Логарифмический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/24 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построеш:и устройств для вычисления логарифмов с представлением резу.пьтата в виде цифрового . 5 года.

Известен функциональный преобразовате.ль напряжения, содержавщй генератора эталонного напряжения, элемент сравнения, источник измеряемого нап- 10 ряжения ,генератор иглпульсов, триггер, элемент И, счетчик- fll, .Результат преобразования находится в обратной функциональной зависимости от вида функции-на выходе генератора эуалон- 15 ного напряжения; в частном случае когда в качестве эталонного используется генератор экспоненциального напряжения, выходной результат находится в логарифмической зависимое- 20 ти от входного напряжения.

Невысокая точность преобразования обусловлена тем, что на результат преобразования влияют погрешности генератора эталонного напряжения, гене- 25 ратора-импульсов, вызванные старением элементов, изменением напряжений питания, изменением температурно-влажностного режима работы преобразователя и т.д.30

Наиболее близким к изобретению техническим решением является логарифмический функциональный преобразователь, в состав которого входят аналоговые переключатели, блоки сравнения, блок управления, источники опорных напряжений, ключи, интегратор, функциональный частотный преобразователь, реверсивный счетчик, триггер знака, регистр памяти, преобразователь коднапряжение, сумматор 2ЗЧ

Логарифмический фун1щионс1льный преобразователь работает следующим образом.

. На 1 .такте - такте калибровки на вход первого блока сравнения подается напряжение от опорного источника, соответствующее максимсшьному значению преобразуемого напряжения, а на -вход функционального частотного преобразователя подается напряжение, соответствующее минимальному значению преобразуемого напряжения. По команде Пуск из блока управления на вход интегратора через сумматор и ключ подается напряжение от источника опорного напряжения. С выхода интегратора напряжение поступает на входы блоков сравнения. Блоки сравнения срабатывают при равенстве напряжений на их

ходах и подают соответствующие сигнаы на блок управления. За время, равое разности времен срабатывания блоов сравнения, на вход реверсивного четчика поступают импульсы с выхода ункционального частотного преобразоателя, В реверсивном счетчике фиксиуется число, пропорциональное погрешости, вызванной нестабильностью коэффициентов передачи функционального частотного преобразователя и интегратора, триггер знака фиксирует знак погрешности. После этого блок управления вырабатывает команду, по которой информация из реверсивного счетчика и триггера знака переписывается в регистр. В результате на выходе преобразователя код-напряжение устанавливается напряжение, пропррциональное погрешности и соответствующее ей по знаку. На выходе сумматора устанавливается напряжение, равное сумме напряжений источника опорного напряжения и напряжения, пропорционального погрешности. На этом заканчивается такт калибровки. На втором такте (такте измерения) на вход первого блока сравнения поступает измеряемое напряжение, а на вход функционального частотного преобразователя - напряжение с выхода интегратора. По команде с.блокН управления на вход интегратора поступает напряжение с выхода сумматора, Блоки сравнения срабатывают при равенстве напряжений на их входах и подают соответствующие сигналы на блок управления. За время, равное разности времен срабатывания блоков сравнения, на вход реверсивного счетчика поступают импульсы с выхода функционального частотного преобразователя, В результате в реверсивном счетчике фиксируется число, прямо пропорциональное значению логарифма от входного напряжения. Преимуществом данного устройства по сравнению с предыду- , цщм аналогом является устранение влияния нестабильности коэффициентов преобразования интегратора, функционального частотного преобразователя и источника опорного напряжения на результат преобразования. Но при этом на результат преобразования влияют погрешности цепи обратной связи (преобразователя код-напряжение, сумматора напряжений), обусловленные старением комплектующих элементов, изменением напряжений питания, изменением температурно-влажностного режима работы преобразователя ит.д. Кроме того это устройство отличается слож ностью, так как в состав преобразователя входит большое количество аналоговых узлов - два блока сравнения, три источника опорных напряжений, функциональный частотный преобразователь, преобразователь код-напряжение/ сумматор напряжений, интегратор. Ограничены и его функциональные возможности - выходной код может быть только прямо пропорционален значению логарифма от входного напряжения.

Целью изобретения является повышение точ ности преобразования.

Достигается это тем, что в логарифмический преобразователь, содержащий датчик входного напряжения, соединенный через закикающий контакт переключателя с первым входом элемента сравнения, блок управления, первый выход которого соединен с размыкающим входом переключателя, а второй и третий выходы подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, и счетчик- результата,введены делитель с постоянным коэффициентом деления,делитель с переменным коэффициентом деления, генератор вспомогательного напряжения, генератор экспоненциашьного напряжения и генератор импульсов заполнения, счетчик RS-триггер, S-входы которого соединены со вторым и третьим выходами блока управления, R-вход- с выходом элемента сравнения, а выход - с входом генератора экспоненциального напряжения и вторыми входами первого и второгоэлементов И, третий вход первого элемента И подключен к выходу генератора импульсов заполнения и через делитель - с постоянным коэффициентом деления, с третьим входом второго элемента И, выход которого подключен к входу счетчика, подключенному управляющими выходами ft управляющим входам делителя с переменным коэффициентом деления и информационный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с входом счетчика результата, причем первый выход генератора экспоненциального напряжения соединен с вторым входом элемента сравнения, .а второй выход подключен к входу генератора вспомогатель.ного напряжений, соединенного выходом с разк лкающим контактом переключателя.

На чертеже приведена функциональная схема логарифмического преобразователя.

Предлагаемый преобразователь со.держит датчик входного напряжения 1, генератор 2 вспомогательного напряжения, переключатель 3, блок, управления 4, элемент сравнения 5, генератор экспоненциального напряжения 6, RS-триггер 7, генератор импульсов заполнения 8, элементы. И 9 и 10/ делитель 11 с постоянным коэффициентом деления, делитель 12 с переменным коэффициентом деления, счетчик 13 и счетчик результата 14. В состав генератора 2 вспомогательного напряжения входят резисторы Р и Р, В состав делителя 12 с переменным коэффициентом деления входят счетчик 15 и группа элементов И 16,,,., 16, . Выходы датчика входного напряжения 1 и генератор вспомогательного напряжения 2 через переключатель 3, управляемый блок управления 4 соединены с первым входом элемента сравне ния 5. Выходы блока управления 4 сое динены с S-вкодами RS-триггера 7 и первыми входами элементов И 9 и 10. Первый выход генератора экспоненциал ного напряжения 6 соединен с вторым входом элемента сравнения 5 , второй выход - с входом генератора вспомог тельного напряжения 2. Выход RS-триг гера 7 соединен с входом генератора экспоненциального напряжения 6 и вто рыми входами элементов И 9 и 10, R-вход RS-триггера 7 соединен с выходом элемента сравнения 5. Выход генератора 8 импульсов заполнения соединен с третьим.входом элемента И 9 и череэ делитель 11 с постоянным коэффициентом деления (счетчик) с третьим входом элемента И 10. Информационный вход делителя 12 с перемен ным коэффициентом деления соединен с выходом элемента И 9, управляющие входы соединены с выходами счетчика 13, а выход соединен с входом счетчика результата 14. Вход счетчика 13 соединен с выходом элемента И 10 Преобразователь работает следующим образом. Преобразование происходит в два такта. На первом такте производится калибровка. В исходном состоянии RS-триггер 7 находится в состоянии О, счетчики обнулены (цепи обнуления на чертеже не показаны). С выхода генератора б экспоненциального напряжения на вход генератора 2 вспо могательного напряжения поступает постоянное напряжение Up, с выхода генератора 2 вспомогательного напряжения снимается напряжение U и, k.U,, . . где К , а R, и R - резисторы, входуодие в состав генератора 2 вспомогательного напряжения. Блок управления 4 устанавливает переключатель 3 в положение II, т.е. на первый вход элемента сравнения 5 поступает напряжение с выхода генератора 2 вспомогательного напряжения .После этого блок управления 4 подает импульсы запуска по одному S-входу н RS-триггер 7, который устанавливается в состояние , и разрешения н элемент И 10. Импульсом с выхода RS-триггера 7 запускается генератор б экспоненциального напряжения, на выходе которого формируется напряжение и, поступающее на второй вход элемента сравнения 5, U,, Ч, e где t - текущее время; т - постоянная времени генератора 6 экспоненциального напряжения. В момент равенства напряжений IL и « о он срабатывает и возвращает в исходное состояние триггер 7, который находился в состоянии. в течение t t, -tIn Завремя генератора 8 импульсов заполнения через делитель 11 с постоянным коэффициентом деления и элемент И 10 на счетчик- 13 поступит количество импульсов N N F . fin , где F - частота генератора 8 импульсов заполнения; F - частота на выходе делителя 11 с постоянным коэффициентом деления; m - коэффициент деления делителя 11 с постоянным коэффициентом деления (например, емкость счетчика). На этом такт калибровки заканчивается, II такт - измерения. Блок управления 4 устанавливает переключатель 3 в положение I, т.е. на первый вход элемента сравнения 5 поступает измеряемое напряжение U с выхода.датчика 1 входного напряжения. После этого блок управления 4 подает импульса запуска по второму S входу на RS-триггер 7,который устанавливаатся в состояние , и разрешения на элемент И 9. Импульсом с выхода RSтриггера 7 запускается генератор 6 экспоненциального напряжения, на вы-. ходе которого формируется напряжение , в момент равенства напряженки и и на входах элемента сравнения . Uo г он срабатывает и возвращает в исходное состояние RS-триггер .7, который находился в состоянии . в течение t 1 .. t tr-Ir,g За время fc с генератора 8 импульсов заполнения через элемент .И 9 на вход делителя 12 с переманным коэффициентом деления поступит количесто импульсов Ч Х 11. управляющие входы делителя 12 переменным коэффициентом деления оступает код N с выхода счетчика 3, ив результате на вход счетчика 4 поступит ксхличество ;1;мпульсов Ng. t. UK O . , Uo - t ;ini- «o де А ., Полученный результат прямо пропорионален значению логарифма от входного сигнала и не зависит от стабиль ности характеристик генератора 6 экспоненциального напряжения и генератора 8 импульсов заполнения. Такт калибровки производиться как перед каждым тактом измерения, так и периодически по командам с блока управления 4. Блок управления 4 может работать и по другой программе. 1-такт-измерение.На первый вход элемента сравнения 5 поступает измеряемое напряжение, разрешение подано на элемент И 10 в счетчике 13 будет записано число Ny , равное N F t-. In &. Ь.. II такт - калибровка. На первый вход элемента сравнения 5 поступает напряжение с выхода генератора вспо.могательного напряжения 2, резрешение подано на элемент И 9, на счетны вход делителя с переменнымкоэффициентом деления 12 поступит количество импульсов NS, «i % FO -Ctni-F, В счетчике 14 будет подсчитано ко личество импульсов Ng, I- - NK-ceHy.b. - В fn - -га Полученный результат обратно пропорционапен значению логарифма от входного сигнала и не зависит от нестабильност: характеристик генератора 6 экспоненциального напряжения и .генератора: 8 импульсов заполнения. Технико-экономический эффект пред лагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается, во-первых, в повышении точности преобразования обусловленном тем, что в изобретении ус1 ранены погрешности Првобразовани прототипа, вызванные нестабильносссь характеристик аналоговых узлов, d именно;преобразователя код-напряжениёи сумматора напряжений; во-вторы йредпс гаемое устройство проще прототипа, так как в нем используется минимум аналоговых узлов - один элемент сравнения и ганератор, экспоненциального напряжения. Кроме того, функциональные возможности предлагаемого устройства шире, благодаря воз можности получения результата преоб.разования как прямо, так и обратнопропЬрционального значения логарифма от входн.рго сигнала. Формула изобретения Логарифмический преобразователь, содержащий датчик входного напряжения, ,уоединенный через за1Ф1кающий контакт переключателя с первым входом элемента сравнения, блок управления, первый выход «которого соединен с размыкающим входом переключателя, а второй и третий выходы подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, и счетчик результата, отличающийся тем, .что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены делитель с постоянным коэффициентом деления, делитель с .переменным коэффициентом деления, генератор вспомогательного напряжения, генератор экспоненциального напряжения, генератор импульсов заполнения, счетчик, RSтриггер, причем З-входаг RS-триггера соединены со вторым и третьим выходами блока управления, R-вход КЗ-триггера - с выходом элемента сравнения, а выход RS-триггера - с входом генератора экспоненциального напряжения и вторыми входами первого и второго элементов И, третий вход первого элемента И подютючен к выходу генератора импульсов, заполнения и через делитель с постоянным коэффициентом деления-с третьим входом второго элемента И, выход которого подключен к входу счётчика, подключенному управляющш/и ходами к управляющим входам делителя с переменным коэффициентом делеййя, информационный вход которого соединен с выходом первого .элемента И, а вшсод - с входом счетчика результата, причем первый выход генератора экспоненциального напряжения соединен со вторым входом элемента сравнения, а второй выход подключен к входу генератора вспомогательного напряжения, соединенного выходом с размыкающим контактом переключателя, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гитис Э, Н. Преобразователи информации для электронных цифровых выделительных устройств.-М.; Энергия , 1975, с. 339. .2. Авторское свидетельство СССР № 484529, кл, G Об G 7/24, 1974 (прототип) .