Дифференциатор Советский патент 1980 года по МПК G06G7/18 

Изобретение относится « аналоговой вычислительной те., а точнее -к. устройст1ва;м вычисления дифференциалов функций, представленных в виде злектричеоких сигналов.5

Известны дифференциаторы, построенные на основе электронных усилителей и двухполюсных элементов (активных :и реактивных), ,в:ключен,ных во входную цепь усиллтеля ,и щель обратной связи {1.Ю

Недостатком устройств является невысокая точность выполнения олераци.и д ифференцирования, связадная с (Временным дрейфом выходного налряжения усилителя.5

Известен дифференциатор на основе усилителя электричеокого напряженля, который содержит диффереН|Ц ирующую емкость во вход,ной дели усилителя 2.

Эффект диффepeifтироваиия в таком 20 устройстве основан «а хорошо известной зав;иои1.мост1И тока, протекающего через емкость, :И напряжения, падающего «а ней.

Однако (В известном устройстве значение дифференциала входного напряжения за- 25 виоит от параметров электрической емкости (абсолютного значения емкости, временного и температурного дрейфа емкости, .со лрот1И|Влен,ия утечК|И емкости и др.), требуемые величины которых невозможно 30

обеспечить, используя современную интегральную технологию.

Наиболее близким ло технической сущности К изобретен1ию является зстройстао, содержащее оиераадионный усилитель и решающую цепь, выполненную в виде сегнетопьезоэлектрической пластины, на одну поверхность которой нанесены лараллельно входной электрод, выходные электроды и электрод о братной связи, лодключенный к выходу операционного усилителя, вход .которого соединен с выходными электродами .

Однако это устройство обладает недостаточной точностью дифференцирования.

Целью изо:бретения является ловышение точности дифференцирования.

Эта цель достигается тем, что дифференциатОр, содержащий операционный усилитель и решающую цепь, выполненную в виде сегнетопьезоэлектрической пластины, на одну поверхность которой нанесены лараллельно первый входной электрод, два выходных электрода и электрод обратной связи, лодключенный к выходу оп радаюнного усилителя, вход :Которого соединен с выходными электродами, содержит формирователь налряжения настройии, а на вторую ловерх,ность сегнетольезоэлектрической пластины нанесены второй входной электрод, расположенный аим1метр,ично нервому входному электроду и соединенный с шиной нулевого потенциала, два электрода наС11РОЙ-КИ, на«есен.ные сим1метр|Ично выходны,м элбктродам и подключенные к -соответствующим выхода(М фор1м;ирователя лалряжения наетройки, и второй электрод обратной связи, расположенный симчметрично первОМу электроду обратгной связи .и соеди«енный с ш,инои нулевого потенциала. Сегнетопьезоэлектрическая плаетина ш объеме, заключеннОМ между элект1рода1М|И .настройкп И выходными элект1рода1ми, лоля|риэо1ваны (Б одиом :калравлен1ии.

Применение еегнетоэлактри-ческой пластины с на,несен«Ы1МИ на ее поверхност.н электрода-ми позволяет преобразовать временное представление электрического сигнала )в прастранствеЕНое и уменьшить за счет этого влияние неточности изготовления и временных дрейфов |диффе(ре,нци.рующих элементов.

На -чертеже показана схема дифференциатора.

Дифферендиатор содержит пластину / 1ИЗ се-гнетоэлектрического материала. На ее противоположные П01верх1ности нанесены входные электроды 2. На одну из поверхностей Пластины / параллельно электроду 2 ланесены два выходных электрода 3, подключенных к оп«е|ра,ционно1му усилителю 4. На другую поверхность пластины / нанесе.ны параллельно электроду 2 электроды 5 |Настрой;ки, расположедные проти1В электродов 3. Электроды 5 настройки подключены к формирователю 6 .напрялсения .настройки или 1К шине нулевого потендиал.а.

Для дальнейшего повышения точности дифференцирования на пластину 7 нанесена лара электродов 7 обратной связи. Один из них подключен к выходу усилителя 4, а другой - к шине нулевого потеициала. Материал пластины / в-области перекрытия электродов 2, 7 поляризован при изготов.лении устройства, а электрадов 5,3 - приложением к электроду 5 напряжения формирователя 6.

Дифферепцир01В:ание входного элект1рического сигнала, представленного последовательностью дискретных отсчетов, происходит следующи1м О|бразом. Входной электрический сигнал поступает на электрод 2. Вследствие обратного пьезоэффекта каждый дискретный отсчет возбуждает в материале пластины :механическую 1волну, распространяюш,уюся в объеме пластины. Последовательность дискретных отсчетов определяет формирование в объеме пластины пакета ,механическ|их воли. Указанный пакет при движении :в пластине / проходит в областях, з-аключенных между электродами 5 и 5. Вследствие прямого пьезОэффекта (каждый электрод 3 в;месте с электродом 5 oi6pa,3yeT генератор тока, величина которого строго пропорциональна амплитуде механическои волны, а следовательно, и входного отсчета. В Момент времени на выходных электродах наблюдаются сигналы, сдвинутые относительно ti на время, обусловленное конечной скоростью движения механической волны от одного выходного электрода 3 к другому. В этом случае на паре электродов 3 существуют сигналы

t/,3(.(/), f/23((i + A/),

где /Ci, /С/, /(2, К.2 - соответственно коэффициенты электромеханического преобразования входного 2 и выходного 3 электродов;

вх, (Jп - входное напряжение; А/ - время перемещения пакета (Механических волн от одного выходного электрода 3 - другому. Как известно, дифференциал равен

di) Y(} dx.

В вычислительной тех,нике вычисление дифференциала, как ир.авило, заменяют определением приращения входного напряжения за фиксированный малый промежуток времени. Сле|Довательно, для определения дифференциала

sign /Ci -sign /С/, или sign/Cg -sign/(2(1)

или sign С/вх -sign (7вхВ этом случае

аы. - u,,{t) - u,,(h К, -к, u,,(t, ч-до-/ 1-л-2 вх(-),

при К, и |л-., i/f./ U,,,-K,U,Ati + t}.t. (2)

Это соответствует определению дифференциала функции.

Удовлетворение р1авенства (1) обеспечивается поляризацией сегнетоэлектрического иМатериала пластины в области пе|рекрытия электродов 5 и 5 во взаимно противоположных направлениях.

Дальнейшее повышение точности дифференцирования осуществляется подключением :К вЫХОду усилителя 4 электрода 7 обратной авязи. В этом случае

// If. У пыхСО

-ПГ- 7 л7

где /Сз - коэффициент электромеханического преобразования электрода обратной связки;