Аналоговое вычислительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G06G7/24 

Ч Јь

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, предназначено для логарифмирования и возведения в произвольную степень постоянного напряжения и можэт быть использовано в геофизической аппаратуре для поиска и разведки газовых месторождений, а также для определения концентрации газа в шахтах и иных взрывоопасных технических сооружений Цель изобретения - увеличение функциональных возможностей за счет расширения класса решаемых задач. Устройство состоит из первого 1 и второго 2 одновибраторов, генератора 3 тактовых импульсов, первого 4 и второго 5 резисторов, коммутатора, схемы 7 сравнения, конденсатора 8. первого 9 и второго 10 триггеров, устройства 11 выборки и хранения, генератора 12 счетных импульсов первого 13 и второго 14 элементов И и реверсивного счетчика 15. Устройство наряду с формированием импульсов дли тельностью т kiln -, где ki consr x и у - входные напряжения, обеспечивает реализацию функции z ka (-)т, где kz const m- показатель степени.2 ил. Ј

О О

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, предназначено для логарифмирования и возведения в произвольную степень постоянного напряжения и может быть использовано в геофизической аппаратуре для поиска и разведки газовых месторождений, а также для определения концентрации газа в различных технических средах и сооружениях.

Цель изобретения-увеличение функциональных возможностей за счет расширения класса решаемых задач,

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры импульсов напряжения, поясняющие его работу.

Устройство состоит из первого 1 и второго 2 одновибраторов, генератора 3 тактовых импульсов, первого 4 и второго 5 токозадающих резисторов, коммутатора 6. схемы 7 сравнения, интегрирующего конденсатора 8, первого 9 и второго 10 триггеров, устройства 11 выборки-хранения, генератора 12 счетных импульсов, первого 13 и второго 14 элементов И, реверсивного счетчика 15, а также содержит шину 16 опорного напряжения, первый 17 и второй 18 информационные входы и выходы 19 и 20 логарифмической и показательной функций.

Вход первого одновибратора 1 соединен с инверсным выходом первого триггера 9 и третьим входом управления коммутатора 6, второй вход управления которого подключен к выходу одновибратора 1 и тактовому входу второго триггера 9. К выходу генератора тактовых импульсов 3 подсо- единены объединенные первый вход управления коммутатора 6 и тактовый вход первого триггера 9, прямой выход которого является выходом логарифмической функции устройства (клемма 19) и соединен с первым входом первого элемента И 13. Прямой выход триггера 10 объединен с первым входом второго элемента И 14. а инверсный выход триггера 10 соединен с объединенными четвертым входом управления коммутатора 6 и входом одновибратора 2, к выходу которого подключен вход управления устройства 11 выборки-хранения. Первый и второй входы коммутатора 6 являются первым 17 и вторым 18 информационными входами устройства соответственно. Третий информационный вход коммутатора 6 подключен в точку соединения незаземленного вывода первого токозадающего резистора 4 с первым входом схемы 7 сравнения, второй вход которой соединен с шиной 16 опорного напряжения устройства. Незаземленный вывод второго токозадающего резистора 5

подсоединен к четвертому информационному входу коммутатора 6. Объединенные пер- вый-четвертый выходы коммутатора 6 подключены к незаземленной обкладке интегрирующего конденсатора 8, куда также подсоединен информационный вход устройства 11 выборки-хранения. Выход схемы 7 сравнения соединен с входом установки в О триггера 9. Выход устройства 11 выборки-хранения является выходом показательной функции устройства. Вторые входы первого 13 и второго 14 элементов I/I объединены и подсоединены к выходу генератора 12 счетных импульсов, Выходы первого и

второго элементов И подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 15. а к выходу переноса последнего подсоединен вход установки в О второго триггера 10.

Устройство реализует функции типа

,k2()m.

где г - длительность импульсов на первом выходе устройства;

ki, K2 - масштабные коэффициенты преобразования;

х и у - входные напряжения;

г - напряжение на втором выходе устройства;

m - показатель степени. Устройство работает следующим образом.

Пусть на клеммы 16-18 подаются постоянные напряжения значениями Е01, UBx, E02 соответственно, а генератор тактовых импульсов 3 вырабатывает на своем выходе импульсную последовательность, представленную на диаграмме 1 на фиг. 2.

Под действием короткого отрицательного импульса (потенциал логического нуля) с выхода генератора 3 тактовых импульсов открывается первый канал коммутатора 6 и

интегрирующий конденсатор 8 заряжается до напряжения UBX (диаграмма 2 на фиг. 2). В момент окончания действия отрицательного импульса первый канал коммутатора 6 закрывается. Одновременно положительным фронтом импульса с выхода генератора 3 тактовых импульсов триггер 9 переводится в состояние логической единицы и формируется передний фронт импульса т (диаграмма 3 на фиг. 2). Образовавшийся

при этом на инверсном выходе триггера 9 потенциал логического нуля открывает третий канал коммутатора 6, и интегрирующий конденсатор 8 разряжается через резистор 4. В момент, когда напряжение U(t) на интегрирующем конденсаторе 8, определяющееся соотношением

иф 11вхехр(-р),

где RI и С - сопротивление резистора 4 и

емкость интегрирующего конденсатора 8

соответственно,

станет равным Е01, срабатывает схема 7

сравнения.

Возникшим на выходе схемы сравнения коротким импульсом напряжения триггер 9 возвращается в исходное состояние, и третий канал коммутатора 6 закрывается, а на прямом выходе триггера 9 формируется положительный импульс (диаграмма 3 на фиг. 2) длительностью

T RlCln. EOT

Этот импульс подается на первый вход элемента И 13, и через прследний на протяжении интервала времени г поступают на суммирующий вход счетчика 15 импульсы частотой fo с выхода генератора 12 счетных импульсов, т.е. за время г в счетчике 15 будет зарегистрировано f0 т импульсов. Задним положительным фронтом импульса с инверсного выхода триггера 9 (диаграмма 4 на фиг. 2) запускается одновибратор 1, на выходе которого формируется короткий отрицательный импульс, представленный диаграммой 5 на фиг. 2.

Под действием этого импульса открывается второй канал коммутатора 6, и интегрирующий конденсатор 8 заряжается до напряжения Е02. В момент окончания отрицательного импульса на выходе одновибра- тора 1 второй канал коммутатора 6 закрывается, а триггер 10 переводится в состояние логической единицы формируя при этом на своем прямом выходе передний фронт положительного импульса диаграмма 7 на фиг. 2). В результате под действием потенциала логического нуля (диаграмма 8 на фиг. 2) с инверсного выхода триггера 10 открывается четвертый канал коммутатора 6 и конденсатор 8 разряжается через второй резистор 5. Одновременно под действием положительного потенциала с прямого выхода триггера 10 элемент И 14 начинает пропускать на вычитающий вход счетчика 15 импульсы с выхода генератора 12 счетных импульсов. В момент перехода содержимого счетчика через нулевое значение на его выходе переноса появляется потенциал логической единицы (диаграмма 6 на фиг. 2),

триггер 10 устанавливается в исходное состояние и закрывается четвертый канал коммутатора 6. На конденсаторе 8 устанавливается напряжение

U(T) Eo2exp ()

Ј02 ехр {

RI In

UB

Eoi

R2

где R2 - сопротивление резистора 5. Поскольку еа|пА Аа, то

Eoi ч RI

)Ш

Напряжение U (г) под действием отрицательного импульса (диаграмма 9 на фиг. 2) с выхода одновибратора 2 записывается в память устройства 11 выборки-хранения.

При появлении последующих отрицательных импульсов на выходе генератора 3 описанный процесс многократно повторяется.

Таким образом на выходе логарифмирующей фун кции устройства (клемма 19) будет

формироваться импульсная последовательность {т,}, где i б В 0, 1, 2, 3 .... а на выходе показательной функции (клемма 20) образуется постоянное напряжение U (г).

Следовательно, предлагаемое устройство по сравнению с известным типом обладает более широкими функциональными возможностями, так как наряду с формированием импульсов

40

т RiCIn

UBX

ш

45

обеспечивает реализацию функции типа z k2()m

что дает возможность использовать его в портативной геофизической аппаратуре для выявления газовых месторождений и опре- деления концентрации газа в шахтах, скважинах и т.п., так как последняя при использовании в качестве первичного датчика полупроводниковых элементов Опреем

деляется из соотношения у - ( ) е, где R0

- сопротивление датчика при отсутствии газа в воздухе: Rx - сопротивление датчика при наличии газа в воздухе; е - показатель степени, лежащий в пределах 1.5-3,5

Формула изобретения Аналоговое вычислительное устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, первый одновибратор, интегрирующий конденсатор, схему сравнения, первый вход которой соединен с шиной опорного напряжения, второй вход соединен с первым выводом первого токозадаю- щего резистора, а выход схемы сравнения подключен к входу обнуления первого триг- гера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом второго эле- мента И, а выход переноса реверсивного счетчика подключен к входу обнуления второго триггера, второй вход первого элемента И соединен с выходом генератора счетных импульсов, отличающееся тем, что, с целью увеличения функциональных возможностей за счет расширения класса решаемых задач, оно содержит коммутатор, второй одновибратор, второй токозадаю- щий резистор и устройство выборки-хране- ния, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом первого триггера и с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к тактовому входу

второго триггера и к выходу первого одно- вибратора, вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера и с третьим управляющим входом коммутатора, четвертый управляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера и через второй одновибратор соединен с управляющимвходомустройствавыборки-хранения, первый и второй информационные входы коммутатора являются соответственно первым и вторым входами устройства, третий и четвертый информационные входы коммутатора подключены к первым выводам соответственно первого и второго токозадающих резисторов, вторые выводы которых объединены и соединены с общей шиной устройства, первый, второй, третий и четвертый выходы коммутатора объединены и соединены с информационным входом устройства выборки-хранения, а также через интегрирующий конденсатор подключены к общей шине устройства, выход генератора счетных импульсов соединен с первым входом второго элемента И второй вход которого подключен к прямому выходу второго триггера, прямой выход первого триггера и выход устройства выборки- хранения являются соответственно выходами логарифмической и показательной функций устройства.