Устройство для определения моду-ля BEKTOPA Советский патент 1981 года по МПК G06G7/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ ВЕКТОРА

Изобретение относится к аналого.вой вычислительной технике и может быть использовано в радиолокации, навигации и измерительной технике для вычисления и преобразования координат. Известно устройство, реализующее принцип кусочно-линейной аппроксимации, содержащее блоки выделения модуля ортогональных составлякндих, сумматоры и блоки выбора максимума f Однако устройство имеет погрешность 1 дБ в динамическом диапазоне 40 дБ. Кроме того, большое число операц..онных блоков ограничивает пре дельную частоту входных сигналов вел чиной 50-100 кГц и длительность пере ходного процесса на уровне 10 мкс. Наиболее по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения модуля вектора, .содержащее логарифмические усилители, элементы суммирования и вычитания 2 . Недостатки данного устройства зак лючаются в ограничении диапазона входных напряжений пределами одного квадранта; ограничении динамического диапазона на уровне 30-40 дБ, а также в ограниченности частотного диапазона. Цель изобретения - расширение динамического и частотного диапазонов, а также пределов вычисления до четырех квадрантов . Цель достигается тем, что устройство для определения модуля вектора, содержащее два нелинейных усилителя и два инвертора, содержит источник смещения, токозадающий резистор и четыре полупроводниковых нелинейных элемента с выпрямляющими р-п переходами, первые однополярные выводы которых объединены и через токозадающий резистор соединены с источником смещения, выходы нелинейных усилителей соединены с входами соответствующих инверторов, второй вывод первого полупроводникового нелинейного элемента соединен с выходом первого нелинейного усилителя, второй вывод второго полупроводникового нелинейного /. элемента - с выходом первого инвертора, второй вывод третьего полупроводникового нелинейного элемента с выходом второго нелинейного усилителя, а второй выво четвертого полупроводникового нелинейного элемента - с выходом второго инвертора. при этом каждый нелинейный усилитель выполнен на операционном усилителе с масштабирующим резистором во входной цепи и включенными встречно-параллельно полупроводниковыми нелинейными элементами с выпрямляющими р-п (Переходами в цепи отрицательной обратной связи, входы нелинейных усилителей являются входами устройства, а общий вывод полупроводниковых нелинейных элементов и токозадающего резистра является выходом устройства. На чертеже представлена схема устройства. Схема содержит нелинейные усилители 1 и 2, инверторы 3 и 4, полупровод никовые нелинейные элементы 5-8, токозадающий резистор 9. Нелинейный уси литель 1 и 2 содержит операционный усилитель 10, масштабирующий резистор 11, нелинейные элементы 12-15. Позициями 16, 17, 18 обозначены соответст венно вход X, вход У и выход устройст ва. Устройство работает следующим образом. На входы нелинейных усилителей 1 и 2 поступают напряжения X и У, соответствукяцие ортогональным составляющим вектора в прямоугольной системе координат. Усилители 1 и 2 осуществляют сжатие их амплитуды.по логарифмическому закону без изменения поляр ности. В результате изменения полярности инверторами 3 и 4 на четырехвходовый выпрямитель, образованный элементами 5-9, поступают четыре напряжения, ве личины которых пропорциональны логари мам ортогональных составляющих векто ра. Два их этих напряжений, имеющие положительную полярность, поступают на выход. При этом благодаря нелинейной характеристике элементов 5-г8 входные напряжения взаимодействуют м ду собой, и напряжение на катодах эле ментов 5-8 становится пропорциональным логарифму суммы квадратов ортого нальных составляющих X и У, т.е. тре буемому модулю вектора в логарифмическом масштабе. Штематически работа устройства . осуществляется следующим образом. При входных воздействиях X и У напряжения нелинейных усилителей 1 и 2описываются функцией гиперболического синуса, которая представляет со бой функцию двуполярного логарифма ,.2arshX; и9 Чт2о«г5ЬЧ, ( где Ц)V.26 мВ при 300 К. Напряжения на выходах инверторов 3и 4 при этом U5 -4Y2° s i U4 У, 12) Уравнение четырехвходового выпрямителя элементов 5-9 при его входных напряжениях .ехр(-У. ,Ш tfT- 4 1 где 1 - начальный ток, протекающий через резистор 9 ;. / выходное напряжение; - - ток насыщения диодов 12-15. Решение уравнения от носитель ьь 1рвыходного напряжения 2) и (1) имеет вид . + ),enATxЧv , (4) где А - постоянная величина, определяемая коэффициентом передачи нелинейных усилителей 1 и 2, параметрами диодов четырехвходового выпрямителя и начальным током резистора 16. Как видно из 4) напряжение на выходе устрой-ства пропорционально логарифму суммы квадратов ортогональных составляницих, т.е. логарифму модуля вектора. Полученная зависимость справедлива при условии,, что резистор 9 с источником смещения являются источником тока. Такое представление модуля вектора наиболее удобно при совместной работе предлагаемого, устройства с преобразователем напряжения вкод либо однопредельным стрелочным индикатором, так как при минимальном числе разрядов (без переключения пределов) позволяет получить наибольшую точность и быстродействие вычисления и индикации, не зависящие от величины модуля. Динамический диапазон и погрешнос ти вычисления устройства целиком определяются соответствующими характеристиками нелинейных усилителей 1 и 2. Высокое быстродействие в предлагаемом устройстве обеспечивается тем, что принципиально низкие выходные потенциалы нелинейных усилителей устраняют их влияние на длительность переходных процессов. Технико-экономический эффект использования устройства заключается в. том, что практически в устройстве могут быть получены следующие характеристики: максимальная погрешность вычислений 1 дБ (та же, что и у известных устройств);пределы вычислений 0-360 К против 0-90 К у известного; быстродействие по данным экспериментальной проверки может быть получено на уровне 0,2-1 МКС в среднем на одиндва порядка лучше, чем у известных устройств; динамический диапазон изменения входных напряжений (вычисляемого модуля вектефа) зависит только от динамического диапазона нелинейных усилителей 1 и 2 и может быть реализован на уровне 60-70 дБ, что на 20-30 дБ лучше, чем у известных устройств. Формула изобретения Устройство для определения модуля вектора, содержащее два нелинейных усилителя и два инвертора, о т л и ч а ю,щ е е с я, тем, что, с целью расширения динамического и частотного диапазонов, а также пределов вычисления до четырех квадрантов, устройство содержит источник смещения, токозадающий резистор и четыре полупроводниковых нелинейных элемента с выпрямлякицими р-П переходс1ми, первые однополярные выводы которых объедине ны и через токозадающий резистор сое динены с источником смещения,выходы .нелинейных усилителей соединены с входс1ми соответствующих инверторов, второй вывод первого полупроводникового нелинейного элемента соединен с выходом первого нелинейного усилителя, второй вывод второго полупроводникового нелинейного элемента с выходом первого инвертора, второй вывод третьего полупроводниковоро нелинейного элемента с выходом второго нелинейного усилителя, а второй вывод четвертого полупроводникового нелиней ного элемента - с выходом второго инвертора, при этом кс1ждый нелинейный усилитель выполнен на опергщионном усилителе с масштабирующим резистором во входной цепи и включенными встречно-параллельно полупроводниковыми нелинейными элементами с выпрямляющими р- л переходами в цепи отрицательной обратной связи, входы нелинейных усилителей являются входакт устройства, а общий вывод полупроводниковых нелинейных элементов и токозадающего резистора является выходом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 432533, кл. G 06 G 7/22, 1973. 2.Справочник по нелинейным схемам. Под ред. А.ШеЙнголда, Мир, 1977, с.129-130.

5

19