных элементов.

Однако его настройка весьма затруднена из-за взаимного влияния диодных элементов не вид воспроизводимой функции.

Бель изобретения — упрощение настройки и повышение точности преобразователя.

Эта цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, а неинвертирукзщий вход соединен с шиной нулевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подкл оченный одним выводом к иттвертттрутоШему входу выходного операционного усилителя, от трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диодных элементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательно включенных масштабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного

40 анодом к шине нулевого потенциала, свободный вывод первого масштабного резистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя, а свободный вывод второго масштабного

45 резистора соединен с выходом источника напряжения смещения, каждый из трехвходовьтх диодных элементов выполнен на трех масштабных резисторах, соедиНенных первыми выводами с анодом коммутирующего диода и с катодом коммутирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потеттциала, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов трехвходового диодного элемента соединены с зответственно с входом 55 преобразователя и с выходом источника напряжения смешения, содержит tl дополнительльтх групп дподных элементов

64 4 идетттичитттх основной, (n -т- 1) дополнительных источников напряжения смещения, (тз + 1) потенциометров настройки, дтффереиттиельньтй операционный усштитель, второй резистор обратной связи, включенный между инвертирутотцим входом и выходом дифференциального операционного усилителя, выход которого подключен к второму выводу входного резистора, инвертирующий вход — к первым неподвижным контактам потеициометров настройки, а неинвертирующий вход - к вторым неподвижным контактем потенциометров настройки и к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, катоды коммутирутощик диодов каждой из дополнительных групп диодных элементов соединены с подвижным контактом соответствующего потенциоме тра настройки, подвижный контакт (vl + 1)-го, потенциометра настройки соединен с катодами основной группы диодных элементов, первые входы диодных элементов каждой из дополнительных групп диодных элементов подключены ко входу преобразователя, вторые входы — к выходу соответствующего дополнительного ис точника напряжения смешения, а третьи входы трехвходовых диодиых элементов — к ° выходу следующего по номеру источника напряжения смешения, выход первого дополнительного источника напряжения смещения соединен с вторыми выводами третьих: масштабных резисторов трехвходовых диодиых элементов основной группы.

На фиг. 1 приведена блок-схема функционального преобразователя; на фиг. 2 вольт-амперная характеристика группы диодных элементов.

Преобразователь содержит выходной операштоттньтй усилитель 1, первый резистор 2 обратной связи, входной резистор З„двухвходовой диодный элемент 4, выполненный на первом 5 и втором 6 масштабных резисторах, коммутирующем 7 и компенсирующем B диодах, ттт трехвходовых диодных элементов 9„, ... 9„,, каждый т -ый из которых выполнен на первом 10„-, втором 11„и третьем 12„ масштабных резисторах, коммутирующем

13„и компенсирующем 14„диодах, основную 15 и тт дополнительных 16„,...

16 идентичных групп диодиых элементов, (h + 1) источников наттряжения смещения 17,... 17,, (p + 1) потенциометров настройки 18,, ... 18 „+ дифференциальный операционный усилитель 19, второй резистор 20 обратной

5 9207 связи, основной источник 2 1 напряжения смещения, Преобразователь работает следующим образом.

При входных напРяжениях, меньших

U (ñì. фиг. 2} все диоды закрыты и выходной ток равен нулю. При увеличении входного напряжения диод 7 открывается и выходной ток линейно нарастает.

Если U>< больше 9<, отпирается диод 131 о и крутизна вольт-амперной характеристики возрастает. При входном напряжении, равном 9, отпирается диод 13 и крутизна вольт-амперной характеристики основной группы диодных элементов 15 снова увеличивается, Если гв= 2, то крутизна остается в дальнейшем постоянной. Задавая сопротивления масштабных резисторов 5, 6, 10„, ... 10 „11.„...

11п, и 121 121 диодных элементов, 2р можно аппроксимировать на участке от U до U „, (фиг. 2) любую задан» ную криволинейную монотонную зависимость, например квадратичную. При входном напряжении, равном Uca отци- рз 1 рается диод 7 первой дополнительной группы диодных элементов 161, затем аналогично, диоды 13 и 131, потом д оды последуюш гру п 16Р " 16п.

Таким образом, задавая значения сопро- зо тивлений масштабных резисторов диодных элементов 16, ... 16п, можно получить кусочно-нелинейную аппроксимацию на всех последующих интервалах разбиения области определения функции.

Воспроизведение произвольных функций осуществляют, задавая необходимые значения напряжений смещения с помощью источников 17„, ... 17 и 21 и суммируя выходные токи груйп диодных 4р элементов 15, 161...-., 16> при помощи дифференциального 19 и выходного 1 операционных усилителей. Установку коэффициентов передачи производят при помощи потенциометров настройки 18.„..., 18„,„, Для расширения функциональных возможностей на входы усилителей 19 и 1 можно подавать постоянное смешение и входной сигнал, устанавливая коэффициенты передачи этих сигналов при помощи дополнительных потенциометров (не показаны}.

Предложенный функциональный преоб разователь позволяет воспроизводить произвольные функции, используя практически любые типы кусочно-нелинейной

5S аппроксимации, в том числе аппроксимацию сплайнами. Точность аппроксимации на нелинейном участке можно повышать, увеличивая количество диодных эле64 6 ментов 9„, ... 9,„в группах 15, 16„, .

16„. Однако уже при m = 2, ?т 3 точность функционального преобразователя, при том же количестве регулировок, существенно растет (соответственно в 4 — 9 раз по сравнению с кусочнолин =йной аппроксимацией) . Использование диодных элементов 4, 9„, ... 9 с потенциально эаземляемыми диодами позволяет снизить температурный дрейф и использовать высокоэффективную термокомпенсацию для повышения стабильности и точности преобразователя. Наконец, благодаря применению трехвходойых диодных элементов б.„. .. 9„смешение их автоматически изменяется при изменении напряжений смешения. При этом вид вольт-амперной характеристики каждой группы диодных элементов 15, 16„, .... 16„, не изменяется как при смещении нелинейного участка вдоль оси абсцисс, так и при изменении его длины. Это упрощает настройку функционального преобразователя и позволяет использовать его как в качестве специализированного преобразователя с кусочно-нелинейной аппроксимацией функций, так и универсального.

Кроме того, объединение диодных элементов в группы с общим выходом позволяет воспроизводить нелинейную аппроксимацию на отрезках разбиения, соответствуюшиж каждой группе, и, тем самым, повысить точность преобразования.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход кото рого является выходом преобразователя, а неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подключенный одним выводом к инвертируюшему входу выходного операционногоусилителя,,m трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диодных элементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательно включенных масштабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, сво7 92 бодный вывод первого масштабного резистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя, а свободный вывод второго масштабного резистора соединен с выходом источника напряжения смещения, каждый из трехвходовых диодных элементов выполнен на трех масштабных резисторах, соединенных первыми выводами с анодом коммутирующего диода и с катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов трехвходового диодного элемента соединены соответственно с входом преобразователя и с выходом источника напряжения смещения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения настройки и повышения точности, он содержит и дополнительных групп диодных элементов, идентичных основной, (n + 1) дополнительных источников напряжения смешения, (n + 1) потенциометров настройки, дифференциальный операционный усилитель, второй резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом дифференциального операционного усилителя, выход которого подключен к второму выводу входного резистора, инвертирующий вход - к первым неподвижным контактам потенциометров настройки, а пеинвертирутощий вход — к

0764 вторым неподвижным контактам потенциометров настройки и к инвертируюшему входу выходного операционного усилителя, катоды коммутирующих диодов каждой из дополнительных групп диодных элементов соединены с подвижным контактом соотве тс твуюшего. потеншломе тра настройки, подвижный контакт (n + 1)-го потенцнометра настройки соединен с каt0 тодами основной группы диодных элементов, первые входы диодных элементов каждой их дополнительных групп диодных элементов подключены к входу преобразователя, вторые входы — к вы1S ходу соответствующего дополнительного источника напряжения смещения, а третьи входы трехвходовых диодных элементовк выходу следующего по номеру источника напряжения смещения, выход первого дополнительного источника напряжения смешения соединен с вторыми выводами третьих масштабных резисторов трехвходовых диодных элементов основной группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Маслов А. А, Сахаров О. H.

Синтез диодных функциональных преобразователей. М., "Энергия, 1976, с. 24

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2666775/24 кл. 5 069 7/26, 1978 (прототнп).