Функциональный преобразователь Советский патент 1985 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для функцио нального преобразования сигналов. Цель изобретения - повышение точ ности- н расширение класса воспроизводимых функций. На чертеже изображена структурная схема функционального преобразо вателя. Функциональный преобразователь содержит выходной сумматор 1, вход 2 задания опорного напряжения преоб разователя, операционные усилители 3,,...,3я, линейные цифроуправляемые элементы 4,,..,,4, переключаосновные масштабные 5« ,6, дополнительны резисторы 6 масштабные резисторы 7 Функциональный преобразователь р ботает следующим образом. Выходное напряжение преобразователя . связано с входньм сигнало Y следующей функциональной зависимостьюewx где k - коэффициент преобразования Коэффициент преобразования k явл ется функцией входной величины которая с вьюокой точностью аппрокс мируется цепной дробью общего вида ь „ а 4 . ; ,п - либо тоянные величины, либо величины меняющиеся линейно в зависимост входной величины, т.е. а const, b, const (,2,...,n) b,- /iiX, где , /3; - постоянные коэффициенты55 т, „„.., гач „„Г.,,Цепная зависимость (3) реализуется соответствующим подключением резисторов с постоянным и линейно-из469меняющимся сопротивлением во входной цепи преобразователя. Работу преобразователя рассматривают для случая, когда входной сигнал по входу 2 постоянный, т.е. у const, а входной величиной преоб{Газователя является сигнал X, т.е. реализация функции осуществляется относительно аргумента х. Тогда функция преобразования преобразователя будет иметь вид k(x)y. где k.(x) - коэффициент преобразования . Реализация различных функций в преобразователе осуществляется следующим образом. Коэффициент преобразования k каждого onepaiJtKOHHoro усилителя определяется отношением сопротивления в цепи обратной связи к сопротивлению, подключенном к инвертирующему входу операционного усилителя, т.е. сопротивления линейного цифроуправляемого элемента 4 к сопротивлению основного масштабного резистора 6-. Сопротивление линейного цифроуправляемого элемента 4 ,.. шнейно изменяется в зависимости от входного сигнала X, являющегося либо ангшоговой величиной, либо в случае применения линейных цифроупрявляемых элементов - цифровым кодом. Следовательно, коэффициент преобразования kj каждого операционного усилителя 3 будет линейной функцией входного сигнала X, т.е. постоянн коэффициент, значение .которого определяется отношением начального сопротивления линейного цифроуправляемого элемента 4 , к сопротивлению резистора 6 j. ходное напряжение } первого ционного усилителя 3 равно f - коэффициент преобразования первого операционного усилителя 3, . Выходное напряжение U второго 3 равно операционного усилителя Jk.jU J-k, где kj коэффициент преобразования второго операционного усилителя 3j. В общем случае выходное напряже.ние Цд п-го операционного усилителя 3 равно п J-k,kj,..., (9) где kj, - коэффициент преобразования п-го операционного усинителя 3. Знаки коэффициентов преобразования )f| в выражениях (7)-(9) зависят от подключения операционных усилителей 3 (инвертирующего или неш1вертирующего). Инвертирующее или неинвертирунэдее включение операционных усилителей 3 л осуществляется посредством переключателей 5, каждьй из которых состоит из двух спаренных двухпозиционнык переключателей. Если подвижные контакты двухпозиционных ключей замкнуты с верхними неподвижными контактами, то включение операционны усилителей инвертирующее, что соответствует отрицательному значению соответствующего коэффициента преобразования k-. Если подвижн контакты двухпозиционных ключей замкнуты с нижними неподвижными контактами, то включение операционных усилителей неинвертирукнцее, что соответству ет положительному значению соответст вукицего коэффициента преобразования k. Соответствующее включение переключателей 5 может осуществляться посредством блока управления, которы в простейшем случае представляет собой наборное поле клавишных или кнопочных переключателей. Выходные напряжения UJ операционных усипителей 3| поступают на соответствукяцие входы сумматора, тогда . выходное напряжение Ug сумматора, которое является выходным сигналом преобразователя, равно вык . klk... k,k,y, (10 где t, k,...,k - коэффициенты преобразования сумматора по ответствующим входам. Если принять, что ь ,1, V const, ylc (k, + ,+ ... + k,kj ... k) (12) kky - k(x) (13) . т K K. . . . . к Выражение (14) однозначно превратся в цепную дробь Эйлера, т.е. k,+ k, k + ...+ + k, kj ... k ft да коэффициент преобразования реобразователя, который на осании (13) представляется как k(x) kk, четом (6) и (15) будет равен k(x) k ,.x-J i-H/,x -: n X Таким образом, коэффициент преазования функционального преобраателя связан с входным сигналом : ункциональной зависш4остью, коая выражается цепной дробью Эйлет цепной дроби Эйлера легко пети к цепной дроби общего вида, орая описывается зыражением (3), ользуя известные зависимости - ЬПодбирая включение операционных усилителей (инвертирующее или неинвертирукицее), можно получить различные знаки членов выражений (14) и (16), что позволяет реализовать цепные дроби, 1&1екщие члены с различными знаками.

Таким образом, с помсхцью предлагаемого функционального преобразователя можно реализовать широкий класс функций,, для чего нужно предвари телЪно разложить их в цепнуюдробь общего вида, затем по выражениям (17) определить коэффициенты .цепной дроби Эйлера, по (15) и (16) найти коэффициент преобразования преобразователя k и коэффициенты k отдельных операционных усилителей.

Некоторые функции, например степенной ряд, можно непосредственно раскладывать в цепную дробь Эйлера, что облегчает задачу реализации преобразователя.

Предлагаемый функциональньй преобразователь реализует функциональные зависимости с высокой точностью так как коэффициенты преобразования операционных усилителей определяются через отношения сопротивлений, что обеспечивает незначительную погрешность и высокую стабильность функции преобразованияпри изменении влияющих факторов (например те51пературы).

11редлагае в 1й функциональньй преобразователь позволяет также осу- ществлять операцию умножения (модулции) . В этом случае вторая входная величина преобразуется в сигнал у и поступает на вход 2 преобразователя

Например, такая распространенная функциональная зависимость,, как степенной ряд

И легко реализуется посредством предлагаемого функционального преобразователя.

Кроме того, поскольку с помощью IQ выражения (18) с высокой точностью легко аппроксимировать различные функции, то, используя (18) и (19), можно получить непосредственные разложения таких функций, как

In X, sin X, tg X, cos t, ctg X, arcsin X, arccos x,

arctg X и т.д.,

в цепнум дробь (19) и легко реалиэо20 вать с помсвцью изобретения. Реализация этих функций возможна с высокой точностью за счет повьшения степени полинома (18), что легко реализуется с помощью предлагаемого функциональн25 го преобразователя.

Также широко распространенная экспоненциальная зависимость

Z (20)

30 раскладывается в цепную дробь общего вида (вьфажецие (3).

1 +

-2 + (21) -3 +

(-1) (2,„) +

.2 Эр + а.х + а х +

(18)

+ а..х

п

где а , а , ..., а постоянные коэффициенты,

однозначно раскладьюается в цепную дробь Эйлера

АО

(19)

Используя выражения (17), по известным коэффициентам вьфажения (21) легко определить коэффициенты преобразования операционных усилите лей.

В изобретении погрешности коэффициентов преобразования отдельных операционных усилителей определяются погрешностью отношения сопротивлений, которая может быть меньше Н;0,01%. Поэтому погрешность коэффициента преобразования предлагаемого функционального преобразователя может составлять несколько сотых долей процента.

Bxodi

ФУНКВДЮНАЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий выходной сумматор, выход которого являетсй выз одом преобразователя, п линейных цифроуправляемык элементов, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного сумматора, а цифровые входы подключены к входу задания аргумента воспроизводимой функции, п операционных усилителей, инвертирующий вход каядого i-ro (,2,...,п) операционного усилителя соединен с первым выводом соответствующего i-ro основного масштабного резистора, п дополнительных масштабных резисторов, о т л и ч. ающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса воспроизводимых функций, в него введены п переключателей, каждый из которых выполнен на двух спаренных двухпозиционных переключателях ключей, первый и второй выходы каждого i-ro переключателя соединены соответственно с вторым выводом i-ro основного масштабного резистора и через i-й дополнительi ный масштабный резистор с неинверти{ ующим входом i-ro операционного (Л усилителя, инвертирующий вход и выход которого соединены с входом и выходом соответствующего линейного цифроуправляемого элемента, первый выход первого переключателя соединен с входом задания опорного напряжения преобразователя, выход каждого i-ro из (п-1) операционных усилителей соедин.ен с первым входом (i+1)-ro переключателя, вторые вхо4ib ды п переключателей подключены к сп шине нулевого потенциала. со