Функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники. Известен функциональный преобразователь, построенный на основе кусочно-линейной аппроксимации функций, который содержит .элементы формирования линейных аппроксимирующих отрезков 11 . Недостатком его является необходимость применения большого количества элементов для обеспечения высокой точности аппроксимации. Наиболее близким техническим решением к данному является функциональный преобразо ватель, содержащий сумматор, источник опорно го напряжения, п аппроксимирующих элемёнтов, один из входов каждого из которых пойключен к выходу источника опорного напряжения, вторые входы каждого из которых; подклот чены ко входу функционального преобразователя а выходы - ко входам сумматора, выход бумматора является выходом устройства. Недостатком такого преобразователя являются значительные аппаратурные затраты при воспрошведении функций симметричных относительно биссектрисы координатного квадранта 2. Целью изобретения является упрощение структуры функционального преобразователя за счет увеличения чисЛа jniacTKOB аппроксимации до 2п при воспроизведении функций симметричных относительно биссектрисы координатного квадранта. Это достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряження, сумматор, п аппроксимирующих элементов, один из входов каждого из которых соед1шен с выходом источника опорного напряжения, а выходь - с входами сумматора, дополнительно содержит дифференциальный операционный усилитель, два переключателя и компаратор. Первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряження, второй вход соединен с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя и является входом функционального преобразователя, а выход - с управляющими входами первого и второго переключателей, первый неподвижный контакт первого переключателя и второй неподвижный контакт второго переключателя соединены с выходом дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого еоединен с подвиж-ным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт второго переключателя и второй неподвижный контакт первого перекл1рчателя соединены с выходом сумматора, подвижный контакт второго переключателя .является выходом функциойального преобразоваНа фиг. 1 представлена блок-схема функционального преобразователя; на фиг. 2 показан график зависимости выходного напряжения вых функционального преобразователя от

входного напряжения UBX.

Фзшкциональнь1Й преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, дифференщ альный операционный усилитель 2, компаратор 3, первый и второй переключатели 4 и 5, сумматор 6, п аппроксимирзоощихэлементов

%-п- ,

функциональный преобразователь работает слеяукащям образом.

Пусть требуемая функция передачи фзшкцио нального преобразователя U0bix (UBX) является такой, что UBX f (вызй ТЖ симметричной относительно биссектрисы координатного квадранта (иг. 2). Такими функциями, например, являются гипербола УВЫХ {j окружность KrV ДР- Когда напряжение на входе функционального преобразователя UBX меньше напряженш Uon источника 1 опорного напряжения (фиг. 2), то компаратор 3 держит первый и второй переключатели 4 и 5 в положении а. При этом дифференциальный операиоионный усилитель 2 работает в режиме повторителя напряжения я входноенапряжение функционального преобразователя поступает на входы аппроксимирующих элементов 7 ...7, выходные напряжения которых суммируются сумматором 6. Вых дй оеШйрШеШе сумматора 6 через второй переключатель 5 подается на выход функционального преобразователя. В - результате йЬт чаетЬя кусочно-линей,ная аппроксимация функции Увых (вх) при UBX Ugn Как только UBX станет больше ол компаратор 3 переводит первый и вто рой переключатели 4 и 5 в положение б, чём обеспечивает включение аппроксимирующих

элементов 7 , сумматора 6 в цепь

отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя 2. Известно, что при включении функционального преобразователя в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя зависимость выход НОго напря кения операционного усилителя от ВХОДНОГО пpeдcтaвляet собой функцию, обратную функции передачи цепи обратной связи,

т.е. симметричную ей относительно биссектрисы координатного квадранта. Поэтому в предлгаемом функциональном преобразователе

аппроксимирующие элементы 7 , 7, ,7

аппроксимируют футгктщо Овых (вх) при UBX Uon и эти же схемы аппроксимируют продолжение требуемой функции при UBX Uon.

Следовательно, по обе стороны биссектрисы для аппроксимации используются одни и те же аппроксимирующие элементы 7 ,.... 7 , в to время как в прототипе для каждого участка аппроксимации должен быть использован свой аппроксимирующий элемент. Поскольку для получения высокой точности часто требуется до 20 участков аппроксимации, становится очевидным уменыпение аппаратурных затрат и упрощение структзфы предлагаемого функционального преобразователя по сравнению с прототипом. При этом, в общем случае, не имет значения способ реализации аппроксимйрую1ЩИХ элементов (пассивные диодные ячейки |или активные на операционных усилителях) : и способ соединения их между собой и сумматором, лшиь бы производилась кусочнолинейная или кусочно-нелинейная аппроксимация функции. Например, можно показать, что для функции ивых 77 при аппроксимации с постоянной отнрсительфй погрепшрстью количество аппроксимируюишх элементов 7,..7п уменьшается в 2 раза, а дополнительно вводимь1е элементы лишь незначительно усложняют функциональный преобразователь.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, сумматор п аппроксимирующих элементов, один из входов каждого из которых соединен с выходом источника опорного напряжения, а выходы со входами сумматора, отличающийс я тем, что, с целью упрощения структуры функцнонгшьного преобразователя за счет увеличения числа участков аппроксимации до 2п, Ьн содержит дифференциальный операционный усилитель, два переключателя и компаратор, первый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, второй вход соединен с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя и является входом функционального преобразователя а выход - с управляющими входами первого и второго переключателей, первый неподвижньгй контакт первого переключателя и второй неподвижный контакт второго переключателя соединены с выходом дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход