Время-импульсное устройство для возведения в дробную степень Советский патент 1984 года по МПК G06G7/20 

1.г

Изобретение относится к анапоговой вычислительной технике, может найти также применение в иг€формаи 1онно-измерительной технике и предназначено для воспроизведения следующей зависимости выходного напряжения и от входного Uy:

и,,

(1)

где К - коэффициент пропорциональности.

Известно устройство для возведения в дробную степень, содержащее преобразователь напряжения в длительность импульса, импульсный делитель напрялсения, усилитель, масштабные резисторы, сумматор и корнеизвлека1оп(ий блок высокого быстродействия ll .

Однако устройство не позволяет реаизовать заданную функцию преобразования (1) с дробным показателем стеени, равным 2/3.

Наиболее близким по технической сущности к Изобретению является устойство, осуществляющее извлечение корня третьей степени, т.е. возведение в степень 1/3, из входного напряения постоянного тока, предварительно преобразованного в широтно-модулированный сигнал (ШИМ-сигнал) в котором реализуется возведение входной величины в дробную степень с вьщачей езультата в виде напряжения постоянного тока средствами времяш шульсной вычислительной техники.

Известное устройство содержит сглаживающее звено, выход которого является выходом устройства в целом, в виде операционного усилителя с параллельно соединенными резистором и конденсатором в обратной связи, параллельно соединенные первый масштабный резистор и первый импульсно-управляемый резистор, вьшолненный в вие последовательно соединенных ключа и резистора, импульсно-управляемый елитель напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных ключа 1; дЬух резисторов, npi-гчем первый сигнальный вход ключа является первым входом делителя,объединенные зажимы резисторов подключены через сглаживаюш -ш конденсатор к общей точке схемы, второй зажим второго резистора является выходом делителя, источник опорного напряжения, выход которого через импульсно-упра&пяемый делитель напряжения, защунтированный парал622

лельно соединенными первым масштабным резистором и первым иьшульсноуправляемым резистором, подключен к входу операционного усилителя сглаживаюп ;его фильтра, преобразователь напряжения в длительность импульса, выход которого подхслючен к вьЕходу источника входного сигнала, а прямой выход - к объединенным управляющим входам ключей импульсноуправляемых резистора и делителя напряжения 21,

Недостатком известного устройства является невозможность преобразованйя входного напряясения по степе};ному закону с показателем степени, равным 2/3.

Цель изобретения - повыше1-ше точности и расширение класса решаемых

задач путем извлечения корня третьей степени из квадрата входного напряже шя.

Поставленная цель достигается тем, что времяимпульсное устройство для возведения в дробную степень, содержащее Сглаживающий фильтр, выход которого является выходом устройства, первый импульсно-управляе «1ый резистор, выполненный в видепоследовательно соединенньк первого масштабного резистора и первого ключа, второй масштабный резистор, источник опорного напряжения, импульсный делитель напряжения, вьшолненный в виде по5 следовательно соединенных второго ключа и третьего и четвертого масштабных резисторов, обший вывод которых через сглаживающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, и преобразователь напряжения в длительность иьшульсов, вход которого соединен с выходом источника входного сигнала, а прямой выход подюзючен к управляюшдм входам первого и второго ключей,

источник опорного напряжения подключен к другим выводам первого и второго ключей первого импульсно-управляемого резистора и импульсного делителя напряжения и через второй масштаб0 ный резистор подсоединен к входу

сглаживающего фильтра, содержит также дополнительный сглаживающий конденсатор , второй импульсно-управляемый резистор, выпсзлненный в виде по5 следовательно соединенньк пятого

масштабного резистора и третьего ключа, четвертьй ключ и шестой масштабный резистор, который включен между выходом источника входного сигнала .и входом сглаживающего фильтра, подключенным через четвертый ключ к дру , гому выводу четвертого масштабного резистора импульсного делителя напря жения и через второй импульсно-управ . ляемый резистор к другому выводу пер вого масштабного резистора первого импульсно-управляемого резистора, который через дополнительный сглаживающий конденсатор подсоединен к шине нулевого потенциала, управляюп{ие входы третьего и четвертого ключей соединены с инверсным выходом преобразователя напряжения в длительность импульсов. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 - график изменения погрешности аппроксимации степенной функции с дробным показателем степени, равным 2/3. Устройство содержит сглаживающий фильтр 1, выход которого является выходом устройства в целом, например, в виде операционного усилителя 2 с параллельно соединенными резисто ром 3 и конденсатором 4 в обратной связи, первый 5 и второй 6 последова тельно соединенные импульсно-управляемые резисторы в виде последовательно соединенных первого и третьего ключей 7 и 8, первого и пятого масштабных резисторов 9 и 10, сглажи вающий конденсатор 11, через который общий вывод импульсно-управляемых резисторов 5 и 6 подключен к шине нулевого потенциала, второй масштабный резистор 12, шунтирующий последо .вательно соединенные импульсно-управ ляемые резисторы 5 и 6, через которы источник 13 опорного напряжения подключен к входу операционного усилите ля 2 сглаживающего фильтра 1, импуль ный делитель 14 напряжения в виде последовательно соединенных второго ключа 15 и третьего и четвертого мас штабных резисторов 16 и 17, общий вьшод которых через сглаживающий кон денсатор 18 подключен к шине нулевого потенциала, причем другой вывод

где (UO - напряжение опорного источника); 1

G 7 соответственно водимости резистора в цепи обратной ключа 15, являющ11йся первым входом делителя напряжения, подключен к ис-, точнику 13 опорного напряжения, а другой вывод масштабного резистора 17, являющийся выходом делителя 14 напряжения, через четвертый ключ 19 подсоединен к входу операционного усилителя 2 сглаживающего фильтра 1 , который через шестой масштабный резистор 20 подключен к выходу источника 21 входного сигнала, объединенному с входом преобразователя 22 напряжения в длительность импульсов, прямой выход последнего подсоединен к объединенным управляющим входам ключей импульсно-управляемого делителя .14 напряжения и импульсно-управляемого резистора 5, а инверсный - к объединенным управляющим входам третьего и четвертого ключей 8 и 19. Устройство работает следующим образом. Входное напряже1ше постоянного тока Uj с помощью преобразователя 22 напряжения- в длительность импульса преобразуется по линейному закону в периодическую последовательность прямоугольных импульсов с относительной длительностью Q (,UX;(2) где К - коэффициент пропорциональности;, С - длительность повторяющихся с периодом Т прямоугольных импульсов). На инверсном выходе преобразовате -, ля 22 формируется ШИ11-сигнал с относительной длительностью . Эти ШМ-сигналы управляют средними значеШiямн проводимосТей соответствующих импульсно-управляемых резисторов. Сглаживающий кощценсатор 11 и сглаживающ1Ш конденсатор 18, входящий в состав импульсно-управляемого делителя 14, обеспечивает развязку по переменному току соответствующих импульсно-управляемых резисторов. С учетом потенциального заземления входа сглаживающего фильтра 1 среднее значение. выходного напряжения Ug равно Q(-e Q7-G6 с.г-с,б

связи операционного усилителя 2 сглаживающего фильтра 1, масштабного резистора 9 импупьсно-управляемого резистора 5, импульсно-управляемого резистора 6, шестого масштабного резистора 20, второго масштабного резистора 12, третьего и четвертого масштабных резисторов 16 и 17 импульсно-управляемого делителя 14 напряжения.

На основании подобия этого выражения выражению

R,x)0,000833+1,00000 х-1+0д36273х(1-х) 0 07017ЬсО-х) ,(4) х+0,451184 х+0,оТ5768

А аппроксимирующему функ1щю2 л|х с погрешностью не выше 0,08% в диапазоне изменениям от О до 1 (фиг, 2), выб фаются значения проводимостей

масштабных резисторов устройства. погрешность определяется как

. , зСх

. & lL,t.oo«/o.

ток

2„,ач 1; x€.0,l.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются возможность реализации функции , что позволяет строить различные нелинейные блоки, а также высокая надежность, обусловленная простотой сх«мы, помехоустойчивость, вытекающая из принципа усреднения широтно-модулированных параметров, и технологичность, обусловленная простотой связей между структурными элементами устройства.

ВРЕМЯИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В ДРОБНУЮ СТЕПЕНЬ, содержащее сглаживающий фильтр, выход которого является выходом устройства, первый импульсно-управляемый .резистор, вьшолненный в виде последовательно соединенных первого масштаб, ного резистора и первого ключа, второй масштабный резистор, источник опорного напряжения, импульсный делитель напряжения, вьшолненный в виде последовательно соединенных второго ключа и третьего и четвертого масщтабных резисторов, общий вывод которых через сглаживающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, и преобразователь напряжения в длительность импульсов, вход которого соединен с выходом источника входного сигнала, а прямой выход подклю-. чен к управляющим входам первого и второго ключей, источник опорного напряжения подключен к другим выводам первого и второго ключей первого импульсно-управляемого резистора и импульсного делителя напряжения и через второй масштабный резистор подсоединен к входу сглаживающего фильтра, отличающе ее я тем, что, с целью повьшеш я точности и расширения класса решаемых задач путем извлечения корня третьей степени из квадрата входного напряжения, оно i содержит дополнительный сглаживающий конденсатор, второй импульсно- -прав(Л ляемый резистор, вьшолненный в виде последовательно соединенных пятого масштабного резистора и третьего ключа, четвертый ключ и шестой масштабный ре(зистор, которьщ включен между выходом источника входного сигнала и входом сглаживающего фильтра, подключенным через четвертый ключ к другому выводу четвертого масштабного резисю о о: тора импульсного делителя напряжения и через второй импульсно-управляемый резистор к другому выводу первого, С5 масштабного резистора первого имto пульсно-управляемого резистора, который через дополнительный сглаживаюш 1й конденсатор подсоединен к щине нулевого потенциала, управляющие входы третьего и четвертого ключей соединены с инверсным выходом преобразователя напряжения в длительность импульсов.

фиг.1

.2()0

Фг/г,2