Устройство для воспроизведения степенных функций Советский патент 1980 года по МПК G06G7/24 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь.зовано в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных блоках.

Известно устройство для.;воспроизведения степенных функци-Й, содержащее управляемые делителя напряжения и операционные усилители 1.

Однако это устройство имеет ограниченный динамический диапазон преобразования.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство, которое, как и данное устройство, содержит функциональный преобразователь, П пороговых элементов и . следовательно включенных управляе«лх делителей напряжения, информационный вход первого из которых соединен со входами пороговых элементов и является входом устройства, выход п -го управляемого делителя напряжения подключен ко входу функционального преобразователя, а управляющие входы управляегдлх делителей напряжения подсоединены к выходам соответствующих пороговых элементов 2,

Однако указанное устройство позволяет получить лишь прерывистую (периодическую) функциональную ха эактеристику, соответствующую заданной зависимости только внутри каждого периода изменения входной переменной, что ограничивает применение устройства.

Цель изобретения - повьаленне точ10ности работы устройства за счет получения непрерывной функциональной зависимости во всем динамическом диапазоне ее воспроизведения.

Указанная цель достигается тем,

15 чтоустройство содержит П последовательно включенных масштабных уси лителей, инвертор/ Г -1 элементов запрета и ГЦ-1 ключей, информационный вход первого из которых подклю20чен к выходу функционального преобразователя, si {информационные входы П остальных ключей подсоединены к выходам соответствующих масштабных усилителей, управляющий вход перво25го ключа соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу первого ПОРОГОВОГО элемента, управляющие входы 1 -1 последующих ключей подсоединены к выходам соот30

ветствующих элементов запрета, информационный вход и вход запрета -го элемента запрета подключены соответственно к выходс1м i -го и ( I + 1)-го пороговых элементов, управляющий вход (п+ 1)-го ключа соединен, с выходом п-го порогового элемента, выходы всех ключей объединены и являются выходом устройства вход первого масштабного усилителя подключен к выходу функционального преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.

Устройство содержит функциональный преобразователь 1, управляемые делители напряжения 2-4, пороговые элементы 5-7, масштабные усилители 8-10, ключи 11-15, инвертор 16 и элементы запрета 17-19.

Устройство работает следующим образом.

При изменении входного, напряжения от начального значения до значения Ue,x. Ug , где d - динамический диапазон входного сигнала функционального преобразователя 1, последний работает в своем дингuv ичecкoм диапазоне. При этом все пороговые элементы 5-7 находятся в исходном состоянии, коэффициент передачи всей цепи управляемых делителей 2-4 напряжения имеет максимальную величину b , ключ 11 открыт, остальные ключи 12-15 заперты, так что выходное напряжение устройства изменяется по зависимости

m ... m UBX

uwx Oj

где UQ - постоянная величина, определяемая коэффициентом передачи функционального преобразователя 1; m - показатель степени заданной функции.

При достижении входным напряжением устройства величины и, соответствующей верхней границе динамического диапазона функционального преобразователя 1, срабатывает первый пороговый элемент 5, рыходной сигнал которого уменьшает коэффициент .передачи управляемого делителя 2 в с1 раз, в результате чего сигнал на входе функционального преобразователя 1 уменьшается до значения, соответствующего нижней границе егЬ динамического диапазона, и при дальнейшем росте входног напряжения устоойства от UBA .У до Ubx УЗ функциональный преобразователь 1 повторно работае в своем динамическом диапазоне. Одновременно выходной сигнал порогового элемеата 5 через инвертор 16 запирает ключ 11 и через элемент запрета 17 (сигнал запрета с выход

порогового элемента 6 П1)и этом отсутствует) открывает ключ 12, так что между выходом функционального преобразователя 1 и выходом всего, устройства включается усилитель 8, и поэтому на указанном втором участке изменения входного напряжения выходное напряжение устройства изменяется в соответствии с законом

гп tn Ubx

выхда

и о

где к - коэффициент усиления усиЛителя 8 .

Если К (3 , то эта зависимость совпадает с предыдущей, т.е. на втором участке продолжается прежняя непрерывная зависимость вида степенной функции с повторным использованием характеристики функционального преобразователя 1. При этом, в частности, сохраняется величина выходного напряжения вблизи граничного значения -г

При равенстве входного напряжения устройства следующему граничному значению U , соответствующему повторному достижению верхней границы динамического диапазона, функционального преобразователя 1, срабатывает второй .пороговый элемент б, уменьшая- в 5 раз коэффициент передачи управляемого делителя 3. Кроме того, выходной сигнал порогового элемента 6 через элемент запрета 17 запрещает открывание ключа 12, т.е. закрывает ключ 12 и через элемент запрета 18 (ввиду отсутствия соответствующего запрещающего

сигнала) открывает ключ 13. В результате на третьем участке изменения входного напряжения отив«- э ° J&x 4 -ч ° функциональный преобразователь 1 по-прежнему раб(йтает

в своем динамическом диапазоне, благодаря включению на выходе устройства двух последовательно соединенных усилителей 8 и 9 с коэффициентами усиления равными К, причем

К (сЗ), выходное напряжение устройства на этом участке продолжает изменяться по той же непрерывной зависимости.

Каждый раз, когда входное напря жение устройства достигает значеНИИ при которых -ый

раз достигается верхняя граница динамического диапазона функционального преобразователя 1, срабатывает i -ый пороговыйэлемент, уменьшая в 51 раз коэффициент передачи соответствующего управляемого делителя и подключая на выходе устройства дополнительный усилитель с коэффициентом усиления . в ре

эультате в эти моменты на входе

функционального преобразователя 1 уменьшается до нижней границы его динамического диапазона, чем обеспечивается постоянная работа функционального преобразователя 1 в его динамическом диапазоне, а благодаря усилению выходного напряжения функционального преобразователя 1 в К раз выходное напряжение устройства на () + 1)-ом участке продолжает изменяться с ростомивхпо той же заданной непрерывной зависимости вида степенной функции.

В процессе уменьшения напряжения Ugjj при достижении им тех же гранических значений описанные переключения и вызываемые ими изменения сигналов реализуются в обратном порядке.

Если вустройстве включены п соответствующих групп пороговый элемент - управляемый делитель напряжения - элемент запрета - ключ усилитель, то функциональный преобразователь 1 используется раз, и динамический диапазон всего устройства по входному сигналу равен D , т.е. динамический диапа зон предложенного устройства по его входному сигналу в логарифмических единицах при сохранении непрерывной зависимости вида степенной функции расширяется по сравнению с динамическим диапазоном функционального преобразователя 1 в nti раз.

Предложенное устройство наиболее целесообразно применять для воспроизведения степенных функций с дробными показателями при 0 2, а также для степенных функций с отрицательными показателями, причем в последнем случае вместо усилителей 8, 9, 10 должны быть использованы делители напряжения, так, как тогда 61 1, а коэффициентыпередачи элементов, включаемых последовательно на выходе устройства, должны быть равны величине 3.

В указанных случаях с помощью предложенного устройства на основе использования функционального преобразователя 1, имеющего требуемую характеристику вида степенной функции в ограниченном динамическом диапазоне, соответствующем, например, одному порящку, можно реализовать воспроизведение этой степенной функции в значительно более широком динамическом диапазоне, равном,например, трем-четырем порядкам, при сохранении точности воспроизведе- . НИН, свойственной функциональному преобразователю,

Формула изобретения

Устройство для. воспроизведения степенных функций, содержащее функциональный преобразователь, л поро. говых элементов и п последовательно включенных управляемых делите лей напряжения, информационный вход первого из котоЕ«лх соединен со входами пороговых элементов и явля ется входом устройства, выход п-го

управляемого делителя напряжения . подключен ко входу функционального преобразователя, а управляющие входы управляемых делителей напряжения подсоединены к выходам .соответствуго5 щих пороговых элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства за счет получения непрерывной функциональной зависимости во всем

0 динамическом диапазоне ее воспроизведения, оно содержит п последовательно включенных;масштабных-усилителей, инвертор, л -1 элементов запрета и п + 1 ключей, информаци5 онный вход первого из которых подключен к выходу, функционального преобразователя, а информационные входы п остальных ключей подсоединены к выходам соответствующих мас|, штабных усилителей, управляющий;

вход первого ключа соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а управляющие входы г - 1 последующих ключей подсоеди5нены к выходам соответствующих элементов запрета,информационный вход и вход запрета i -го элемента запрета подключены соответственно к выходам -го и ( + 1)-го порого0 вых элементов, управляющий вход

(п + 1)-го ключа соединен с выходом . порогового элемента, всех ключей объединены и являются выходом устройства, вход первого

r масштабного усилителя подключен к выходу функционального npeot aso атвля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

50

1.Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации. Под. ред. Смолова В.Б. Л., Энергия, 1976, с. 207-208.

2.Волков В.М. Функциональные электронные усилители с широким динамическим диапазоном-. Киез, Hayкова Думка, 1967, :. 84,

рис. 22 в (прототип).

.;.. ь 732909