Устройство для вычисления функции @ Советский патент 1985 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительной технике для подсчета коэффициента модуляции радиосигнала, относительных погрешностей и в аналоговых счетно-решающих устройствах для вычисления функции А - В

(под А и в понимаются незавиА + В

виде

симые переменные, заданные в однополярных напряжений).

Известно устройство для вычисле: . А - В

НИН функции , основанное на

А- 15 ...формировании сигналов, пропорционал ных величинам А и В, и их суммирова нии. Это устройстве позволяет уменьши А погрешность вычисления функции близких значениях А и В, так ка в нем сначала складывают А и В, поА В инверрознь находят А + в А и складывают с тируют А + В - А + В При этом каждое делимое имеет велич ну, не близкую нулю, и погрешность деления меньше, чем при делении их разности, т.е. малой величины l. Однако это устройство имеет недостаточную точность и сложно в реализации, поскольку содержит в своем составе два блока деления. Известны устройства для вычислени А - В функции основанные на форми А и ровании периодической последовательности импульсов с длительностью, пропорциональной величине А и с периодом В, или (А+В), дальнейшей филь рации, детектировании и суммировании этой последовательности С21и 3. Однако данные устройства также имеют низкую точность вычисления функции, так как точность устройства в основном определяется неидентичностью характеристик генераторов пилообразного напряжения, компараторов и разнополярных пиковых детекторов, входящих в состав устройства. Кроме того, данные устройства имеют низкое быстродействие, определяющееся в основном больщой величиной постоянной времени усредняющего фильтра. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является

устройство для вычисления фун{(ции

А - В

7---D содержащее компаратор, усредняющий фильтр, интегратор, источник опорного напряжения и два коммутатора, причем первый и второй сигнальные входы первого коммутатора являются соответственно первым и вторым входом устройства, а выход подключен к входу интегратора, первый сигнальный вход второго коммутатора соединен с источником опорного напряжения, второй его вход подключен к шине нулевого потенциала, а выход соединен с первым входом компаратора, второй вход которого х- подключен к выходу интегратора, а выход соединен с управляющими входами коммутаторов и входом усредняющего фильтра, выход которого является выходом устройства r4j. Известное устройство имеет низкое быстродействие, так как его быстродействие определяется в основном постоянной времени усредняющего фильтра, которая выбирается из условиял V h Up--, требуемая величина постоянгде LP ной времени; относительная динамическая погрешность вычисления , функции А в Тр, - период импульсной последовательности. Учитывая, что Т„ зависит от входных величин А и В, поэтому для повышения точности устройства необходимо Тр выбирать при минимальных значениях А к В, т.е. большую постоянную времени усредняющего фильтра. Однако большая постоянная времени усредняющего фильтра не позволяет обеспечить высокое быстродействие, а при уменьшении fp снижается точность устройства, а также динамический диапазон изменения сигналов А и Б. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности вычисления функции. Указанная цель достигается тем, что в устройство для вычисления функции содержащее первый. переключатель, сигнальные входы koторого являются сигнальными входами устройства, второй переключатель и усредняющий фильтр, выход которого является выходом устройства, введен два сумматора, два .инвертора, усили тель с регулируемьм коэффициентом усиления и генератор тактовых импул сов, подключенный к управляющим вхо дам переключателей, входы цервого Сумматора соединены с сигнальными входами устройства, а выход через последовательно соединенные усилител с регулируемым коэффициентом усиле-ния и первый инвертор подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого переключателя, а выход подключен к третьему входу второго сумматора, первому входу второ го переключателя, управляющему вход усилителя с переменным коэффициентом усиления и через второй инвертор к второму входу второго переклю чателя, выход которого соединен с входом усредняющего фильтра. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для вычисления А - В, на фиг.2 - эпюры. функции поясняющие принцип работы устройств Устройство для вычисления функА.1 и 2, ции ---- содержит сумматоры ,усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, переключатели 4 и 5, генератор 6 тактовых импульсов, выход которого подключен к управлякицим входам переключателей 4 и усредняющийхфильтр 7. и инверторы 8 и 9, Первый и второй сигнальные входы являются соответственно первым и вто pbw сигнальными входами устройства, а выход усредняющего фильтра 7 - выходом устройства, входы сумматора 1 соединены соответственно с первым и вторым входом устройства, а выход через последовательно соединенные усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления и первый инвертор 8 с первьм входом сумматора 2, второй вход которого подключен к выходу переключателя 4, выход сумматора 2 сое динен непосредственно с его третьим входом, с управляющим входом усилите ля 3 с регулируемьм коэффициентом усиления и с первым сигнальным входо переключателя 5, и iepes второй инве тор 9 - с вторым сигнальным входом переключателя 5, выход которого подключен к входу усредняющего фильтра 7, выход которого является выходом устройства. Устройство работает следующим образом. Пусть на первом входе устройства имеем сигнал А (фиг.2), на втором его входе сигнал В, а переключатели 4 и 5 находятся в положении, как показано на фиг.1, Йри этом йа выходе сумматора t имеем сигнал U А + В. На выходе усилителя 3 с регулируемьш коэффициентом усиления . V ; (1) а на выходе сумматора 2 сигнал Ui MUj-K(U4)/U . (2) Управляемый коэффициент передачи (2) любой цепи равен .) 1 хо - начальный коэффи1щент усилегде К. ния; S - крутизна упрйвления коэффициентом усиленияJ - управляк|щее напряжение. Учитывая, что KO О, Up U, а S(Up) Sp const, выражение (2) будет иметь вад мг - f А 1 Л в 1 Если переключатели 4 и 5 находятся в другом положении {г1ротивоположно изображенному на 1), то в этом случае на выходе сумматора 2 имеет сигнал ..-i . ,,, Ч-s. Генератор 6 тактовых импульсов, управляя переключателями 4 и 5, осуществляя принцип временного разделения сигналов, формирует на входе усредняющего фильтра 7 переменший сигнал, Ш4еющий форму меандра, амплитуда положительных импульсов которого равна и, а отрицательных - U. Усреднянщий фильтр 7 производит усреднение этой последовательности импульсов и на его выходе vBte&tt сигналu. K,.u{a;.u;5 4-f-(де Кф - коэффициент передачи усредняющего фильтра 7; L - линейный оператор сглаживания. Учитывая, что если К S получим 5 . n Достижение высокого быстродействия измерения функции А - В обуслов ; лено тем, что в предлагаемом устрой стве период следования генератора 6 тактовых импульсов не зависит от входных сигналов А и В и поэтому может быть выбран минимально возмож ным, а следовательно, при одной и той же погрешности с известным устройством, может быть выбрана малая постоянная времени усредняющего -фильтра, т.е. получено более высоко быстродействие вычисления функции А - В . т-. Кроме того, в предлагаемом устройстве динамический диапазон изменения сигналов А и В не влияет на быстродействие устройства, а источником погрешности является тольк дрейф нуля операционных усилителей, на которых реализованы схемы устрой ства. В известном устройстве источником погрешности являются нелинейность интегратора, нестабильность источника опорного напряжения, гист резис пороговой схемы компаратора и дрейф нуля операционных усилителей. Таким образом, в предлагаемом устройстве источников погрешностей меньше,чем в известном, а следовательно, оно имеет вьшге точность измерения А - В функции д---. В качестве генератора тактовых импульсов может быть использован хпобой автоколебательный мультивибратор, переключатели могут быть реализованы на полевых транзисторах или на операционном усилителе. Сумматоры, инвертор и усредняющий фильтр могут быть также реализованы на операционных усилителях. Усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления также может быть реали:зован на основе операционного усилителя или на биполярных транзисторах. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в высоком быстродействии и точности вычисления функции.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ А - В ФУНКЦИИ-, содержащее первьй А + В переключатель, сигнальные входы которого являются сигнальными входами устройства, второй переключатель и усредняющий фильтр, выход которого является выходом устройства, о тличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия vi точности вычисления, в него введены два сумматора, два инвертора, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и генератор тактовых импульсов, подключенный к управляюпц м входам переключателей, входы первого сумматора соединены с сигнальными входами устройства, а выход через последовательно соединенные усийитель с регулируемым коэффициентом усиления и первый инвертор подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого переключателя, а выход сл подключен к третьему входу второго сумматора, первому входу второго пepeкЛtoчaтeля, управляющему входу усилителя с переменным коэффициентом усилений и через второй инвертор к второму входу второго переключателя, выход которого соединен с входом усредняющего фильтра. Oi о 4

Of

Фиг.1

l/л

ИНН

Ur-A-B

Uy

u

.

zz.

к

ZJL

/7

I2

2k

2

ZZ

(/

QJut.2

Z

Zz.

/2

ZA

//.