Устройство для решения задач математической физики Советский патент 1988 года по МПК G06G7/38 

(Л

с

Изобретение относится к устройствам аналоговой вычислительной тех.ники. Цель изобретения повышение точности решения задач. Для этой цели в оптоэлектронное устройство слоисто- пленочной структуры, содержащее два фоторезисторных слоя 4 и 6 и расположенные по обе стороны от них светоиз- лучающие слои 10, управление которыми осуществляется через матрицы токоза- дающих резисторов и с помощью соотг ветствующих групп электродов, между слоями 4 и 6 введен непрозрачный слой резистивного материала 5, а также введена группа блоков передачи управления 14, каждый из которых состоит из двух оптронов и операционного усилителя. 2 ил.

(риг

I Изобретение относится к устройствам аналоговой вычислительной техники и предназначено для решения задач математической физики, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных.Целью изобретения является повы- |шение точности решения задач. I На фиг.1 представлена структурная |схема устройства; на фиг.2 - схема блока передачи управления.

Устройство содержит три пластины из прозрачного диэлектрического материала 1-3, первая 1 содержит первый 4 фоторезисторный слой, слой непрозрачного резистивного материала 5 и второй 6 фоторезисторный слой, С внешней стороны слоев 4 и 6 размещены первая 7 и вторая 8 группы злектро- дов. Вторая 2 и третья 3 пластины содержат каждая по прозрачному электроду 9 и светоизлучающему слою 10, а также группу электродов 11. Кроме то

го, в устройство входят две матрицы

токозадающих резисторов 12, два блока питания 13, блоки передачи управления 14, блок задания опорного потенциала 15 и блок регистрации 16, Каждый блок передачи управления 14содер- жит операционный усилитель 17 и первый 18 и второй 19 оптроны. При этом вход усилителя 17 каждого блока передачи управления через фоторезистор оптрона 18 подключен к выходу блока 15, в обратную цепь усилителя 17 включен фоторезистор оптрона 19, первые электроды источников излучения оптронов 18 подключены к соответствующим электродам группы электродов пластины 3, вторые электроды источников излучения оптронов 18 и 19 каждого блока 14 подключены к выходу нулевого потенциала блока 15, первые электроды источников излучения оптро- нов 19 подключены к соответствующим электродам группы электродов 8, выходы усилителей 17 подключены к соот- вет,ствующим электродам группы электродов 7, а каждый электрод группы электродов пластин 2 и 3 через соответствующие резисторы первой и второй матриц токозадающих резисторов соответственно подключены к первому и второму блокам питания 13.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с условиями решае;- мой задачи посредством матрицы токо

задающих резисторов 12, проводимость которых задается вручную,или автоматически, производится задание соответствующей локальной освещенности фоторезисторных слоев 4 и 6, затем пoдкJючeниeм опорного потенциала к узловым блокам 14 осуществляется процесс рещення дифференциальных уравнений в частных производных.

При решении нестационарных задач в цепь обратной связи включаются дополнительные емкостные элементы в соответствии с передаточной функцией моделируемой системы. Измерение моделируемых переменных производится подключением регистрирующего блока 16 к выходным точкам операционных усилителей 17.

Распределение потенциалов V в решающем слое 5 для стационарных задач описывается следующим уравнением:

,,, (1) где g - удельная проводимость слоя 5; Sdjg. поперечные проводимости фоторезисторных слоев 4 и 5; КИ(У„ , V ) - передаточная функция бло2 ка 14; V - оператор Лапласа.

Моделирующие потенциалы Vj- соответствуют моделируемым переменным и это соответствие задается масштабным множителем if- /V. Применяя последнее соотношение уравнение (1) можно свести к следующей.разновидности волнового уравнения:

AV V(B-C)4 0.

(2)

Уравнения такого вида часто встречаются в различных задачах, математической физики, например уравнение Шредингера, описывающее поведение частицы в потенциальном поле:

),

(3)

где

h m

волновая функция; постоянная Планка; масса рассматриваемой частицы;

Е и и - полная и потенциальная энергия, последняя является функцией пространственных координат.

Сравнивая уравнения (1) и (3), хорошо просматринается соответствие

следующих параметров электронной схемы и моделируемой системы:

h2

S - Zm

U,

8,.

5 2m

В соответствии с последними соотношениями задается проводимость решающего слоя 5 и проводимости фоторезис- торных слоев 4 и 6, а также передаточная функция К/4. блока передачи управления l4. Задание передаточной функции К(4 имеет свои особенности и задание ее величины определяется характером решаемой задачи. Так, например, для уравнения Шредингера функ- ция полной энергии имеет следующий электрический аналог:

84 К,4 8 V, (g;+,g, Vp / (8%Д8,„) , (4 где g.а - темновые проводимости

оптронов 18 и 19; /в Ла фотоэлектрические параметры оптронов;

, проводимость фоторезис- торного слоя с темновой проводимостью g и фотоэлектрической характеристикой слоя 6 -у1, .

При применении элементов с малой темновой проводимостью и линейными .фотоэлектрическими характеристиками соот ношение (4) приводится к следующему виду:

8/|K,,V5., (УЬ,,/д,)Уг,

на основании которого производится

выбор соответствующих фотоэлектрических характеристик элементов блока передачи управления.

Конструкция предложенного специа- лизированного аналогового процессора такова, что позволяет простым соединением по границам таких единичных процессоров наращивать.вычислительные мощности устройства, образуя из единичных процессоров распределенной структуры дискретно-непрерывную мозаичную вычислительную среду для решения дифференциальных уравнений в частных производных.. Формула изобретения

Устройство для решения задач математической физики, содержащее три пластины из прозрачного диэлектрического материала, первая из которых.

10

)

20

25

40

д.

расположенная между второй и третьей пластинами, содержит последовательно размещенные на основании пластины первый и второй фоторезисторные слои, с внешних сторон которых размещены, соответственно первая и вторая группы электродов, вторая и третья пластины содержат каждая последовательно размещенные на основании пластин прозрачный электрод, светоизлучающий слой и групЬу электродов, а также два блока питания, блок регистрации, блок .задания опорного потенциала-и , две матрицы токозадающих резисторов, отличающееся, тем, что, с целью повьш ения точности решения, в него введена группа блоков передачи управления, а между первым и вторым фоторезисторными слоями введен слой непрозрачного резистивного материала, при этом каждый блок передачи,управления содержит операционный усилитель и два оптрона, причем вход операционного усилителя каждого блока /шереда- чи управления через фоторезистор первого оптрона подключен к выходу опорного потенциала блока задания опорного потенциала, в обратную цепь опе- 30 рационного усилителя включен фоторезистор второго оптрона, первые электроды источников излучения первых .оптронов подключены к соответствующим электродам группы электродов третьей пластины, вторые электроды источников излучения первого и второго опт- ронов каждого блока передачи управления подключены к выходу нулевого потенциала блока задания опорного потенциала, первые электроды источников излучения вторых оптронов подключены к соответствующим электродам второй группы электродов первой пластины, выходы операционных усилителей подключены к соответствующим электродам первой группы электродов первбй пластины и к соответствующим входам блока регистрации, а каждый электрод группы электродов второй и третьей пластин через соответствующие резисторы первой и второй матриц токозадающих резисторов подключены к первому и второму блокам питания соответственно.

35

50

5лом ne/jeffoi/i/ yrrp&S/jefftf/f

в