Логарифмический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/24 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения блоков нелинейности АВМ, приборов, систем измерений, контроля и управл ни я. Известны устройства; основанные на использовании логарифмической зависимости: межэлектродного перехо да полупроводниковых приборов, промежутка между различными значениями экспоненциа -ьно изменяющегося напряжения , генерируемого при разряде, заряде энергоемкого элемента активно-реактивной цепи или специальными источниками, проходноп характеристики специализированных преобразователей l. Недостатком известных устройств является функциональная необратимость, т.е. невозможность применен устройства как для логарифмического так и антилогарифмического преобра зования, Схелй указанных устройств сложны. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий модулятор, соединенный своими входс1ми с генератором синусоидального напряже ния и источником входного сигнала, сумматор и блок сравнения, в котором первый из указанных недостатков устранен полностью, а второй - в значительной степени. Достигнуто это за счет введения-в схему устройства двух преобразователей напряжение-фаза, выходы которых вместе с выходом модулятора через сумматор соединены а одним из входов блока сравнения, а входы - с генератором сннусоидального напряжения. Второй вход блока сравнения соединен с источником синусоидального напряжения, а выход - со вторым входом одного из преобразователей напряжения-фаза 2. i Недостатками данного устройства ;являются сложность формирования выходного сигнала и вследствие этого повышение его погрешность, так как выходной сигнал образуется суммированием трех синусоидальных сигналов одной частоты, формируемых из заданного синусоидального напряжения специального генератора с помощью весьма сложных в конкретном исполнении преобразователей: модулятора, нере;гyJ иpyeмoгo и регулируемого, преобразователей напряжениет,фаза.

ЕогрешНость выходного сигнала пределяется суммой погрешностей, оставляемых каждым из названных реобразователей. Выходной сигнал равнивается с заданным напряжением енератора, а результат сравнения воз- ействует на регулируемыйпреобразователь напряжение-фаза,Выходное апряжение последнего отрабатываетя с учетом сравниваемых напряжений, то усиливает погрешность устройства в целом. Каждый из формирователей коМпонентов выходного сигнала вносит вклад в погрешность устройства, однако явными источниками погрешности яьляются модулятор и нерегулируемый . преобразователь напряжение-фаза. 15

Модулятор предназначен для преобразования входного сигнала постоянного тока в синусоидальный с неизменной фазой и частотой генератора синусоидального напряжения. Любая погреш- 20 ность такого преобразователя (амплитудная, фазовая, нелинейная) является прямой погрешностью всего устройства. Следовательно, всеми названньоми видамй аппаратурной погрешности, исПоль- jj зованной в известном, молятор облах ает. Чтобы их уменьшить , необходимо его выполнить прецизионным. Достигается это применением сложной следящей системы..

Нерегулируемый преобразователь напряжение-фаза вырабатывает синусоидальное напряжение постоянной амплитуды и фазы. Это напряжение фиксирует центр окружности, аппроксимирую--, щей логарифмическую.зависимость. Нестабильность параметров названного преобразователя и частоты синусоидального напряжения приводят к смещению -центра окружности, а, следова- тельно, к погрешности выходного сиг- 40 нала логарифмического функционального преобразователя.Снижение указанной погрешности возможно при построении преобразователя напряжение-фаза . на стабильных,. регулируемых эле ментах и с коррекцией по частоте, т.ё.необходима точная и сложная схема

Амплитудная погрешность генератора синусоидального напряжения, когда модулятор в ыполнен в виде следящей «л системы, сказывается только на величине выходных напряжений преобразователей напряжения нерегулируемого преобразователя напряжение-фаза. Для устранения данных погрешностей не нужен точный генератор синусоидаль- 5 ного напряжения, стабильный во времени и при.изменении температуры, т.е. весьма сложное устройство.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, . упроще- 0 ние устройства и повышение его точности.

Эта цель достигается тем, что в логарифмический преобразователь введены блок разложения модуля век- 65

тора на ортогональные составляющие, первый и второй преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, второй сумматор и делитель стабилизированного напряжения, причем первый вход блок разложения модуля вектора на ортогональные составляющие соединен с выходом генератора синусоидального напряжения , второй вход - с выходом блока сравнения, а первый и второй выходы - через первый и втосой преоразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока соединены соответственн9 с первым входом блока .сравнения и первым входом первого сумматора, первый выход делителя стабилизированного напряжения соединен со вторым входом первого сумматора, второй выход - с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора является входом устройства, а выход второго сумматора соединен со вторым входом блока сравнения.

Ввиду названных отличительных признаков, предлагаемое устройство имеет сумматор, соединенный с блоком сравнения и источник синусоидального напряжения. Как видно из перечисленных признаков, предлагаемое изобретение не содержит модулятора и преобразователей напряжение-фаза, которые определяют погрешность и сложность устройства. Вместо данных элементов предлагаемый логарифмичес.кий преобразователь содержит простой в реализации блок разложения модуля вектора на ортогональные составляющие преобразователи напряжения переменного тика в напряжение постоянного тока, сумматоры и делитель стабилизированного напряжения. Предлагаемые связи между элементами обуславливают простейшее . формирование выходного сигнала путем суммирования только двух сигналов и при этом постоянного тока: напряжение на одном из выходов блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие, которое через, преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока становится напряжением постоянного тока, и напряжение от делителя стабилизированного напряжения неизменной величины. Напряжения постоянного тока имеют только амплитудную погрешность Что касается фазовой и частотной погрешности блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие , то из-за его автоматической регулировки частотная погрешность не имеет места, а фазовая ничтожно мало влияет на амплитуду, которая используется для формирования выходного сигнала. Амплитудная .погрешност формирователей предлагаемого устройства несоизмеримо меньше погрешностей модулятора и преобразователей напряжение-фаза известного. На фиг. 1 представлена функциона ная схема устройства; на фиг. 2 векторно-потенциальная диаграмма. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 разложения модуля вектора в ортогон ные составляющие, первый и второй .преобразователи 3 и 4 напряжения пер ,м енного тока в напряжение постоянно тока, блок, 5 сравнения, первый сумм б, второй сумматор 7, делитель 8 ст билизированного напряжения на ортого нальные составляющие. На выходе сумматора 6 образуется выходной сигнал логарифмического преобразователя. Использование функциональной схе мы для логарифмического преобразователя основано на свойстве ортогональных составляющих, на которые разлагается синусоидальное напряжение ip {фиг. 2), равное по величине радиусу окружности ()l + (V-XjUR, а.ппроксимирующей логарифмическую за висимость , координаты центра ок ружности R - радиус; координаты соответст венно логарифмическо зависимости и окружности ; к - коэффициент аппрокси мации ; а - основание логарифма X и х - абсциссы логарифмической кривой и окру ности . Свойство состоит в том, что ортогональные составляющие, параллельные осям координат у (у) их (х), по величине отличаются от. координат логарифмической зависимости на постоян ные величины, т.е. ) и , где Uj, - величина компонента U, , параллельного оси х; J величина компонента U , параллельного оси у; и н ( напряжения (Определяющие ° координаты центра окружнос ти, т.е. U-jcXg и - напряжение, равное абсцис J- l се логарифмической зависи° мости- х: точно при логариф мическом и с погрешностью дх X - X при антилогарифмическом и преобразова ниях; ( напряжение, равное ординате логарифмической зависимости у: с погрешностью ду г у - у при прямом Uy и точно при обратном преоб зованиях. Отсюда видно, что логарифмическое Преобразование осуществляется в последовательности: формируется входной сигнал постоянного тока vJ , далее он вычитается из напряжения 0 неизменной величины, затем отрабатываются составляющие Up и б -синусоидального напряжения OR ,оисходя из условия, что составляющая (5 равна по величине разностиL -UX . Вторая составляющая б(. при этом оказывается равной по ёеличине сумме неизменного напряжения U и напряжения Uj-1, пропорционального логарифму входного сигнала, т.е. U KEogau,. Аналогично реализуется антилога-, рифмическое преобразование. Входной сигнал постоянного тока суммируется с напряжением неизменной величины . Далее отрабатываются ортогональны.-; составляющие U|, и DC. синусоидального напряясения из условия обеспечить равенство б сумме Uy-b U . Составляющая и при этом равна по величине разности неизменного напряжения и напряжения U)(i , которое равна антилогарифму входного сигнала, разделенного на коэффициент К, т . ,, Устройство работает следующим образом. J, Напряжение Jft с выхода генератора 1, равное по величине радиусу, аппроксимирующей окружности 55 , поступает на блок 2. На выходах данного преобразователя образуются ортогональные составляющие, однако они случайным образом ориентированы относительно осей X (х ) и у (у ). Синусоидальные составляющие с помощью преобразователей 3 и 4 превращаются в напряжения постоянного тока, причем при логарифмическом преобразовании на преобразователь 3 подается составляющая, которая по завершению процесса преобразования - составляющая, равная 0. Напряжение постоянного тока на выходе преобразователя 3 с помощью блока 5 сравнения сравнивается с напряжением UHQ- и при прямом и при обратном преобразованиях. Указанные напряжения формируются на другом входе, блока сравнения с помощью сум 1атора 7, на один вход которого поступает- входной сигнал устройства Ux при логарифмировании и Uj, при потенцировании, на другой вход подается заданный сигнал UiQ при ; логарифмическом и при антилогарифмическом преобразованиях от источника заданных сигналов. Результат сравнения с выхода блока 5 воздействует на другой вход блока 2 ортогональных компонентов. При этом производится отработка ортогональных составляющих, пока они не станут равными г и UJ. , т.е. на выходе преобразователя 3 напряжение постоянного тока не станет равным L/XQ- V)x при прямом и при обратном преобразовани В этом случав на выходе преобразователя 4 напряжение постоянного тока равно Jj. при логарифмировании и при потенцировании. Данное напряжени подается на один из входов сумматора 6. На другой вход этого сумматора от источника заданных сигналов подается заданный сигнал при. логарифмическом при антилогарифмическом преобразованиях. В результате на выходе сумматора Г, образуется напряжение .и,,. -vo f которое пропорционально логарифму входного сигнала Уу т.е. К при прямом преобр азовании л Ux::; , что равноантилогарифму входного сигнала у, поделенному на.а оэффициент К, т.е. UxT ointi2og -jinpH обратном преобразовании. Предлагаемый логарифмический преобразователь в отличие от известного состоит из простых, легко реализуемых элементов. Блок разложения модуля вектора в ортогональные составляю щие выполнен как простейшая активнореактивкая цепь с регулируемым резис тором в виде резистивного оптрона. Преобразователи напряжения пере.менного тока,в напряжение постоянного тока реализованы как выпрямители на операционных усилителях с быстродействующим сглаживающим фильтром. Сумматоры, как обычно, выполнены на операционных усилителях. Блок сравне ния в отличие от известного сопостав ляет не фазы синусоидальных напряжеНИИ., а величины напряжений постоянно го тока. Поэтому схема его значитель но проще, например на одном операцио ном усилителе. Таким сложных и прециз-ионнх элементов, как модулятор и преобразователь напряжение-фаза, предлагаемое устройство не содержит, Из-за чего предлагаемое устройство не имеет погрешностей данных элементов. Не сказываешься на его функцио.нированиинестабильность частоты источника синусоидального напряжения, так как преобразователь ортогональны составляющих по принципу действия обрабатывает данные.составляющие, . безразлично какова частота синусоидального напряжения. Предлагаемый логарифмический преобразователь имеет незначительную по сравнению с известным аппаратурную погрешность выходного сигнала. Он определяется статической ошибкой величин ортогональных компонентов пр отслеживании их значений, ошибкой преобразователя напряжения переменно го тока в напряжение постоянного тока, сумматора и делителя стабилизированного напряжения. Аналогичные погрешности преобразования имеет и известное устройство. Однако они составляют ничтожную часть общей погрешности которую вносят модулятор, нерегулируемый преобразователь напряжение-фаза и частотная нестабильность генератора синусоидального напряжения. Вследствие суммирования погрешности, на входе блока сравнения статическая ошибка отработки заданной фазы в известном во много раз выше статической ошибки отработки ортогональных составляющих в предлагаемом устройстве. Формула изобретения Логарифмический преобразователь, содержащий сумматор, выход которого Соединен с первым входом блока сравнения и источник синусоидального напряжения,, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности, в него введены блок разложения модуля вектора на ортогональные составляющие, первый и второй преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, второй сумматор, делитель стабилизированного напряжения, причем первый вход блока разложения модуля вектора на ортогональные составляющие соединен с выходом генератора синусоидального напряжения второй вход - с выходом блока сравнения, а первый и второй выходы - через первый и второй преобразователи напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока соединены соответственно с первым входом блока сравнения и первым входом первого сумматора, первый выход делителя стабилизированного напряжения соединен со вторым входом первого сумматора, второй выход - с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора является входом устройства, а выход второго сумматора соединен со вторым входом блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1,Авторское свидетельство СССР № 297048, кл.. G 06 0,7/24, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 488224, кл. Q06 G 7/24-, 1975 (прототип)

Фиг.

I

Выхва

Vr.fl,

,0t

Jx,

f,

Фиг.г

Ч.9„