Устройство для определения аргумента вектора Советский патент 1980 года по МПК G06G7/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРГУМЕНТА

1

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано в устройствах преобразования координат и измерения сдвигов фазы.

Известно устрюйство для определения аргумента вектора Ц / содержгидее логарифмические функциональные генераторы, элементы суммирования и вычитания напряжений, запоминающий блок, блок нелинейной коррекции, коммутаторы и блок калибровки.

Его работа основана на аппроксимации функции аргумента логарифмическими функциями ортогональных составлякхцих.

К недостаткам известного устройства относятся низкая точность вычислений, ограниченный диапазон определяемых углов (в пределах 30°одного квадранта), низкое быстродействие и большая сложность, обусловленные наличием механических переключателей, блоков ксшибровки и коррекции .

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения аргумента вектора, содержащее логарифмические.блоки, подклюВЕКТОРА

ченные к элементу вычитания, выход которого связан с антилогарифмическим блоком 2 .

с Устройство решает в неявном виде соотношение

М ,0 Цы.х4 ,)1.2125 О)При этом погрешность аппроксимации аргумента не превышает 0,7°.

Недостаток прототипа состоит в 5 ограничении вычислений первым квадрантом и в ограничении динам-лческогс диапазона изменения ортогональных составляющих величиной 40 дБ.

Целью изобретения является расширение диапазона определяемых аргументов до четырех квадрантов, а также расширение динамического диапазона изменения входных напряжений.

Цель достигается тем, что уст-25 ройство для определения аргумента вектора, содержащее два нелинейных блока, входы которых подключены к входам устройства, соответствующим ортогонашьным составляющим вектора, .а выходы соединены с соответствующими входами элемента вычитания, выход которого соединен с входом первого антилогарифмического блока, содержит суммирующий элемент, второй антилогарифмический блок и регистрирующий прибор, выходы нелинейных блоков соединены с соответствующими входами суммирующего элемента, выход которого соединен с входом второго антилогарифмического блока, выходы антилогарифмических блоков подключены к регистрирующему прибору, при этом нелинейные блоки выполнены в виде блоков воспроизведения характеристики обратного гиперболического синуса.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - одна из возможных реализаций с конкретным выполнением отдельных блоков; фиг.3 иллюстрирует возможность выполнения антилогарифмических блоков как входных цепей операционного усилителя. Устройство содержит нелинейные блоки 1, 2, суммирующий элемент 3, элемент вычитания 4, антилогарифмическиё блоки 5, 6, регистрируквдий прибор 7, позициями 8, 9 обозначены входы ортогональных составляющих вектора, операционный усилитель 10, полупроводниковые диоды 11, 12, масштабируклций резистор 13, полупроводниковые триоды 14, 15, токозадающие резисторы 16-20, полупроводниковые диоды 21-24, операционный усилитель 25, масштабирующий резистор 26.

Устройство работает следукицим образом.

На входы нелинейных блоков 1,2 поступают входные напряжения X и У, соответствующие ортогональным составляющим вектора в прямоугольной системе координат. Блоки 1, 2 осуществляют сжатие их амплитуды по логарифмическому закону без изменения полярности.

На блоки 5 и 6 поступают напряжения, соответствугацие сумме и разност логарифмов, т.е. логарифмам произведения и отношения ортогональных составляющих вектора; при этом роли суммирующего элемента 3 и элемента вычитания 4 меняются в зависимости от номера квадранта: в первом и третьем квсщрантах информация об отношении появляется на выходе элемента вычитания 4, во втором и .четвертом на выходе элемента суммирования 3.

Коэффициенты передачи элементов 3 и 4 устанавливаются близкими к 1,

Выходные напряжения схем суммирования и вычитания, соответствующие логарифмам отношения X и У ()п tg в явном виде, но нелинейно связаны искомой величиной arctg . В результате их прохождения через бло 5,6 с про,тивоположным (относительно 6п ) характером нелинейности, вырабатывается выходное напряжение.

приближающееся к линейному закону Je) X/Y : в первом и третьем квадрантах эа счет линейного изменения выходного тока антилогарифмического блока (дифференциального усилиг теля) б, а во втором и четвертом блока 5 (см. фиг. 2). Попеременная работа дифференциальных усилителей блоков 5 и 6 (с их насыщением и запиранием выходными напряжениями боль- шой величины, соответствующими логарифму произведения ортогональных составляющих ЕпХ } обеспечивает непрерывность вычислений в пределах от О до 360.

Наличие инверсных выходов элементов 3 и 4 способствует лучшей стабилизации средних токов усилителей блоков 5 и 6.

Математически работа предлагаемого устройства может быть пояснена

0 также следующим образом.

При входных воздействиях X и У выходные напряжения нелинейных блоков 1 и 2

U,,bYi .г5Ъ, (2)

где - тепловой потенциал (26 MB

при 300°К) .

Напряжения на выходах элементов 3 и 4

Uj, -,22«P(ars-hX- ap3V,Y)i

СЗ) .22%.(c3irsbX-a(rsliY),

где 1,22 - их коэффициент передачи.

Нелинейные блоки 5 и 6, составленные из встречно включенных выпрямляющих элементов - биполярных транзисторов или диодов, имеют проходную вольт-амперную характеристику вида

I

г 2

где TO - суммарный ток, протекающий через диоды или эмиттерные цепи транзисторов и определяемый резисторами ,16, 19, 20.

При параллельном включении выходных цепей дифференциальных усилителей, как показано на фиг. 2,на зажимах регистрирующего прибора 7 развивается напряжение

5 Ubb«4Cio-Vnio-l,)-Vy

(5

,bl(arshX- oir6bV)thO,bl(aiSh4-ar&ViY),

Аналогично определяется и выходное напряжение усилителя 25 (см.фиг.3)

Таким образом, применение предложенного устройства, обладающего хорошей точностью вычислений в пределах 0-360°, способствует созданию быстродействуюмих широкодиапазонных, малогабаритных измерителей угловых координат и фазовых сдвигов.

Формула изобретения

Устройство для определения аргумента вектора, содержащее два нелинейных блока, входы которых подключены к входам устройства,соответствующим ортогональным составлякяцим вектора,а выходы соединены с соответствующими входами элемента вычитания, выход которого соединен с входом первого антилогарифмического блока, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых аргументов до четырех квадрантов, а также расширения динамического диапазона изменения входных напряжений, устройство содержит суммирующий элемент, второй антилогарифмический блок и регистрирующий прибор, выходы нелинейных блоков соединены с соответствующими входами суммирующего элемента, выход которого соединен с в)эдом второго антилогарифмического блока, выходы антилогарифмических блоков подключены к регистрирующему прибору, при этом нелинейные блоки выполнены в видэблоков воспроизведения характерис0тики обратного гиперболического синуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1. Патент США 3792246, кл. 235-186, опубл. 1974.

2. Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д. Шейнголда. М., Мир, 1977, с. 380 (прототип).

. Фиг.1 Ч

От fxeffti сунниробаниц }

От cxerrif мчитыния