Квадратор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/20 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известен функциональный преобразователь, содержащий компараторы, ключи, сумматор, инвертор и токозадающие резисторы и осуществляющий кусочно-линейную аппроксимацию квадратичной зависимости 1 .

Недостаток этого преобразователя сложность структуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является квадратор, содержащий источник опорного напряжения, п компараторов, п пар ключей, управляющие входы каждой из которых соединены с выходом соответствующего по номеру компаратора, инвертор, вход которого является входом квадратора, сое-динен с инвертирующим входом -первого компаратора, первый операционный усилитель, вход которого через первый резистор-обратной связи соединен с его выходом, через первый масштабный резистор - со входом инвертора, через первый токозадающий резистор - с отрицательным зажимом источника опорного напряжения, отрицательный зажим источника опорного напряжения через коммутируёмые токозадающие резисторы соединен с информационными входами первых кличей каждой пары, выходы которых соединены со входом первого операционного усилителя, информационные входы вторых ключей каждой пары соединены с соответствующим масштабным резистором крутизны 2.

Недостаток такого квадратора 0сложность структуры.

Цель изобретения - упрощение структуры квадратора.

Цель достигается тем, что квадратор, содержащий источник опорного

5 напряжения, п компараторов, п пар ключей, управляющие входы каждой пары которых соединены с выходом соответствующего по номеру компаратора, инвертор, вход которого является входом квадратора и соединен с инвертирующим входом первого компаратора, первый операционный усилитель, вход которого через первый резистор обратной связи соединен с его выходом,

5 через первый масштабный резистор - со входом инвертора, через первый токозадающий резистор - с.отрицательным зажимом источника опорного напряжения, отрицательный зажим источника

0 опорного напряжения через токозадаю1чие резисторы соединен с информационными входами первых ключей каждой пары, выгРоды которых соединены со входом первого операционного усилителя, информационные входы вторых ключей каждой пары соединены с соответствующим масштабным резистором крутизны, дополнительно содержит второй операционный усилитель, второй резистор обратной связи, второй масштабный резистор, п-1 элементов коммутации, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной-обратной связи, масштабном резисторе, подключенном ко входу операционного усилителя, токозадающем резисторе, подключенном через ключ ко входу операционного усилителя, выход каждого компаратора, кроме п-го, соединен с управляющим, входом ключа соответствующего ему по номеру элемента коммутации, свободный вывод токовадающего резистора каждого нечет ного по номеру элемента коммутации соединен с отрицательным зажимом источника опорного напряжения и с инвер тирующим входом четного по номеру компаратора, а свободный вывод токоЗсщающего резистора каждого четного по номеру элемента коммутации - с положительным зажимом источника опорного напряжения и с неинвертирующим входом нечетного по номеру компаратора, выход операционного усилителя каждого элемента коммутации, кроме п-1-го, соединен со свободным входо1(| следующего по номеру компаратора и свободным выводом масштабного резистора следующего по номеру элемента коммутации, выход операционного усилителя п-1-го элемента коммутации соединен со свободным входом п-го компаратора, свободный вывод масштабного резистора первого элемента коммутации соединен со входом квадратора, второй резистор обратной связи включен между входом и выходом второго операционного усилителя, вход которого через второй масштабный резистор подключен к выходу инвертора, а выход является выходом квадратора, выходы вторых ключей каждой пары соединены со входом второго операционного усилителя, свободные выводы масштабных резисторов крутизны соединены с выходом первого операционного усили-теля.

На чертеже приведена блок-схема квадратора.

Квадратор содержит источник опорного напряжения 1, п компараторов 2 ... 2, инвертор 3, первый операционный усилитель 4, первый резистор обратной связи 5, первый масштабный резистор б, первый токозадающий резистор 7, п коммутируемых токоэадающих резисторов 8,...,8„, п первых 9...,9 и вторых 10 ,...., 10 ключей, составляющих пары, п масштабных резисторов кру

тизны 11,...,11 , второй операционный усилитель 12, второй резистор обратной связи 13, второй масштабный резистор 14, п-1 элементов коммутации 15 , . .. , ,, каждый из которых выполнен на операционном усилителе 16, ... , резисторе обратной связи 17,,. . . ,, масштабном резисторе 18 ,. . . , токозадаютеги. резисторе 19 ,. . . 19п--1 и ключе 20 , . . .20 „,.

Квадратор работает следующим образом.

Допустим п 4. При Ugy U (работа на первом участке). Все компараторы 2 ,.. .2 находятся в состоянии, при котором ключи 9,...9, и 10, ,, . . 10 закрыты и выходное напряжение определяется по Лормуле:

и вых.

и

ex

где Кр - коэффициент передачи инвертора 3-, , R - сопротивление второго резистора обратной связи 13; . сопротивление второго масштабного резистора 14. При Ц U(jy li u (работа на втором участке). Выходной сигнал компаратора 2 открывает ключи 9 и Юд. и выходной сигнал определяется по формуле:

U6b,v. IJfty

KO-S + Uftxx-« -U «1L/

R6 on. ( .

При U,j Ug 03 (работа на третьем участке). Выходной сигнал компаратора 2 открывает ключи 9, и 10 и ключ 20 элемента коммутации ISj. Остальные ключи закрыты и выходной сигнал определяется по Формуле:

вых - о йх-к;; )п-(- ц

в дальнейшем работа устройства аналогична и поясняется в приведенной ниже табл. открытия ключей на участках аппроксимации.

Т а б л и ц а Продолжение таблицы 20, 9„ 10 , 94, 104 20, 20, 9, , , 9, 10 20, 20, 9, 10, 9з, Юз, 5, 104 20,; 2Qy 9„ 10 , 9., , 10 20, 20.J, 9, 10, , 10, 94., 10 20„ 202. 20, 9,, -10,, 92, Оз,,С 20, , 202., 20 , 9, 10, 9, 10,, , 95, 10, 9, 104. При п предлагаемый квадратор реализует 16 участков кусочно-линейной аппроксимации квадратичной зависимости, что соответствует методичес кой погрешности 0,05%. При этом он содержит 6 операционных усилителей, 4 компаратора, 11 ключей, 24 резистора и один источник опорного напряжения, что почти в два раза меньше количества аналогичного оборудования необходимого для получения такой же точности в известном квадраторе-для реализации которого требуется 2 операционных усилителя, 15 компараторов, 30 ключей, 50 резисторов и один источник опорного напряжения. При п 4 преимущество предлагаемого квадратора над известным будет еще более зна чительным. Формула изобретения Квадратор, содержащий источник опорного напряжения, п компараторов, п пар ключей, управляющие входы каждой пары которых соединены с выходом соответствующего по номеру компарато ра, инвертор, вход которого является входом квадратора и соединен с инвер тирующим входом первого компаратора, первый операционный усилитель, вход которого через первый резистор обрат ной связи соединен с его выходом, через первый масштабный резистор со входом инвертора, через первьай токозадающий резистор - с отрицатель ным зажимом источника опорного напря жения, отрицательный зажим источника опорного напряжения через токозадающие резисторы соединен с информацион ными входами первых ключей каждой пары, выходы которых соединены со входом первого операционного усилителя, информационные входы вторых ключей каждой пары соединены с соответствующим масштабным резистором крутизны, отличающийся тем, что, с целью упрощения структуры, он содержит второй операционный усилитель, второй резистор обратной связи, второй масштабный резистор, п-1 элементов коммутации, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи, масштабном резисторе, подключенном ко входу операционного усилителя, токозадающем резисторе, подключенном через ключ ко входу операционного усилителя, выход каждого компаратора, кроме п-го, соединен с управляющим входом ключа соответствующего ему по номеру элемента коммутации, свободный вывод токозадающего резистора каждого нечётного по номеру элемента коммутации соединен с отрицательным зажимом источника опорного напряжения и с инвертирующим входом четного по номеру компаратора, а свободный вывод токозадающего резистора каждого четного по номеру элемента коммутации с положительным зажимом источника, опорного напряжения и с неинвертирующим входом нечетного по номеру ком-. паратора, выход операционного усилителя каждого элемента коммутации, кроме П-1-ГО, соединен со свободным входом следующего по номеру компаратора и свободным выводом масштабного резистора следующего по номеру элемента коммутации, выход операционного усилителя П-1-ГО элемента коммутации соединен со свободным входом п-го компаратора, свободный вывод масштабного резистора первого элемента коммутации соединен со входом квадрато-. ра, второй резистор обратной связи включен между входом и выходом второго операционного усилителя, вход которого через второй масштабный. резистор подключен к выходу инвертора, а выход является выходом квадратора, выходы вторых ключей каждой пары со единены со входом второго операцион1ного усилителя, cвoбqдныe выводы маситабных резисторов крутизны соединены с выходом первого операционного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3622700, кл. 235-197, опублик. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 598092, кл. G 06 G 7/26, 1978 (прототип).