Устройство для воспроизведения скачкообразных функций Советский патент 1982 года по МПК G06G7/25 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СКАЧКООБРАЗНЫХ

ФУНКЦИЙ

Изобретение относится к автомати- : ке и вычислительной технике и может быть использовано для построения компараторов и дискриминаторов уровней сигналов, для моделирования сигнумфункции, детекторов нуля и пр.

.Известны устройства для воспроизведения скачкообразных функций, базирующиеся на использовании триггерных эффектов в замкнутых активных электрических цепях с положительной обратной связью и двумя устойчивыми состояниями 1.

Известны также устройства, построенные на компараторах Г2 и усилителях t3 с отрицательной обратной связью.

Недостаток триггерных устройств ограниченные функциональные возможности из-за трудностей одновременного варьирования тремя параметрами. Недостатком применения компараторов является малая точность, а устройства с усилителями требуют наличия узлов с идентичными релейными характеристиками, что трудно выполнимо,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник входного напряжения, сумматор, источник напряжения сдвига, первый и второй источники опорного напряжения, усилитель, вход которого подключен к выходу сумматора, выход, являющийся выходом устройства,соединен с общей точкой источников опорного напряжения, выполненных в виде делителей, выходы которых через первый и второй яиоды соединены

10 с третьим и четвертым входом сумматора соответственно СЗ.

Однако известное устройство имеет низкую точность воспроизведения функции, обусловленную малой точнос15тью и нестабильностью выходных напряжений, определяемых температурной нестабильностью напряжений на диодах. Источники опорного напряжения, выполненные на делителях, име20ют общую точку, не соединенную с корпусом. Это затрудняет установку уровней выходных напряжений, так как при регулировке они взаимно влияют друг на друга.

25

Другим недостатком известных устрюйств является несовместимость их элементной базы с базовой операцией непрерывной логики (операция выбора большего или меньщего из двух сигна30лов) . Цель изобретения - повЕлиение точности воспроизведения функции. Поставленная цель достигается тем что устройство для воспроизведения скачкообразных функций, содержащее сумматор, первый и второй входы которого соединены с источниками входного напряжения и напряжения смещения соответственно, и источники опор ного напряжения, содержит блок выделения медианы выход когорого является выходом устройства и соединен с третьим входом сумматора, выход сумматора подключен к первому входу блока выделения медианы, второй и третий входы которого соединегны с источниками опорного напряжения. Кроме того, блок выделения медианы содержит узлы выделения минималь ного и максимального напряжения, причем выход узла выделения максимального напряжения является выходом блока выделения медианы, первый, второй и третий входы которого соответственно соединены с первым и вторым входс1ми узла выделения минимального напряжения, и с первым входом узла выделения максимального напряжения, второй вход которого соединен с выходом узла вваделения минимальног напряжения. Блок выделения медианы содержит узел выделения максимального и минИмального напряжения, причем выход узла выделения минимального напряжения является выходом блока выделеНИН медианы, первый, третий и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым входами узла выделения максимального и с первым входом узла выделения минимально го напряжения, второй вход которого соединен с выходом узла выделения максимального напряжения. На фиг.1 представлена схема устройства; нафиг.2 - график воспроизводимой функции.; на фиг.З - блок выделения медианы, вариант выполнения . Устройство-содержит источник 1 входного напряжения, источник 2 напряжения смещения, первый х и второй Xj источники опорного напряжения соответственно 3 и 4, сумматор 5, блок б выделения медианы с первым, вторым, третьим входами, соответственно 7-9, выходом 10 и состоящим из узла вьщеления минимальнсэго 11 и узла выделения максимального 1 напряжений. На представлен график функ ции, воспроизводимый устройством и описываемый вывзжением y x Spf {x-Xo)+X2Spf4:(x-Xo) . (1) Вариант реализации блока выделения медианы (фиг.З) с входами 7-9, выходом 10, выполненный на узлах вы деления минимального 11 и максималь ного 12 напряжений, например, на амплитудных селекторах. Устройство работает следующим образом. .На вход сумматора поступают напряжения X с источника 1 входного напряжения, х с источника 2 напряжения смещения и у - выходйое напряжение устройства. Таким образом, выходное напряженке сумматора Xj, равное Х5 х+Хд+у, формируется путем сложения медианы у, аргумента х воспроизводимой функции и переменной Хр, задающей значение аргумента х, соответствующее переходу воспроизводимой функции у с нижнего на верхний уровень. Сумма напряжений может иметь значение, соответствующее трем областям х,;сх, ,$x,j или х,,(без снижения общности здесь и далее полагаем, что Х;,Хг2) . Выходное напряжение блока выделения медианы определяется выражениями (Х при , Х при Xj при Для первой области х,х согласно (2) на выходе блока выделения медианы будет напряжение у -х, для третьей области х.7/х - напряжение у Xj. При формировании выходного напряжения в третьей области (х имеет место переходный процесс. Действительно, в начальный момент времени, соответствующий подаче входного напряжения, выходное напряжение у X. В следующий момент време из-за наличия однонаправленной циркуляции сигнала у по цепи положительной обратной связи выходное напряжение сумм-атора . При п-ой циркуляции медианы у выходное напряжение сумматораХз nxj. Процесс нарастания (при Xj70) или убывания (при ) значения переменной X;j осуществляется практически мгновенно (с задержкой пТ, где t время одной циркуляции сигнала по контуру обратной связи) и прекргицается при выходе значения напряжения х в первую или третью зону. Отсюда следует, что в установившемся режиме при выходное напряжение равно у х., а выходное напряжение у У.. Таким образом, для любых значений аргумента х воспроизводится функция i вида (1). При практической реализации устройства необходимо обеспечить условие однонаправленности циркуляции сигнала в замкнутом контуре обратной связи, что обеспечивается при выполнении блока.выделения медианы на современных амплитудных селектора являющихся активными элементами. Максимизирующий и минимизирующий амплитудные селекторы осуществляют операцию выбора большего (x jX и меньшего у min(x,X2) из двух сигналов х и х. Амплитудные селекторы являются базовыми элементами моделирующих устройств, реализующих соотношения непрерывной логики. Отсюда следует совместимость элемент-, ной базы устройств, реализуклдих пред лагаемое устройство с элементным базисом (амплитудные селекторы) устройств непрерывной логики. Сойременные амплитудные селекторы, схемотехника которых продолжает совершенствоваться, а параметры улуч шаются, имеют высокую точность (так например, напряжение смещения между включенным входом и выходом достигает десятков сотен микровольт). Поэтому при выполнении предлагаемого устройства на амплитудных селекторах обеспечивается более высокая точ ность воспроизведения функции, чем у прототипа, у которого точность воспроизведения функции зависит от изменения падения напряжения на открытом диоде, которое зависит от температуры и от стабильности источников напряжения питания. Предлагаемое устройство позволяет осуществить изменение (изменения) любого (любых) переменных х, Хд, х х, причем одни из выводов этих источников соединены с общей шиной устройства, что значительно упрощает установку значений функции. Таким образом, предлагаемое устройство значительно повышает точ ность воспроизведения функции и устраняет существовавшую ранее несовмес тимость элементной базы моделирующих устройств, использующих в качестве элементарных скачкообразную функцию и устройств, использующих в качестве элементарных функции выбора. Формула изобретения 1. Устройство для воспроизведени скачкообразных функций, содержащее сумматор, первый и второй входы которого соединены с источниками вход кого напряжения и напряжения смещения соответственно, и источники опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности воспроизведения функции, оно содержит блок выделения медианы, выход которого является выходом устройства и соединен с третьим входом сумматора, выход сумматора подключен к первому входу блока вьщеления медианы, второй и третий входы которого соединены с источниками опорного напряжения. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что блок выделения медианы содержит узлы выделения минимального и максимального напряжения, причем выход узла выделения максимального напряжения является выходом блока выделения медианы, первый, второй и третий входы которого соответственно соединены с первым и вторым входами узла выделения минимального напряжения и с первым входом узла выделения максимального напряжения, второй вход которого соединен с выходом узла выделения минимального напряжения. 3.Устройство поп.,1, отличающееся тем, что блок выделения медианы содержит узел выделения максимального и минимального напряжения, причем выход узла выделения минимального напряжения является выходом блока выделения медианы, первый, третий и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым входами узла выделения максимального и с первым входом узла выделения минимального напряжения, второй вход которого соединен с выходом узла выделения . максимального напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фельдбаум А.А., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического .управления. М., Наука, 1971,с.272-274. 2.Мило В.Л. Линейные интегральные схемы. М., Советское радио, 1979, с. 222, рис. 5.3.а. 3. Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналогоцифровые вычислительные машины. М., Мир, 1967, ч. 1, с. 289, рис. 6.136.

//

9