Функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 

I

Изобретение относится к аналогово1Г вычислительной технике.

Известен диодный функциональный, преобразователь, содержащий включенные па эаллельно двухвходовые диодно-резисторные элементы и операционный усилитель Г1 .

Такие преобразователи не обеспечивают достаточно высокой точности при заданном количестве участков кусочнолинейной аппроксимации воспроизводимой функции.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, а неинвертирующий вход соединен с щиной нулевого потен1шала, резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подключенный одним вьюодом к инвертир/ющему входу выходного операционного усилителя, vri трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диодньгх элементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательно включенных масщтабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к щине нз левого потенциала, свободный вывод первого масщтабного резистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя, а свободный вывод второго масштабного резистора соединен с выходом источника напряжения смещения, каждый из трехвходовых диодных элементов вьшолнен на трех масщтабных резисторах, соединенных первыми вьшодами с анодом коммутирующего диода и с катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, вторые выводы первого, второго, и третьего масштабиъ х резисторов трехвходового длодного элемента соединены соотЕ.етсг венио с входом, преобразователя, с выходом источника напряжения смещения и с шиной н левого потенциала, катоды ко1угк гутирующих диодов соединены с ,бто рым выводом входного резисгора рЛ. Этот преобразователь обладает Ьолее высокой точностью, поскольку обеспечи вает воспроизведение 2п участков кусочно-линейной аппроксимации функ1ШИ, где п - число диодных элементов. Однако его настройка весьма чзааруднена из-за взаимного влияния диодных элементов на вид воспроизводимой функции. Цель изобретения - упрощение настройки и повышение точности преобразователя. Эта цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходно операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, а неинвертирующий вход соединен с шиной щ чевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом выходного операшаон- ного усилителя, входной резистор, подключенный одним выводом к инвертирую щему входу выходного операционного усилителя, Л1 трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диодных элементов, дв тсвходовый диодный элемент вьшолнен на двух последовательно включенных масштабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммут1фующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к . нулевого потенциала, свободный .вывод первого масштаб.ного {Резистора двухвходового диодного элемента является входом преобразоват зля, а свободный вывод второго масштабного резистора соединен с выходом источника : напряжения смешения, каждый из трехвходовых диодных элементов выполнен на трех масштабных резисторах, соедийенных первыми выводами с анодом ком мутирующего диода и с катодом коммутирующего диода, подключенного анодом к; шине нулевого потенциала, вторые вьшоды первого и второго масштабных резисторов трехвходового диодного элемента соединены соответственно с входо преобразователя и с выходом источника напряжения смешения, содержит п допол нительных групп диодных элементов 9 4 нденткчийгх основной, (п -f- 1) дополни- гельньгх источттков напряжения смещения, (п + 1) потенциометров настройки, Д14ференинальный операционный усилитель, второй резистор обратной связи, шслюченный между инвертирующим входом и вьгходом ди4х|зеренцк:ального операционного усилителя, вьосод которого подклк чен к BTOpo fy выводу входного резистора, инверпфующий вход - к первьгм неподвижным контактам потенциометров настройки, а неинвертирующий вход - к вторым неподвижным контактам потенциометров настройки и к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, катоды коммутирующих диодов каждой из дополнительных групп диодных элементов соединены с подвижным контактом соответствующего потенциометра настройки, подвижный контакт (п -f 1)-го, потенциометра настройки соединен с катодами основной группы диодных элементов, первые входы диодных элементов каждой из дополнительных групп диодных элементов подключены ко входу преобразователя, вторые входы - к выходу соответствующего дополнительного источника напряжения смещения, а третьи входы трехвходовых диодных элементов - к ; выходу следующего по номеру источника напряжения .смещения, выход первого дополнительного источника напряжения смещения соединен с вторыми выводами фетьих масштабных резисторов трехвходовых диодных элементов основной группы. На фиг. 1 приведена блок-схема функционального преобразователя ; на ф1тг. 2 вольт-амперная характеристика группы диодных элементов. Преобразователь содержит выходной операционный усилитель 1, первый резистор 2 обратной связи, входной резистор 3, двухвходовой диодный элемент 4, Бьшолнениый на первом 5 и втором 6 масштабных резисторах, коммутирующем 7 и компенсирующем 8 диодах, m трехвходовых диодных элементов 9, . Каждый i -ый из которых вьшолнен на первом 10-, втором 11 и третьем 12 масщтабньис резисторах, коммутирующем 13;| и компенсирующем 14,- диодах, основную 15 и п дополнительных 16,... 16. вдентичных групп диодных элементов, { TI + 1-) источников напряжения смещения 17., . , . 17 , (п + 1) потенциометров настройки 18/,, ... 18пц.-1 дифференциальный оператдаонньп усилитель 19, второй резистор 20 обратной связи, основной источник 21 напряжения смещения. Преобразователь работает следующим образом. При входных напряжениях, меньших (см. фиг. 2) все диоды закрыты и выходной ток равен нулю. При увеличении входного напряжения диод 7 открывается и выходной ток линейно нарастает. Если U больше e-i, отпирается диод 13 и крутизна вольт-амперной характеристики возрастает. При входном напряжении, равном 6 fj, отпирается диод 13Qi и крутизна вольт-амперной характеристики основной группы диодных элементов 15 снова увеличивается Если т 2, то крутизна остается в дальнейшем постоянной. Задавая сопротивления масштабных резисторов 5, 6, 10, ... 10, 11,... 11 и 12,... 12 диодных элементов, можно аппроксимировать на участке от U(v до (фиг. 2) любую задан, кую криволинейную монотонную зависимость, например квадратичную. При входном напряжении, равном и цд-отпирается диод 7 первой дополнительной группы диодных элементов 16, затем аналогично, диоды 13- и i3, потом диоды последующих групп 16п, ... 16f. Таким образом, задавая значения сопротивлений масштабных резисторов диодных элементов 16, ... 16п, можно получить кусочно-нелинейную аппроксимацию на всех последующих интервалах разбиения области определенная функции. Воспроизведение произвольных функций осуществляют, задавая необходимые значения напряжений смещения с помо- . шью источников IT, ... 17f, и 21 и суммируя выходные токи групп диодных элементов 15, 16-,, . .-., 16 при помощи дифференциального 19 и выходного операционных усилителей. Установку коэф фи диентов передачи производят при помощ потенциометров настройки 18, Для расширения функциональных возможн тей на входы усилителей 19 и 1 можно подавать постоянное смешение и входной сигнал, устанавливая коэффициенты передачи этих сигналов при помощи дополнительных потенциометров (не показаны). Предложенный функциональный преобразователь позволяет воспроизводить произвольные функции, используя практически любые типы кусочно-нелинейной аппроксимации, в том числе аппроксимацию сплайнами. Точность аппроксимации на нелинейном участке можно повышать увеличивая количествоm диодных эле924 9 в группах 15, 16,.. ментов 9, 16„. Однако уже при m 2, m 3 точность функционального преобразователя, при том же количестве регулировок, существенно растет (соответственно в 4 - 9 раз по сравнению с кусочнолинейной аппроксимацией). Использование диодных элементов 4, 9, . потенщшльно заземляемыми диодами позволяет снизить температурный дрейф и использовать высокоэффективную термокомпенсацию для повьпиения стабильности и точности преобразователя. Наконец, благодаря применению трехвходОйых диодных элементов бц, . . . 9 смещение их автоматически изменяется при изменении напряжений смещения. При этом вид вольт-амперной характеристики каждой группы диодных элементов 15, 16, . . ,. 1бл не изменяется как при смещении нелинейного участка вдоль оси абсцисс, так и при изменении его длины. Это упрощает настройку функ- ционального преобразователя и позвопяет использовать его как в качестве специализированного преобразователя с кусочно-нелинейной аппрокси 1а1щей функций, так и универсального. Кроме того, объединение диодных элементов в группы с общим выходом позволяет воспроизводить нелинейную аппроксимацию на отрезках разбиения, соответствующиж каждой группе, и, тем самым, повысить точность преобразования. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, а неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом выходного опертционного усилителя, входной резистор, подключенный одним вьтодом к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, m трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диоднъ1х элементов, двухвходовый диодный элемент вьшолнен на двух последовательно включенных масштабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потрнциала, свобоДный вьгеод первого масштабного резистора двухБХодовсзго диодного элемент являетсявходом преобразователя, а свободный вьшод второго масштабного резистора соединен с выходом источника напряжения смещения, каждый из трех- входовых диодных элементов вьтолнен на трех масштабных резисторах, соединенных первыми выводами с анодом коммутирующего, диода и с катодом компенсирующего дйода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов трехвходового диодного элемента соединены соответственно с входом преобразователя и с выходом Уточника напряжения смещения, о т лич1ающийся тем, что, с целью упрощения настройки и повьпцения точности, он содержит п дополнительных групп диодных элементов, идентичных основной, (п + 1) дополнительных источников напряжения смешения, (п + 1) потенциометров настройки, дифференциальный операционный усилитель, второй резистор обратной связи, включенный Между инвертирующим входом и выходом дифференциального операционного усилителя, вьгход которого подключен к BTopONfy выводу входного резистора, инвертирующий вход - к первым неподвижным контактам потенциометров настройки, а неинвертирующий вход - к

вторым неподвижным контактам потенциометров настройки и к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, катоды коммутирующих диодов

каждой из дополнительных групп диодных элементов соединены с подвижным контактом соответствующего, потенциометра настройки, подвижный контакт (п + 1)-го потенциометра настройки соединен с ка-

тодами основной группы диодных элементов, первые входы диодных элементов каждой их дополнительных групп диодных элементов подключены к входу преобразователя, вторые входы - к выходу соответствующего дополнительного источника напряжения смещения, а третьи входы трехвходовых диодных элементов к выходу следующего по номеру источника напряжения смещения, выход первого дополнительного источника напряжения смещения соединен с вторыми вьгеодами третьих масщтабных резисторов трехвходовых диодных элементов основной группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Маслов А. А., Сахаров О. Н. Синтез диодных функциональных преобразователей. М., Энергия, 1976, с. 24

2.Авторское свидетеЬьство СССР по заявке N 2666775/24

кл. GO6Q 7/26, 1978 (прототип).