УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФУНКЦИИ РАВЕНСТВА Российский патент 1997 года по МПК G05B1/02 H03K5/24 

Изобретение относится к области автоматики и аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для фиксации равенства двух аналоговых сигналов x₁ и x₂ с выделением сигнала x₁ x₂ x_i на выходе устройства, для выделения амплитудно-временных координат пересечений двух аналоговых однополярных процессов x₁(t) и x₂(t) и др.

Известны устройства для воспроизведения функции равенства двух сигналов

(см. например, статью "Некоторые вопросы нейтронной логики" в кн. "Вопросы бионики", М. Наука, 1967, стр. 170, рис. 7, в).

Недостатком известных устройств является ограниченные функциональные возможности, так как функция равенства eqv(x₁, x₂) воспроизводится только для положительных сигналов x₁>0, x₂>0.

Наиболее близким к предлагаемому схемному решению является устройство, построенное на трех формальных нейронах с возбуждающим и тормозящим входами (см. Н. В.Позин. Моделирование нейронных структур. М. Наука, 1970, стр. 85, рис.33).

Прототип обладает тем же недостатком, т.е. искомая функция eqv(x₁, x₂) воспроизводится только для положительных значений x₁>0, x₂>0.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения функции равенства как для положительных (x₁>0, x₂>0) так и отрицательных (x₁<0, x₂<0) значениях аргументов x₁ и x₂.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные дифференциальный усилитель и формирователь модуля, введены первый амплитудный селектор, воспроизводящий функцию бесконечнозначной логики и второй амплитудный селектор, воспроизводящий функцию первые входы первого и второго амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу устройства, а их вторые входы присоединены к выходы формирователя модуля, выходы первого и второго амплитудных селекторов объединены и образуют выход устройства.

Схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1. Здесь 1 есть дифференциальный операционный усилитель, 2 формирователь модуля, 3 и 4 - соответственно первый (максимизирующий) и второй (минимизирующий) амплитудные селекторы.

Выход дифференциального усилителя 1 присоединен к входу формирователя модуля 2. Первые входы первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу дифференциального усилителя 1, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

На инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 1 с большим коэффициентом усиления подаются соответственно аналоговые сигналы x₁ x₁(t) и x₂ x₂(t) одинаковой полярности. Напряжение на выходе формирователя модуля 2 определяется выражением

где K R₂/R₁ коэффициент усиления дифференциального усилителя 1, R₁ и R₂ соответственно сопротивления резисторов R₁ и R₂.

Выходные напряжения первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов определяются соответственно выражениями
z₁₁ max(0, x₁ y), z₂₂ min(0, x₁ + y).

Выходное напряжение устройства определяется суммой z z₁₁ + z₂₂ выходных напряжений первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов (AC)

При x₁>0 выходное напряжение z₂₂ второго амплитудного селектора 4 равно нулю, а выходное напряжение z₁₁ первого амплитудного селектора 3 при достаточно большом коэффициенте усиления K определяется выражением

Этим же выражением определяется выходное напряжение z₂₂ второго амплитудного селектора 4, когда x₁<0 (при x₁<0 выходное напряжение z₁₁ 0).

Если выходные напряжения x₁, x₂ ∈ {0,1} являются двузначными переменными, то устройство (фиг. 1) воспроизводит булеву логическую функцию "И" Z = x₁∧x₂.
Если напряжение x₁ не изменит свою полярность, то при x₁>0 в схеме по фиг. 1 второй AC 4 может быть удален, соответственно при x₁<0 может быть удален первый AC 3.

Погрешность воспроизведения функции равенства определяется выражением γ ≅100/2K[% и может быть сведена к заданной малой величине путем выбора соответствующего значения коэффициента усиления K=R₂/R₁ дифференциального усилителя 1. В частности, при K=100 погрешность g≅±1% при K 1000 погрешность g≅±0,1%
На фиг. 2, а изображена одна из возможных схем, являющейся базовой для построения первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов. На фиг.2,б представлено ее условное изображение.

Выходные напряжения по первому U₁ и второму U₂ выходам амплитудного селектора по фиг.2 определяются соответственно выражениями

При = 0 (при заземлении второго входа в AC по фиг.2) AC по фиг.2 по максимизирующему (первому) выходу воспроизводит функцию первого амплитудного селектора 3 в схеме по фиг. 1.

При = 0 (при заземлении третьего входа в AC по фиг.2) AC по фиг.2 по минимизирующему выходу воспроизводит функции второго амплитудного селектора 4 (фиг.1).

Устройство (фиг. 1) может быть использовано для выделения амплитудно-временных координат (U_i, t_i) точек пересечения двух однополярных процессов x₁ x₁(t) и x₂ x₂(t). В этом случае на выходе устройства будем иметь последовательность коротких импульсов (фиг.3), положение которых t_i на временной оси t совпадает с моментами пересечения процессов x₁(t) и x₂(t), а амплитуды U_i импульсов выходных импульсов равны уровням сигналов x₁ и x₂, при которых процессы x₁(t) и x₂(t) пересекаются.

Класс воспроизводимых функций может быть расширен при использовании дополнительных входов (на фиг.1 изображены штриховыми линиями).

При x₁>0, x₂>0 выходные напряжения z, первому Z₁ и второму Z₂ дополнительным выходам определяются соответственно выражениями


По третьему дополнительному выходу Z₃ устройство является усилителем модуля разности двух сигналов, так как

Таким образом, в отличие от прототипа предложенное схемное решение воспроизводит функцию равенства при любой согласованной полярности (sign x₁ sign x₂) входных сигналов x₁ и x₂ при одинаковой с прототипом точности, что расширяет функциональные возможности устройства. При этом предложенное схемное решение в отличие от прототипа воспроизводит более широкий класс функций, что также расширяет его функциональные возможности.

Изобретение относится к области автоматики и аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для фиксации равенства двух аналоговых сигналов, для выделения амплитудно-временных координат пересечения двух аналоговых однополярных процессов и др. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. В устройство, содержащее последовательно соединенные дифференциальный усилитель и формирователь модуля, введены первый амплитудный селектор, воспроизводящий функции бесконечнозначной логики , и второй амплитудный селектор, воспроизводящий функцию , первые входы первого и второго амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу устройства, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля, входы первого и второго амплитудных селекторов объединены и образуют выход устройства. 3 ил.

Устройство для воспроизведения функции равенства, содержащее дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, первый и второй входы которого являются соответственно инвертирующим и неинвертирующим входами устройства и формирователь модуля, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, отличающееся тем, что в устройство введены первый амплитудный селектор, воспроизводящий функцию бесконечнозначной логики и второй амплитудный селектор, воспроизводящий функции первые входы первого и второго амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу устройства, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля, выходы первого и второго амплитудных селекторов объединены и образуют выход устройства.