Функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/26 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговр вычислительной технике. Известен функциональный преобразователь, содержащий сумматор и п элементов аппроксимации, каждый из которьк выполнен на компараторе, потенциометре опорного напряжения, клю че и блоке резисторов и осуществляю щий кусочно-ступенчатую аппроксимацию функций 1. Его недостатка№4и являются, низкая точность и сложность структуры. Наиболее близкое техническое решение к предлагаемому - функциональный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель, выход которого является выходом функционал ного преобразователя, первый резисто обратной связи, включенный между входом и выходом первого операционно го усилителя, второй операционный усилитель, между входом и выходом которого включен второй резистор обратной связи, входной резистор, первый выаод которого соединен со входом второго операционного усилит ля, а второй вывод является входом функционального преобразователя, п элементов аппроксимации, каждый из которых выполнен на компараторе,потенциометре опорного напряжения, соединенном неподвижным кОнтактом с шиной нулевого потенциала, потенциометре установки начальной координаты, соединенным неподвижньА контактом с шиной нулевого потенциала, последовательно соединенных первом ключе и масштабном резисторе крутизны, включенных между входом первого операционного усилителя и выходом второго операционного усилителя, втором 1оБоче7°с8ёд«й-ёнНом - управляющим входом с соответствующим входом первого ключа и выходом компаратора, первый вход компаратора соединен со входом преобразователя, а второй вход с подвижным контактом потенциометра установки опорного напряжения, свободный неподвижный контакт которого подключен к выходу источника опорного напряжения, информационный вход второго -ключа через токозадающий резистор подключен к подвижному контакту потенциометра установки начальной координаты, свободный неподвижный контакт которого соединен с выходом источника опорного напряжения. Недостаток такого преобразователя низкая точность, обусловленная тем. что кусочно-линейная аппроксимация заданной функциональной зависимости реализуется путем суммирования хара теристик элементов аппроксимации и с увеличением числа одновременно включенных элементов аппроксимации их инструментальные погрешности суммируются, Цель изобретения - повьшение точ ности. Это достигается тем, что функцио .нальный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель, вы- ход которого является выходом функционального преобразователя, первый резистор обратной связи, включенный между входом и выходом первого операционного усилителя, второй операционный усилитель, между входом и выходом которого включен второй резистор обратной связи, входной резистор, первый вывод которого соединен со входом второго операционного усилителя, а второй вывод является входом функционального преобразователя, п элементов аппроксимации, каждый из которых выполнен на компараторе, потенциометре опорного напряжения, соединенном неподвижным контактом с шиной нулевого потенциала, потенциометре уста новки начальной координаты, соединенном неподвижным контактом с шиной нулевого потенциала, последовательно соединенных первом ключе и масштабном резисторе крутизны, включенных между входом первого опе рационного усилителя и выходом второго операционного усилителя, втором ключе, соединенном управляющим входом с соответствующим входом первого ключа, дополнительно содержит в каждом элементе аппроксимаций четыре переключателя,, инверто элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, первый вход с выходом инвертора, а второй вход с выходом компаратора предыдущего по номеру элемента аппроксимации, вход инвертора соединен с выходом компаратора, неинвертирующий и инвертирующий входы которого подключены соответственно к подвижным контактам первого и второго переклю чателей, разноименные неподвижные контакты первого и второго переключателей попарно соединены и подключены ко входу функционального преобразователя и к подвижному контакт потенциометра опорного напряжения, свободный неподвижный контакт которого подключен к подвижному контакт третьего переключателя, механически объединенному с подвижными контакта ми первого и второго переключател ей йёПЬдвижные контакты третьего пере,клю Ч с1теля подключены к шинам положительного и отрицательного опорных напряжений, свободный неподвижный контакт потенциометра установки начальной координаты подключен к подвижному контакту четвертого переключателя, неподвижные конта.кты которого соединены с шинами положительного и отрицательного опорных напряжений, подвижный контакт потенциометра установки начальной координаты соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а также тем, что-второй операционный : усилитель содержит дифференциальный Операционный усилитель и цепь периодической компенсации дрейфа нуля, выполненную на повторителе, запоминающем конденсаторе, включенном между входом повторителя и шиной нулевого потенциала, суммирующем резисторе, включенном между ыходом повторителя и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, компараторе, инвертирующий вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход - к шине, нулевого потенциала, а выход через ключ - ко входу повторителя, управляющий вход ключа является входом запуска цепи периодической компенсации дрейфа нуля, . На чертеже Приведена блок-схема функционального преобразователя. Преобразователь содержит п элементов аппроксимации 1.,,.,., 1 я, каждый из которых выполнен на масштаб ном резисторе 2 крутизны, компараторе 3, инверторе 4, элементе ИЛИ-НЕ 5, потенциометре 6 опорного напряжения, первом, втором, третьем и четвертом переключателях 7-10, первом и втором ключах 11 и 12, потенциометре 13 установки начальной координаты, первый и второй резисторы 14 и 15 обратной связи, входной резистор 16, первый и второй операционные усилители 17 и 18, а также суммирующий резистор 19, повторитель 20, ключ 21, компаратор 22, запоминающий конденсатор 23, дифференциальный усилитель 24. Функциональный преобразователь работает с.ледующим образом. Каждый из элементов аппроксимации воспроизводит уравнение отрезка аппроксимации Y К (X - и) ; X,-.,i X . X;, где - коэффициент, равный X.-V.-. х,-х. X - входное напряжение; Напряжение начальной координаты, определяемое из уравнения 1 .,-, . напряжения/равные абсци сам начала и конца данног отрезка аппроксимации j Y - напряжения,равные коорд натам начала и конца данн го отрезка аппроксимации Перед настройкой преобразователя согласно графическим построениям ил аналитически получаю- искомые координаты отрезков аппроксимации. Затем по формулам 2 и 3 определяют коэффициенты К , К, . , , , К f, и напряжения U;, , Uj , . . , , и.Затем с помощью потенциометров 6 опорного напряжения и переключателей 7-9 уст навливают границы участков аппрокси мации Х, с помощью потенциометров 13 установки начальных координат и переключателей 10 устанавливают зна чения и, , U(j, ,,, Up, ас помощью масштабных резисторов 2 крутизны коэффициенты К , , . . , Кг,. .При нулевом входном сигнале X ключи 11 и 12 всех элементов аппрок симации 1 In выключены, а ключ 21 цепи периодической компенсации дрейфа нуля вторс)го операцион ного усилителя 18 включен на период компенсации дрейфа нуля. Запоминающий конденсатор 23 заряжается через ключ 21 выходным током компаратора 22 до тех пор, пока выходное напряжение повторител 20 через суммирующий резистор 19 не скомпенсирует дрейф нуля дифференциального усилителя 24. При срабатывает компаратор 3 первого элемента аппроксимации и и через Инвертор 4 и элемент ИЛИ-НЕ 5 включает ключи 11 и 12, которые подают на вход первого операционного усилителя 17 напряжение, снимаемое с подвижного контакта потенциометра 13 и с выхода второго операционного усилителя 18, обеспечивая тем самым воспроизведение первого участка аппроксимации. При X X/J срабатывает компаратор 3 вторсго элемента аппроксимации 1 и через инвертор 3 и элемент Ш1И-НЕ включает ключи 11 и 12, а через элемент ИЛИ-НЕ 5 первого элемента . Аппроксимации j( выключает ключи 11 и 12 этого элемента аппроксимации. При дальнейшем увеличении вхоДно.го сигнала X преобразователь работает аналогично, обеспечивая кусочнолинейную аппроксимацию функции таким образом, что на каждом участке включен только один элемент аппроксимации lf,...rln Это позволяет производить независимую настройку элементов аппро симации ,... , In и повысить точность преобразователя, поскольку в нем не происходит накопление инструментальной погрешности элемен тов аппроксимации, которое имеет место при суммировании характеристи элементов аппроксимации в известном преобразователе. Кроме т-ого, положительной особениостью предлагаемого преобразователя является возможность воспроизведения разрывных функций, что расширяет его область применения. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель, выход которого является выходом функционального преобразователя, первый резистор обратной связи, включенный между входом и .выходом первого операционного усилителя, второй операционный усилитель, между входом и выходом которого включен второй резистор обратной связи, входной резистор, первый вывод которого соединен со входом второго операционного усилителя, а второй вывод является входом функционального преобразователя, п элементов аппроксимации, каждый из которых выполнен на компараторе, потенциометре опорного напряжения, соединенном неподвижным контактом с шиной нулевого потенциала, потенциометре установки начальной координаты, соединенном неподвижным контактом с шиной нулевого потенциала, последовательно соединенных первом ключе и масштабном резисторе крутизны, включенных между входом первого операционного усилителя и выходом второго операционного усилителя, втором ключе, соединенном управляющим входом с соответствующим входом первого ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит в каждом элементе аппроксимации четыре переключателя, инвертор, элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, первый вход - с выходом инвертора , а второй вход - с выходом компаратора предьщущего по номеру элемента аппроксимации, вход инвертора соединен с выходом компаратора, неинвертирующий и инвертирующий входы которого подключены соответственно к подвижным контактаии первого и второго переключателей, разноименные неподвижные контакты первого и второго переключателей попарно соединены и подключены ко входу функционального преобразователя и к подвижному контакту потенциометра опорного напряжения, -свободный неподвижный контакт которого подключен к подвижному контакту третьего переключ 1теля, механически объединенному с подвижными контактами первого и второго переключателей, неподвижные контакты третьего переключателя подключены к шинам положительного и отрицательного опорных напряжений, свободный неподвижный койтакт потенциометра установки начальной координаты подключен к подвижному контакту четвертого переключателя, неподвижные контакты которого соединены С шинами положительного и отрицательного опор ных напряжений,подвижный контакт потенциометра установки начальной координаты соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что второй операционный усилитель содержит дифферёнциаль гый операцио нный ус йлйтель и цепь периодической компенсации дрейфа нуля, выполненную на повторителе, запоминающем конденсаторе, включенном между входом повторителя и шиной нулевого потенциала,суммирующем резисторе, включенном между выходом повторителя и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, компараторе, инвертирующий вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход - к шине нулевого потенциала, а выход через ключ - ко входу повторителя, управляющий вход ключа является входом запуска цепи периодической компенсации дрейфа нуля, ИстсЗ чники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1. Томбвич Р,, Карплюс У. Быстродействующие аналоговые вычислительные машины.М,, Мир, 1964, с. 1SO-188, 2, Авторское свидетельство СССР 598092, кл, G 06 G 7/26, 1978 (прототип),