Универсальный диодный функциональный преобразователь Советский патент 1979 года по МПК G06G7/26 

I

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может найти применение как в специализированных, так и универсальных аналоговых вычислительных Машинах.

Известен у шверсальный функциональный преобразователь, содержащий операционные усилители, резисторы, потенциометры и диодные ключи l.

Однако в этом преобразователе необходимо использовать большое количество оборудования для обеспечения необходимой точности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенном является универсальный диодный функциональный преобразователь, содержащий две равные по числу группы резисторов, в каждой из которых одни выводы резисторов объединены, и потенциометры по числу резисторов в группе. Неподвижные контакты потенциометров соединены со свободными выводами соответствующих одноименных резисторов каждой из групп резисторов.

Объединенные выводы резисторов первой группы соединены со входом первого .операционного усилителя, а объединенные вьтоды резисторов второй группы - со входом второго операционного усилителя, ко входу которого через масштабный резистор подключен выход первого операционного усилителя. Выход второго операционного усилителя является выходом преобразователя. Подвижный контакт первого потен1щометра соединен с выходом источника опорного напряжения 2.

Однако этот преобразователь имеет сложную структуру, а его настройка требует большого числа регулировок.

Цель изобретения - упрощение прео разователя и процесса его настройки.

Это достигается тем, что универсальный диодный функциональный преобразователь содержит блоки сглаживающей нелинейной функции, блоки формирования треугольной функции и прецизионный диодный ограничитель, вход которого smnseTся входом преобразователя. Выход отрица теяьной полярности прецизионного ограничителя соединен с подвижным контактом второго потенциометре и первым вхо дом первого блока форм1фовання треуголь ной функции, второй вход которого подклю чен ко входу преобразователя, а выход соединен с подвижным контактом третьего потенциометра и первым входом первого блока сглаживающей нелинейной функции, второй вход которого подключен ко входу преобразователя, а выход соединен с подвижным контактом четвертого потенциометра. Выход положительной полярности прецизионного диодного ограничителя соединен с подвижным контак- том пятого потенциометра и первым входом второго блока формирования треуголь ной , второй вход которого подключен ко входу преобразователя, а выход соединен с подвижным контактом шее того потенциометра и первым входом второго блока сглажлвающей нелинейной функции, второй вход которого подключен ко входу преобразователя, а выход соединен с подвижным контактом седьмого пртен1шометра. Это достигается также тем, что блок формщэования треугольной функции содер ясит потенциометр, прецизионный диодный огран1гчитель, масштабные резисторы и операционный усилитель, выход которого является выходом блока формирования треугольной фудкшш. Вход операционного усилителя через соответствующие масштабглзШ резисторы подключен к первому входу блока формирования треугольной функции и выходу прецизионного диодного огра1шчителя, вход которого через соответствующие масштабные резисторы подключен к первому входу блока формирова ния треугольной функции и подвижному контакту потенциометра, один неподвижный контакт которого подключен ко второму входу блока форм1фовашта треуголь ной функции. Другой неподвижный контакт потенциометра соединен с шиной по лонсительного опорного напряжения. Кроме Toio это достигается тем, что блок сглаживающей нешпюйной функции содержит потенциометр, масштабные резисторы, прецизионный диодный ограничитель и нелинейный элемент, выполненный на операционном усилителе, выход которого является выходом блока сглаживающей нелинейной функции, а вход че рез соответствующие Macmta6Hbie резисторы подключен к первому входу блока сглаживающей нелинейной функшш и выходу прецизионного диодного ограничителя, вход которого через соответствующие масщтабные резисторы подключен к первому входу блока сглаживающей нелинейной функции, к шине отрицательного опорного напржгжения и к подвижному контакту потенциометра, один неподвижный контакт которого соединен со вторым входом блока сглаживающей нелинейной функции. Другой неподвижный контакт потенциометра соединен с шиной отрицательного опорного напряжения. На фиг. 1 представлена структурная схема универсального диодного функционального преобразователя. На фиг. 2 представлена структурная схема блока формирования треугольной функции. На фиг. 3 представлена структурная схема блока сглаживающей нелинейной фуикцш-. На фиг. 4 показан пример аппроксимации нелинейной функции UM (U) . Универсальный диодный функциональный преобразователь (фиг. 1) содержит прецизионный диодный ограничитель 1, ИСТОЧН1Ж 2 опорного напряжения, блоки 3 и Sj формирования треугольной функции, блоки 4 и 4 2 сглаживающей нелинейной функции, потенциометры 5.-5у, группу резисторов , группу резисторов 7. -7 , первый операционный усилитель 8, масштабный резистор 9 и второй операциош1ый усилитель 1О. Блоки 3 и Зд формирования треугольной функции (фиг. 2)-содержат прецизионный диодный ограничитель 11, масштабные резисторы 12-15, операционный усилитель 16 и потенциометр 17. Блоки 4| и 4 сглаживающей нелинейной функции (фиг. 3) содержат нелинейный элемент 18,.прецизионный диодный ограничитель 19, масштабные резисторы 20-24 и потенциометр 25. У нив ере а ль 1СЫ и диодный функциональный преобразователь работает следующим образом. QI реализует аппроксимацию заданной нелинейной функции U,. ( If ) (фиг. 4) выражением: (Ux)C(l/0, где ио - начальное значение функции, q rU - линейная составляющая, tX-CU) треугольная функция (и) сглаживающая нелинейная функция, а,- и с - постоянные коэффициенты. Начальное значение функции UQ устанавтшвается с помощью потенциометра 5д. Прецизионный диодный ограничитель 1 обеспечивает инвертирование входного сигнала Uy и прохождение его на движок потенциометра 5л и вход блока 3 формирования треугольной функции, если Ujj О, или на движок потенциометра 5д и вход блока 32 формирования треугольной функции, если V - О. Потенциометр Б (Sg) служит для формирова шя линейной составляющей аппрок симированной функции, а положение движ ка этого потенциометра определяет значе ние постоянного коэффиш1ента d . Треугольная функция на выходе блока 3 фор мирования треугольной функции образуется в результате суммирования инвертиро ванного входного напряжения О с линейно-ломанной характеристикой, полученной с помощью прецизионного диодного ограничителя 11. Регулировка координат вершины треугольной функции обеспечивается потенциометром 17. При нижнем положении движка этого потенциометра вершина треугольной функции максимально смещена вправо, и отрицательный наклон правой стороны треуголь ной функции максимален. При смещении движка потенциометра 17 вверх наклон правой стороны треугольной функции уменьшается за счет частичного вычитания из инвертированного напряжения U, его неи1шертированного значения XJjf и уменьшения снимаемого с движка потенциометра 17 опорного напряжения +Е. Высота треугольной функции, а следовательно, и значение постоянного коэффициента О в аппроксимирующей функции определяется положением движка потен1шометров БД и Sg. Сглаживающая нелинейная функция /3 (U ) на выходе нелинейного элемента 18 блока 4 сглаживак шей нелинейнойфункции образуется в резуль таге суммирования на его входе треугольной функции «тС (tfy) с ее усеченным инвер тированным значением, которое получает ся на выходе прецизионного диодного ограничителя 19. С потенциометра 25 снимается сигнал, пропорциональный сум ме опорного напряжения -Е и напр5гже- шш аргумента If. . В результате суммирования этого сигнала с опорным напряжением -Е и треугольной функцией c.(Uj из последней на выходе прецизионного диодного ограничителя 19 вычитается -усиленная инвертированная верхняя часть треугольной функции с (1) ). Значение постоянного коэффициента С аппрокси- 1фующей функции устанавливается с помощью потешшометров 5 и 5-т. Положительный технический эффект в предложенном универсальном диодном функ1шональном преобразователе достигается как за счет упрощения его структуры (уменьшения о&цего числа потенциометров и относ5пцихся к ним диодно-резистивных цепей), по сравнению с прототипом, так и за счет уменьшения эксплуатационных расходов за счет упрощения процедуры настройки. Формула изобретения 1. Универсальный диодный функцио- . нальный преобразователь, содержащий две. равные по числу группы резисторов, в каждой из которых рдяи выводы резисторов объединены, потенциометры по числу резисторов в группе, неподвижные контакты потенциометров соединены со свободными выводами соответствующих одноименных резисторов каждой из групп резисторов, объединенные выводы резисторов первой группы соединены со входом первого операционного усилителя, а объединенные вьгеоды резисторов второй группы - со входом второго операционного усилителя, ко входу которого через масштабный резистор подключен выход первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя является выходом преобразователя, подвижный контакт первого потенциометра соединен с выходом источника опорного напряжения, отличающийся тем, что , с целью упрощения структуры преобразователя и процесса его настройки, он содержит бл о.ки сглаживающей нелинейной функ1ши, блоки формирования треугольно и функции и прецизионный диодный ограничитель, вход которого является входом преобразователя, выход отрицательной полярности прецизионного диодного ограничителя соединен с подвижным контактом второго потенциометра и первым входом первого блока формирования треугольной функции, второй вход которого подключен ко входу преобразователя, а выход соединен с подвижным контактом третьего потенциометра и первым вход ом первого блокасгла-. живающей нелинейной функции, второйвход которого подключен ко входу преобразователя, а вь1ход соединен с подвижным контактом четвертого потенциометра, выход положительной полярности прецизионного диодного ограничзггеля соединен с подвижным контактом пятого потенциометра и первым входом второго блока; формирования треугольной функции, второй вход которого подключен ко входу преобразователя, а выход соединен с под вижным контактом шестого потенциометра и первым входом второго блока сглаживающей нелинейной функции, второй вход которого подключен ко входу преобразователя, а выход соединен с подвижным контактом седьмого потенциометра. 2. Универсальный диодный функциональный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования треугольной функции содержит потенциометр, прецизионный диодный ограничитель, масштабные резисторы и one рационный усилитель, выход которого является выходом блока форм1фова1шя треyi-ольной функции, а вход операционного усилителя через соответствующие масштабные резисторьг подключен к первому входу блока формирования треугольной функции и выходу прецизионного диодного .ограничителя, вход которого через соответствующие масштабные резисторы подключен к первому входу блока формирования треугольной фушсшш и подвижному контакту потенциометра, один неподвижный контакт которого подключен ко второму входу блока формирования треугольной функции, а другой неподвижный контакт потенциометра соединен с шиной положительного опорного напряжения. 3. Универсальный диодный функциональный преобразователь по п. 1, о тличаюшийся тем, что блок сглаживающей нелинейной функции содержит потенциометр, масштабные резисторы, прецизионный диодный ограничитель и нелинейный элемент, выполненный на опеpaiffloHHOM усилителе, выход которого является выходом блока сглаживающей нелинейной функции, а вход через соответствующие масштабные резисторы подключен к первому входу блока сглаживающей нелинейной функции и выходу прецизионного диодного ограничителя, вход которого через соответствующие масштабные резисторы подключен к первому входу блока сглаживающей нелинейной функции, к шине отрицательного опорного напряжения и к подвижному контакту потенциометра, один неподвижный контакт которого соединен со вторым входом блока сглаживающей нелинейно и функции, а другой неподвижный контакт потенциометра соединен с щиной отрицательного опорного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Альперович Э. Э. и др. Универсальный функциональный преобразователь Сб. Актуальные вопросы технической кибернетики, М.,Наука 1972, с. 3-8, рис. 3. 2.Маслов А. А. и Сахаров О. Н. Синтез диодных функциональных преобразователей , М., Энергия, 1976, с. 136-147, рис. 4-13 (прототип).