УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА Советский патент 1973 года по МПК G06G7/60 

1

Изобретение относится к электрическому моделироваш-по п может найти применение, в осиовлом, для создания самоорганизующихся и кИберИетических устройств, иостроения различных нейронных сетей, а также для различных моделей биохИМии и биофизики.

Известна модель , содержащая на возбуждающих н тормозящих входах интеграторы, сумматоры Боэбуждающ«х и торм-озяniiix иаиряжений, выходной преобразаватель иапряжения в частоту, управляемые ключи, включен} ь е между выходами интеграторов и сумматорами, и гшвертор, включенный между су.мматором тормозящих напряжений и входом .преобразователя иашряжения в частоту.

Однако устройство имеет сложную конструкпию из-за применения большого количества сумматоров активного тида, число которых равно входов нейрона, наличия управляемых ключей, инвертора, иреобразователя напряжения в частоту. Это устройство не обеспечивает моделирования -переходных нроиессов нейрона, распространения импульсов без затухания, работы моделл нейрона по переднему или заднему фронта входных сигналов. Кроме того, оно обладает невысокой точностью, иомехозап1шденностью и стабильностью.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Это достигается тем, что устройство содержит олоки отрицательной п положительной обратной связи, блок масштабных резисторов, компенсированные ключевые элементы и дифференциальный балансный усилитель, первый выход которого через комненсированный ключевой элемент, связанный с первым вы.ходом устройства, соединен с общей шиной источника питания и через блок отрицательной обратной связи-с .первым входом дифференциального -балансного усилителя. Второй вход этого усилителя подключен к обшей шине; второй выход дифференциального бала-нон-ого усилителя через комиенсирова-ннып ключевой элемент, соединенны с вторым выходом устройства, иодключеп к обигей шине источника питания и через блок положительной обрат1ной связи - к первому входу дифференциального балаиспого усилителя. Управляющие входы комиепсироваииых ключевых элементов первого и второго выходов соединены соответственно с шинами «+ «- источника питания и с шинами «+ ц «- дифференциального балансного усилителя. Первый вход дифференциального балансного усилителя соединен с выходами интеграторов и блоком масштабных резисторов, при этом первые входы блока масшта-бных резисторов и входы интеijjaTopoB являются входными шинами устройства, а первый и второй выходы дифференцп.алыюго балансного усилителя - возбуждающкми И затормаживающимИ входами моделл нейрона.

На чертеже показана функциональная .схема устройства.

Устройство содержит дифференднальный баланевый усилитель 1, кОМпенсированный ключевой элемант 2 нервого выхода устройства, комненсированный ключевой элемент 3 второго выхода уст1ройст1ва, блок 4 отрицательиой обратной связи, блок 5 пюло к1ительной обратной связи, блок 6 масштабных реззкторсв, и.нтеграторы 7 и HiCTOMHiHK 8 питания.

Устро; ;ство работает следующ;1м образом.

После подачи напряжения с источника питания на входы устройства поступают возбуждающие сигналы, представляющие собой уровни отрицательной полярности. Работу устройства в этом случае можно Сппсать следующим уравнеилем:

где Т -тормозящий сигнал на входе устройства;Bi -возбу-ждающ.чй сигнал на входе уст

стройства;

п -количество тормозя-щлх .входов; т -количество возбуждающих входов; -(--(7яых-возбуждающий уровень сигнала на

выходе устройства;

-(Усы -тормозящий уровень сигнала на еыходе устройства.

Из уравнения видно, что в то.м случае, когда 1на входах устройства преобладают возбуждающие сигналы, На первом выходе устройства вырабатывается положительный уровень, который соответствует выходно.му возбуждающему.сигналу устройства. Если преобладают входные тормозящие си1гналы, на втором выходе устройства вырабатывается отрицательный уровень, соот1ветствую:ЩИЙ выходному затормаживающему сигналу.

При равенстве входных тормозящих и возбуждающих сигналов на выходах присутствуют нулевые уровни. В этом случае компейсированный ключевой элемент 2 первого выхода, исстороенный на транзисторах ти1па р-п-р, и камИ&нсироваиный ключевой элемент 5 второго выхода, ностроенный «а транзисторах п-р-п, открыты током, поступающнм на их управляющие входы с щии «-+- л «- источника Питания, т. е. выходы модели нейрона подключены к общей щине.

В случае преобладания на входе устройства тормозящего и.ли возбуждающего сигналов в зависимости от полярности на входах возрастает величина выходного напряжения соответствующей полярности на выходах устройства.

При равенстке т-оксв, протекающих по выходным щинам и по компенснрованиым ключеВЫМ элементам 2 и 3, включаются блоки обратной связи, и на соответствующем выходе устройства появляется сигнал. В промежуток времени от и: Д енения сигналов на входе устроиства до появления иа менения величины на пряжения на выходе (нериод абсолютной рефракторности) пороговый уровень модели нейрона велрж, а возбудимость его равна нулю.

.После окончания периода абсолютной рефракторности -происходит постэненное снижеине порогового уровня (период относительной рефракторности). В это время значение напряжения на выходе увеличивается до уровня, обуславливаемого 1;асыщением схемы дифференциального балансного усилителя и в зависимости от входных сигналов может быть положительной или отрицательной полярности.

Крутизна нарастания выходного сигнала (период относительной рефракторности) определяется соотношением суммы величж масштабных резисторов блока 6, ко-мплеконых сопротивлений интеграторов 7 и резистора блока 4 отрицательной обратной связи и может регулироваться в Широких пределах. Высокая точность характеристик устройства обеспечивается включением положительно обратной связи с второго выхода устройства на вход дифференциального балаг Сного усилителя, глубина которой определяется величиной резистора блока 5 положительно обратной связи.

При включении и а входы интегрирующих цепочек уровней сигналов, не достат-очных по своей величине для возбуждения схеМы, следующих один за другим, происходит срабатывание устройства, обеспечивая временную суммацию. В зависимости от величины сигнала, поступающего на входы, изменяется порог срабатывания модели нейрона, т. е. адаптация. Уровни, недостаточные для возбуждения, но ностутающие одновременно на несколько входов, также вызывают сра.батывание устройства (пространственная суммащия).

В зависимости от того, какие сигналы преобладают затормаживающие или возбуждающие, модель нейрона вырабатывает на выходе соответственно отрИ|цате.льные или иоложительные стандартные сигналы.

В зависимости от того, как поступают входные имнульсы, модель нейрона обеспечивает срабатывание как по переднему, так и по заднему фронтам. Например, если интегратор подключен к заторма1живающему входу, а возбуждающий сигнал подается на блок масщтабных резисторов, модель нейрона срабатывает по переднему фронту. Когда на интегратор подается возбуждающий сигнал, а затормаживающий - на блок масштабных рез;исторов, схема срабатывает но заднему фронту.

Таким образом, по предложенному изобретеггию возможно упропдение с.хемы, расширение ее функциональных возмо,;кностей, повыщение точности, по 1ехозани-пценнссти и стабильности.

Предмет н з о б р е т е и и я

Устройство для моделирования нейрона, со.iep/кащее источник питании и И11теграторы,

отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит дифференциальный балансный усилитель, охваченный положительной и отрицателыной обратными связями, к первому .входу которого подключены блок масштабных резисторов и интеграторы, ключевые элементы, управляющие входы которых подключены к источнику питания, причем первый выход днфференцпального балансного

усилителя соединен с выходом первого ключевого элемента, а второй выход дифференциального бал&ноного усилителя соединен с выходом второго ключевого элемента, соединенного с первым ключевым элементом и подключенным .к шине нулевого потенциала и к второму входу дифференциального балансного Усилителя.

Луг-т

V