Квадратичный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/20 

(S) КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в вычислительной технике при построении измерительных преобразователей и систем. - Известен квадратор, содержащий вы ходной сумматор, И диодных ограничителей, первые входы каждого из которых соединен со входом квадратора, вторые - с шиной напряжения смещения, а выходы - с соответствующими входами сумматора, масштабирующий элемент, вход которого подключен ко входу квадратора, а выход - к одному из входов сумматора, а выход каждого диодного ограничителя соединен с дополнительными входами каждого последующего диодного ограничителя l. . Недостаток этого квадратора - зна чительная погрешность при малых уров нях входного сигнала. Наиболее близким к предлагаемому является квадратичный преобразовател содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, а входы подключены к информационным выходам аппроксимирующих диодных элементов первой группы, информационный вход каждого из этих элементов соединен со входом преобразователя, а вход опорного напряжения соединен с источником опорного напряжения, первый управляемый источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен со входами первого, масштабного усилителя и квадратора 2, Недостатком известного преобразователя является ограниченная точность преобразования, особенно в начале диапазона, обусловленная конечным количеством интервалов аппроксимации, увеличение которых приводит к значительным аппаратурным затратам. Цель изобретения - повышение точности преобразователя. 39 Поставленная цель достигается тем, что в квадратичный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, а йыходы под ключены к информационным выходам аппроксимирующих диодных элементов первой группы, информационный вход каждого из этих элементов соединен с входом преобразователя, а аход опорного напряжения соединен с источником опорного напряжения, первый управляемый источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход последнего соединен с входами первого масштабного усилителя и квадратора, введены вторая группа аппроксимирующих диодных эле ментов, второй управляемый источник опорного напряжения, второй мас штабный усилитель, второй и третий сумматоры, причем управляющие входы первого и второго управляемых источ ников опорного напряжения соединены соответственно с управляющими выходами аппроксимирующих диодных элементов второй и первой групп, а к входам третьего сумматора подключены соответственно выходы первого ма штабного усилителя, квадрато|)а и информационные.выходы диодных элементов второй группы, информационны входы которых подключены к второму входу первого сумматора и выходу второго сумматора, подключенного вт рым входом к входу преобразователя, а первым входом - к входам опорного напряжения аппроксимирующих диодных элементов второй группы и к выходу второго управляемого источника опор ного напряжения, управляющие входы которого подключены к управляющим входам второго масштабного усилител соединенного первым входом с выходом третьего сумматора, а выходом с одним из входов выходного сумматора . На фиг. 1 приведена блок-схема квадратичного преобразователя; на фиг. 2 и 3 - эпюры, поясняющие прин цип работы преобразователя; на фиг. схема аппроксимирующего диодного элемента. Преобразователь содержит первую и вторую группы аппроксимирующих диодных элементов 1 - 2, в ходной сумматор 3, источник опор ного напряжения, управляемые источники 5 и 6 опорного напряжения, первый, второй, третий сумматоры 7. 8 и 9, масштабные усилители 10 и 11, квадратор 12. Работа квадратичного преобразователя основана на принципе кусочнолинейной аппроксимации ( КЛЛ) исходной фу нкции у kX с последующей коррекцией разности между исходной функцией и ее линейным приближением, называемой функцией Коррекции. Разобъем диапазон изменения аргумента на и участков с узлами аппроксимации х а, , ,, ,. , - - - - х а , т .е. последо и яв- вательность ,,, -х ляется геометрической прогрессией со знаменателем q 1 (фиг.2а). Построим кусочно-линейную функцию Ч , аппроксимирующую у и разность между ними ду у - (х) (фиг.26). Функция коррекции AV является кусочно-квадратичной функцией. Разобъем. каждый из интерваловСО, х, fx х .. ..i , XY ,. .. , на m равных частей и построим кусочнолинейную функцию Ч , аппроксимирую- i ШУЮ йу(фиг. За). Разность ) есть функция коррекцииДУ2(фиг.З, это также кусочно-квадратичная функция, причем согласно E2l периодическая Xi- с периодом в пределах Сх . X . J и максимальным интервала значением x-i y inio, ц Подставляя в (1) х а. q,получим выражение для максимальногозначения функции коррекции лу наинтервале а- q-, a. ) 2inim Выраже ние (2) определяет погрешность преобразователя, дважды использующего КЛА исходной функции у kx . Приведенное значение погрешности для каждого из интервалов , (i 2 , 3,. . . ,n) равно: , Vzf(q-1 ) krn 2и остается постоянным в интервале а, а Для интервала IJO, aj Преобразователь работает следующим образом. Входная величина х поступает н вход выходного сумматора 3 и на информационные входы аппроксимирующих диодных элементов первой группы, вырабатывающих функцию / х . Напр жения, соответствующие узлам аппрок симации х, Xj.,..., Xu, задаются источником k опорного напряжения. Функция 4(xj реализуется аппроксимирующими диодными элементами второй группы и сумматором 9. Напряжения, соответствующие узлам аппроксимации функции , задаются вторы управляемым источником 6 опорного напряжения, управляемым управляющим выходами диодных элементов первой группы, и подаются на входы опорног напряжения диодных элементов второй группы. Выбор интервалов Г О, а а, ,. . . , а q, а-q осуществляется вторым сумматором 8. Выход второго сумматора соединен с информационными входами диодных эле :ментов второй группы, его первый вход соединен с выходом второго управляемого источника t опорного на пряжения, а второй вход - с входом преобразователя. Для воспроизведени функциид-/2 в преобразователе испол зуется корректирующий канал. Так ка функция йУлг является периодической, то достаточно воспроизвести ее тол ко на первом участке аппроксимации .а на следующих использовать ту же функцию за счет смещения по оси х Функцию коррекции Ду можно получать путем суммирования линейной функции ах и квадратичной Л(х) (фиг. Зв), что осуществляется за счет суммиро вания напряжений на сумматоре 9 с выхода первого масштабного усилителя 10 и квадратора 12. Корректирующий канал, помимо первого масштабного усилителя 10 и квадратора 12, содержит первый управляемый источник 5 опорного напряжения, управляемый выходами диодных элементов второй группы, и первый сумматор 7. Неравномерное разбиение по аргументу исходной функции требует 66 включения между выходом сумматора 9 и входом выходного сумматора второго масштабного усилителя 11, управляемого управляющими выходами диодных элементов первой группы. Результат преобразования окончательно формируется на выходном сумматоре 3. Достоинством предлагаемого преобразователя по сравнению с известным является более высокая точность. Действительно, если в прототипе используется девять участков аппроксимации,, то максимальное значение функции коррекции составляет 0,3 Если при этом корректирующий канал отрабатывает эту функцию с погрешностью 1, то суммарная погрешность преобразователя О,003%.Пусть в предлагаемом преобразователе п 5, т k, , т.е. тоже 9 участков. Тогда погрешность КЛА для каждого из интервалов составит Q,kZ. Используя в корректирующем канале квадратор с точностью %, получим точность преобразователя 0,00. Однако следует отметить, что вышеприведенная погрешность устройства-прототипа является приведенной к концу диапазона, а выражение ( 3 ) определяет погрешность, приведенную к концу участка аппроксимации. При этом погрешность на первом и втором участке, приведенная к кон цу диапазона, в предлагаемом преобразователе составит 0,00005, на третьем 0,00025, на четвертом 0,001 и лишь на пятом 0,00, т.е. имеет место перераспределение noi- решности вдоль всего диапазона, причем точность в первой половине диапазона повышается, что можно также, отнести к достоинствам преобразователя. Формула изобретения Квадратичный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, а входы подключены к информационным выходам аппроксимирующих диодных элементов первой группы, информационный вход каждого из этих элементов соединен с входом преобразователя, а вход опорного напряжения соединен с источником опорного напряжения, первый управляемый источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход последнего соединен с входами первого масштабного усилителя и квадратора, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, в него введены вто рая группа аппроксимирующих диодных элементов, второй управляемый источник опорного напряжения, втррои масштабный усилитель, второй и третий сумматоры, причем управляющие входы первого и второго управляемых источников опорного напряжения соединены соответственно с управляющими выходами аппроксимирующих диодных элементов второй и первой групп, а к входам третьего сумматора подключены соответственно выходы первого масштабного усилителя, квадратора и информационные выходы диодных элементов второй группы, информацио ные входы кото;5ых подключены к втор

ЭЗ

а.

Xj.fl

Хд лxi iz

«А/г

a

Ki

ГгX,Xj-,

Xi

Xt-Xi,- т

Hi

AM

6

фигЪ

-СЭ-гОЧХ-

Tl

UMg ewfa9U9ftnvu