Функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 

&Q

4;

О

ел Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для нелинейных преобразований мгновенных значений сигналов. Известен функциональный преббразо ватель, воспроизводящий произвольные функции в виде сумм ограниченных с двух сторон выходных напряжений операционных усилителей J. Недостатком данного преобразователя является-сложность и малое бнст родействи-е, так как в нем использовано по два прецизионных ограничителя на операционных усилителях на калсдый участок аппроксимации. Наиболее близким к предлагаемому является функционсшьный преобразователь с кусочно-линейной аппроксимацией, содержащий входной источник тока, управляемый входным напряжением,, выходной сумматор, (п-1) дио.доз, п транзисторов и (n-l) источников Тока, п источников ограничивающего напряжения. Для получения ограниченных напря жений используются двухсторонние ограничители напряжений на транзисторах и диодах t23. Недостатками известного функционального преобразователя являются сложность и .недостаточная точность, обусловленная дрейфом напряжений эмиттерно-базовых переходов транзисторов и рассогласованием точек отпирания и запирания транзисторов в раз личных двухсторонних ограничителях. Цель изобретения - повышение точности преобра зования и упрощение. Поставленная цель достигается тем что в функциональный преобразова-. тель, содержащий входной источник тока, управляемый напряжением, выход ной сумматор, (n-l) шунтирующих диодов (п - количество участков аппроксимации), п транзисторных повтор;ителей тока, (п-1) источников опорного тока, первые выводы которых объединены и подключены к шйне питания, а вторые выводы подключены к катодам соответствующих шунтирующих диодов, введены п-й шунтирующий диод и ре анстивный делитель напряжения, приче крайние выводы резистивного делителя .напряжения подключены соответственно к шине питания и шине нулевого потен циа.ла, а средние внводы резистивного делителя напряжения соединены с бавами соответствующих транзисторных поВТорителей тока, коллекторы которы .соединены с соответствующими входами выходного сумматора, анод первого шунтирующего диода соединен с шиной питания,а катод пто шунтирующего диода соединен с выходом входного ис точника тока, управляемого напряжением, и эмиттером п-го транзисторного повторителя тока, а эмиттеры i-ых транзисторных повторителей тока (1 1,2,...,п-1) соединены cooтвeт ственно с анодами (j+I)-x (j 1,2, ...,n) шунтирующих диодов. На-фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - форма выходных токов транзисторных повторителей тока. Преобразователь содержит входной источник 1 тока, резистивный делитель 2 напряжения, шину 3 питания, шину 4 нулевого потенциала, источники 5 - 5у,. опорного тока, транзисторные повторители тока, диоды 7 - 7у/, и выходной сумматор 8. Преобразователь работает следующим образом. При показанной на фиг. 1 полярности шунтирующих диодов 7, использовании в схеме транзисторов типа р-п-р на шину 3питания подается положительное напряжение, а входной источник 1 тока преобразует входное напряжение х в ток 1, пропорциональный X 2g.. (х) -а + Вх, где - заданные масштабные коэффициенты, которые выбираются так, чтобы в крайней левой точке излома х, принадлежащей области определения функции f{x), входной ток 3 был равен сумме выходных токов источников 5 - 5.ц опорного тока:2с ) -ж к::а в крайней правой точке излома х нулю, .) ° При X х входной ток больше суммы токов Я ,3,..«, Яр,.. (по абсо- лютной величине)и все шунтирующие диоды 7 -7 открыты, а напряжение на эмиттере каждого транзисторного повторителя тока примерно на 0,50,6 Б (т.е. на величину прямого падения напряжения на шунтирующем диоде) меньше, чем на;эмиттере предыдущего. Напряжение 8д , подаваемое на шину 3 питания, и параметры резистивного делителя 2 напряжения выбираются таким образом, чтобы напряжения, подаваемые на базы транзисторных повторителей 6 -б тока, обеспеЧивали их полное запирание, а напряжение 8ц было несколько выше, чем напряжения в суммирующих точках выходного сумматора 8. . При увеличении х о значения х/, азность токов Ct И ,1 уменьшается до нуля.. В точк диод 7( за-, ирается и происходит скачкообразное увеличение напряжения на эмиттере первого транзисторного повторителя 6jf тока, в результате чего он отпира ется. Затем ток..эмиттера транзистора 6j линейно нарастает достигая значения 3 в. точке х (фиг. 2). Пр этом выходной ток коллектора транзи торного повторителя тока с точность до 1/В (где (3- статический коэффициент усиления тока базы транзистора) равен току эмиттера и образует линейно возрастающую функций от х, огр:аниченную с двух сторон: 0.5 При X ; х входной ток 3 становит ся по абсолютной в еличине меньше, чем сумма токов х, J, поэтому шунтирующий диод 7 запирается, на эмиттере транзистора б. происходит скачок напряжения, он отпирается и часть тока источника 5 опорного тока начинает поступать .на его эмиттер. При X -S хд ток эмиттера транзситора ба. линейно растет от нуля до За. (оставаясь в дальнейшем на этом уровне), соответственно растет и ток коллектора транзис тора . 2)..Если входной сигна продолжает расти, скачком отпирается следующий транзисторный повтори.тёль тока и так далее вплоть до п-г транзисторного повторителя б„, кото рый отпирается после скачкообразног запирания шунтирующего диода 7 при X Ху, . В дальнейшем при х х„ ток транзисторного повторителя 6, растет без ограничения. Используя дополнительный (п+1)-й шунтирующий диод и п-й источник опорного тока (не показано) можно :было бы аналогичным образом ограничить и ток эмиттера транзисторного повторителя б тока, однако обычно это не нужно, так как входное напряжение ограничено. Сум1«1ируя коллекторные токи транзисторных повторителей б - 6, тока с разными знаками и весами при помощи выходного сумматора 8, получают на его выходе произвольные заданные функции Методом кусочно-линейной аппроксимации. Требуемое раз биение области определения фукнции на интервалы аппроксимации обеспечи вается заданием величин токов 1 ,У vv.i 3j,. Если в точке х воспроизводимая функция не равна нулю, можно считать областью определения отрезок ГX2.J Hi-iJ (фиг. 2),уменьшив количество отрезков аппроксимации на единицу, либо увеличить количество входов выходного сумматора 8 на один и подать на этот вход постоянную величину (что предпочтительнее ). Изменяя тип транзисторов на п-рлолярность включения диодов, источников тока и напряжения, подаваемог на шину питания, можно изменить порядок чередования точек излома х 1 на противоположный. Этот 2. И же результат можно получить, изменяя знаки масштабных коэффициентов входного источника тока а и на противоположные. При малом количестве отрезков аппроксимации (примерно до 5-8) резистивный делитель 2 напряжения не нужен; так как базы всех транзисторных повторителей б -б, тока можно сое-. динить непосредственно с шиной 3 питания. При этом, если х s х , на эмиттерный переход п-го транзисторного повторителя тока подается обратное напряжение, равное сумме прямых напряжений всех п шунтирующих диодов 7 - 7v, , что может вызвать пробой перехода. Увеличить допустимое количество отрезков аппроксимаций можно, выбирая транзисторы с большим допустимымобратным напряжением база эмиттер либо подавая на базы транзисторных повторителей б -6ц тока напряжения с резистивного делителя 2 напряжения так, чтобы для всех : k 1,2.,,, разность i ,( -е..(фиг.2) равнялась примерно среднему значению i прямого падения напряжения на откры- тых диодах 7(порядка 0,4-0,6 В для кремниевых диодов). Можно также увеличить допустимое количество отрезков аппроксимации, включив последовательно в цепи эмиттеров последних транзисторов, которым угрожает пробой эмиттерного перехода, диоды. При этом резистивный делитель 2 напряжения также не нужен, но несколько снижается быстродействие Устройства. Преимуществом предлагаемого устройства является значительное (почти двукратное) упрощение по сравнению с прототипом. Так, в устройстве-прототипе для воспроизведения одной базисной функции используются в среднем два диода, два транзистора, два источника тока и один источник опорного напряжения, а в предлагаемом устройстве - по одному резистору, диоДу, транзистору и источнику nnopiного тока, а входной источник тока является общим. Предлагаемый преобразователь характеризуется повышенной ТОЧНОСТЬЮ, небольшой дрейф напряжения, подаваемого на шину 3 питания, практически не влияет на точность устройства, так как при этом изменяются лишь ндпряжения, подаваемые на базы транзисторов , а на эмиттерные токи этот дрейф не влияет. Кроме того., в данном преобразователе автоматнчес ки обеспечивается совпадение изломов базисных ФУНКЦИЙ (фиг. 2) что полностью устраняет аппаратурную погрешность, возникающую при рассогла- совании источников опорных напряжеНИИ и входных токов в устройствепрототипе. Влияние температурного дрейфа статического коэффициента усиления тока базы, транзисторов можно уменьшить, исполь-зуя транэис-; торы с большим ft (при в 5007соответ ствующие нестабильности воспроизведения базисных функций составляют примерно ), либо практически полностьюустранить, применяя термостатирование или используя составные транзисторы, включенные по схеме Дарлингтона.

Кроме того, в предлагаемом устрой-стве транзисторы включены по схеме с общей базой, что обеспечивает улучшение -их динамических харак;теристик по сравнению с устройсхвомпоототипом, в котором транзисторы включены по схеме с общим коллектором,

Таким образом, технико-экономичес киф эффект устройства заключается в )почти двукратном упрощении, повышении точности за счет уменьшения аппаратурной погрешности и улучшении динамических характеристик.

ФУНКдаОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий входной источник тока, управляемый напряжением, выходной сумматорf,(п-1) .шунтирующих диодов (п - количество участков аппроксимации), а транзисторных повторителей тока, (п-1) источников .опорного тока, первые выводы которых объединены и подключены к. шине , а вторле выводы подключены к катодам соответствующих шунтирующих диодов. отлич ающийся тем, что, с целью повьдшения точности преобразования :н упрощения,В; него дополните/тьно введены п-й шунтирующий диод и резистивный делитель напряжения, причем кра.йяие выводы резистивного делителя напряжения подключены соответственно к кмне питания и шине нулевого потенциала, а средние вавоДы 1резисэ: «.§ного делителя напряжения соединяй с ба.зами соответствующих TpaH3HGfQp:iteix повторителей тока, коллектор Kotopax соединены с соответств рорими.входами выходного сумматора ,ан0д первого шунтирующего диода срединеч,,е шиной питания,а катод п-го шунтирующего Диода соединен с выходом входного источника тока, управW ляемого напряжением и эмиттером п-по чфанзисторного повторителя тока, а эмитте|Ж1 i-x транзисторных повтордателей тока (i 1,2,...,п-1) соединены соответственно с анодами (j+l)-x (i 1,2,... h) шунтирующих диодов.