Функциональный блок Советский патент 1977 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к области аналоговой в гибридной вычислительной техники н может быть использовано в аналоговых вычнслнтельных машинах, в том числе и в сеточных электроинтеграторах, для решения задач теории поля, в адаптивных системах управления и в других устройствах автоматики вычислительной техники в качестве линейного управляемого и нелинейного резистиввс элемента, блока нелинейных (функций для выполнения алгебраических операций.

Известны блоки нелинейных функций, pacsc читанные на воспроизведение простейших ана1ЛЕтических функций одной, двух или трех переменных с кусочно линейной аппроксимацией на осН(е нелинейного элемента с потенциально-заземленными полупроводниковыми диодами DI.

Такие блоки характеризуются сложностью схемы, нестабильностью характеристик во времени и невозможностью менять в широких пределах выходные параметры в зависимости от управляюшего сигнала по требуемому закону с высокой точностью.

Указанные недостатки нелинейных функциональных блоков в значительной степени устраняются в известных схемах компенсационных множительно-де,1ьтельных устройств, в котчзрых в качестве управляемых элементов используются линеаризованные полевые гранзисторы 2.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изо етению является функциоиальный блок, сод жащий масштабные резисторы, линеаризованные полевые транзисторы, первый дифференциальный усилитель, элемент с у11равляемым сопротивлением, выполненный на полевом транзисторе и втором дифференциальном усилителе, первый вход которого подключен к истоку полевого транзистора и к выходу блока, и через первый масштабный резистор к шине нулевого потенциала, второй вход второго дифференциального усилителя подключен через второй масштабный резистор к стоку полевого транзистора, и к первому входу блоха; к выходу первого дифференциального усилителя подключены че рез третий и четвертый масштабные резисторы затворы линеаризованных полевых транзисторов, исток первого линеаризованного полевого транзистора подключен к шине нулевого потенциала, а сток - к второму вхопу второго дифференциального усилителя, пер вый вход первого дифференциаль1юго усилите ля подключен через пятый масштабный резис тор к второму входу блока 3J. Недостаток этого блока состоит в том, что ис.юк одного линеаризованного полевого транзистора подключен ко входу усилителя, потенциал которого не фиксирован, а на сток того же транзистора управляющий сигнал подается непосредственно и не может превыша из условий линеаризации величины порядка (0,8 - 1)В. Кроме того, известный элемент характеризуется наличием систематической ошибки, псюкольку выражение для выходного сопротивления функционального элемента cnp ведливо при условии, что сопротивление дополнительного полевого транзистора значн.тельно превышает величину сопротивления резистора обратной связи, включенного после довательно с дополнительным полевым транзистором. Недостатки снижают точность известного функционального элемента и ограни чивают область его применения. Целью изобретения является повышение точности и расширения i области применения полевого транзистора. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом функциональном блоке исток второго линеаризованного полевого транзистора подключен к шине нулевого потенциала, а сток - к первому входу первого дифференциального усилителя, второй вход которого является третьим входом блока., .На чертеже представлена принципиальная электрическая схема функционального блокЪ, Функциональный блок содержит масштабные резисторы; 1-3, полевые транзисторы 4-6, дифференциальные усилители 7, 8, элемент с управляемым сопротивлением, выполненный на полевом транзисторе 6, дифференциальном усилителе 8 и резисторах 2 и 3 Для линеаризации характеристик полевых . транзисторов 4, 5, которые работают в омической области и используются в схеме в качестве линейной управляемой проводимости включень высокоомньш масштабные резисторы 9-12 Таким образом, эти полевые транзисторы являются линеаризованными. Дифференциальны усилитель 7 вместе с линеаризованными полевыми транзисторами и масштабным резистором 1 представляют со/бой компенсационную схему преобразования напряжения U в проводимость б канала полевого транзистора 5. Полевые линеаризованные транзисторы 4 и 5 управляются од- 1ШМ и тем же .выхощвым напряжениом дифференциального усилителя, поэтому при равенстве их напряжений отсечки UQ-РЛ проводимгють л канала полевого транзистора 5 равна: k, 1 и, KI 1 где К и К2 - коэффициенты, характеризуйщие свойстра полевых транзисторов 4, 5 соответственно;и , и« - прикладываемые к входным блока, управляющие напряжения;Т - сопротивление резистора 1. Операционный усилитель 8 управляет транзистором 6 (который вместе с масштабными резисторами 2, 3 представляет собой элемент с управляемым сопротивлением), сопротивление его вкл1Ьчает в себя сопротивление полевого транзистора 6, равное: 1 где R - сопротивление резистора 3| Rp - сопротивление резистора 2; и сопротивление R резистора 3 и paBlRo; эавж -- г 1 2После подставки в .(3) вместо g выражения (1) получим: К, i UiKj 1 Рз ос- a - -RocT z ,(4) Если выполнить условие, что VT, -Ri,(5) то (4) можно записать так: Р9 . 6) из которого следует, что относительно сигнала и,, функциональный блок представляет свойства линейно-управляемого напряжения сопротивления, а относительно U. -линейноуправляемой проводимости. Как следует из (б) ,предлагаемый функциональный блок может быть использован не только как линейный управляемый резистивный элемент, но и как нелинейное сопротивление с квадратичной вольтамперной характеристикой вида П AU2 (при этом и2 Uj , all zcortbt ), или вида :jt (при этом U, ТТ1 а U2 cotibt /, где и - рабочее напряжение, прикладываемое к одному входу блока; UQ - сигнал снимаемый с выхода; С - ток, протекающий через полевой транзистор 6 и резистор 3. Если в качестве выходного сигнала взять напряжение функциональный блок может быть исттольаован в качестве бл ка нелинейных фу}гкций, в том числе множительно-делителыготч) устройства, так как: Предлагаемый функциональный блок имее следующие преимущества. Полученное выражение для величины выходкого сопротивления включает в себя соиротивление I , в то время как при матема тическом описании известного функционально го элемента предполагалось, что R - R , ос т и им пренебрегали. Блок прост в изготовлении, настройке и эксплуатации, поскольку линеаризованные по левые транзисторы 4, 5 своими истоками подключены к фиксированному потенциалу земля, а величины сопротивлений масштаб ных резисторов 1 и 2 исходя из условия (5) легко могут быть подобраны экспериментально, для чего необходимо добиться пр равенстве iU . и 11}, одинакового падения нап ряжения на линеаризованных полевых транзисторах 4, 5. В отличие от известного устройства сигналы, подаваемые на входы блока, должны быть не противоположного, а одинакового знака, что исключает необходимость применения инверторов при использовании функционального блока в качестве нелинейного сопротивления. Формула изобретения Функциональный блок, содержащий масшта ные резисторы, линеаризованные полевые транзисторы, первый ди41ференциальный усилитель, элемент с утфавляемым сопротивлением, выполненный на полевом транзисторе и втором дифференциальном усилителе, первый вход которого подключ.ен к истоку- полевого транзистора и к выходу блока, и через первый масштабный резистор к шино пулевого потенциала, второй вход второго дифференциального усилителя подключен через второй масштабный р истор к стоку полевого транзистора и к пер вому входу блокад, к выходу первого дифференциального усилителя подключены че{3ез третий и четвертый масштабные резисторы затворы линеаризованных полевых транзисторов, исток первого линеаризованного полевого транзистора подключен к шине нулевого потенциала, а сток - к второму входу второго дифференциального {усилителя, первый вход первого дифференциального усилителя подключен через пятый масштабный резистор к второму входу блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения .области применения, исток второго линеаризованного полевого транзистора подключен к шине нулевого потегашала, а стокк первому входу первого дифференциального усилителя, второй вход которого является третьим входом блока. Источники информации, принятые во вниание при экспертизе: li Смолов В. Б. . Аналоговые вычислительые машины, Высшая школа , М., 1.972, . 258-294. 2.Прокофьев В. Е, Применение полевых ранзисторов в аналот овых функциональных стройствах. Электромеханика Изв. высших чебных заведений, № 6, 1975. 3.Авторское свидетельство СССР 476572, кл. G- Об Q 7/26, 1973.