Устройство для возведения в степень Советский патент 1983 года по МПК G06G7/20 

Устройство относится к аналоговой вычислительной технике и автоматике. Известны устройства для возведения в степень, в которых входным сиг налом осуществляется модуляция импул сов по длительности или частоте 1 J. Их недостатками являются малая точность выполнения операции возведения в степень при больших показателях степени и, сложность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для возведения в степень, содержащее преобразователь входного сигнала в частоту прямоугольных импульсов, выход которого соединен с формирователем пилообразных импульсов и., через управляемый тиристорный ключ С фильтром нижних частот лФНЧ) выход которого является выходом устройства. Выход ФНЧ соединен также с источником входного сигнала через делитель. Напряжение на выходе ФНЧ пропорционально кубу входного сигнала Недостатком такого.устройства является малая точность возведения в степень из-за влияния выбросов пе{зеднего фронта прямоух-ольных импульсов, нелинейности пилообразного напряжения и нестабальности времени включения и выключения ключевых элементов . Целью изобретения является повышение точности возведения в степень. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для возведения в степень, содержащее преобразователь входного сигнала в частоту, вход которого является входом устройства, фильтр нижних частот, выход которого является выходом устройства, введены дополнительно весовой фильтр, линия задержки и блок умножения, причем выход преобразователя входного сигнала в частоту соединен со входами весового фильтра и линик задержки, выходы которых соединены соответственно со входами блока умножения, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот. На фиг.1.представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 схематично весовой фильтр, выполненный в виде устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Устройство возведения в степень (фиг.1) содержит преобразователь 1 входного сигнала в частоту, весовой фильтр 2, линию задержки 3, блок умножения 4, фильтр нижних частот 5. Весовой фильтр 2 (фиг.2) выполнен в виде пластины из пьезоэлектрического, материала б, на которую нанесено звукопоглощающее покрытие 7, и системы электродов входного много электродного неэквидистантного преобразователя ПАВ 8 и выходного мног электродного .неэквидистантного прео разователя ПАВ 9. Устройство работает следующим об разом. Входной сигнал поступает на вход преобразователя 1 входного сигнала в частоту, в качестве которого можн использовать обычный ЧМ-генератор. Колебания на выходе преобразователя представляют собой радиосигнал с постоянной амплитудой АО, мгновенное значение частоты (JuC-b которого п порционально мгновенному значению и 15x)3X0 дно го сигнала Ue,x (-fc. в мо менты времени -Ь , Размер и крутиз на линейного участка модуляционной, характеристики Гии5((-{;)}с)пределяет ширину полосы частот д. ш , в которой может перестраиваться по частоте преобразователь 1, а также динамический диапазон входного сигнала (Jft в котором уровень входного сигнала находится в предела.х линейного уча ка модуляционной характеристики преобразователя 1. При отсутствии си нала на .входе (или при нулевом значении сигнала и0)(1) преобразователь производит .гармоническое колебание частоты СУ0. Для Обеспечениянормаль ной работь. преобразователя 1 необходимо, чтобы его средняя частота СОо отличалась по крайне мере на порядок от верхней граничной частоты входного сигнала Llgj(-t), т.е. .lOtt ЧаЪтотно-модулированное колебание со средней частотой Шц и постоянной амплитудой Ар .с выхода преобразователя 1 поступает на входы весового фильтра 2 и линии задержки 3.- Весовой фильтр 2 и линия задержки 3 обладают одинаковой величиной задержки выходного ЧМ колебания преобразователя 1, равной -Ьо . Весовой фильтр 2 имеет полосу пропускания b.(JO со средней частотой tJOo , а его передаточная функция определяется видом требуемой степенной функции. При этом амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) весового фильтра 2 симметрична относительно средней частоты .ЦУр его полосы пропускания UCti и представляет собой параболу соответствующей степени с вершиной на средней частоте и нулевым значением на этой частоте, а фазово-частотная характеристика (ФЧХ весового фильтра 2 является линей- ной .для случая четных степенных функ ций и линейно-ломаной со скачком фазы на величину Tt в точке, соответствующей Шо д:ля случая нечетных степенных функций. Так как, передаточная функция весового фильтра 2 определяется видом требуемой степенной -функции, то каждая частотная составляющая ЧМ колебаний с постоянной амплитудой АО, поступающая на его вход, окажется взвешенной в соответствии с требуемой степенной зависимостью, что приводит к возникновению амплитудной модуляции в выходном ЧМ колебании весового фильтра 2. Поскольку мгновенная частота ttiCtl ЧМ колебания на входе весового фильтра 2 в каждый момент времени -fe однозначно связаца с мгновенным значением входного сигнала Ugx(b) комплексная огибающая ЧМ колебания на выходе весового фильтра 2 пропорциональна возведенному в требуемую п-ю степень входному сигналу Ug,x (ЬЛ Для выделения комплексной огибающей 4Ii колебания выходной сигнал весового фильтра 2 со средней частотой Ifo поступает на вход блока умножения 4, на другой вход которого в это же время и с той же частотой (синфазно) поступает ЧМ колебание с постоянной амплитудой с линии задержки 3. Линия задержки 3 должна обладать прямоугольной АЧХ со средней частотой Шо и полосой пропускания & Uf , а ее ФЧХ должна быть линейной. На выходе блока умножения 4 образуются сигналы со средними частотами, равными суммарной и разностной частоте входных сиг налог-. Сигнал раз.ностной частоты с UJ 0 выделяется фильтром нижних частот 5. Этот сигнал представляет собой комплексную огибающую выходного ЧМ сигнала весового фильтра 2 и пропорционален возведенному в соответствующую степень входному сигналу Up5(t). Таким образом, блок умножения 4 и ФНЧ 5 выполняют роль синхронного детектора. Весовой фильтр 2. с требуемыми АЧХ и ФЧХ может быть реализован на основе известных решений,, например в виде набора параллельно включенных резонаторов и сумматора. Однако наиболее простая реализация весового фильтра 2 может быть получена, если его выполнить в виде устройства на поверхностных акустических волнах. Вариант исполнения весового фильтра 2, выполненного в виде устройства на ПАВ, показан на фиг.2. В этом исполнении весовой фильтр 2 содержит пластину 6 из пьезоэлектрического материала со звукопоглощающим покрытием 7 на торцах, на полированную поверхность которой нанесены одинаковые многоэлектродные неэквидистантные входной 8 и выходной ,9 преобразователи для возбуждения и приема . поверхностных акустических волн. Входной 8 ивыходной 9 преобразователи расположены вдоль направления .распространения ПАВ и имеют равное число электродов, расстояния между ,которыми изменяются по линейному закону в одном направлений в обоих преобразователях.При этом длина электродов одного из преобразователей, например обходного 9, изменяется по параболе требуемой степени п вдоль длины преобразователя с вершиной параболы в точке преобразователя, соответствьтюей .средней частоте CL/Q полосы пропускания АШ преобразователя и с нулевым значением длины электродов выходного 9 преобразователя в этой точке.

Линия Зсщержки 3 может быть выполнена на ПАВ таким,же образом, как и весовой фильтр 2, только без аподизат ции длины электродов выходного преобразователя.

Данное устройство для возведения в степень проще и технологичнее прототипа, так как несодержит в своем составе трансформатора и ключевых элементов. Выполнение весового фильтра в виде устройства на ПАВ позволит повысить точность воспроизведения .высоких (выше третьего .степеней входного сигнала до 0,5% и выше, уменьшить его габариты. Кроме того, при уелоВИИ замены весового фильтра 2/ устройство может воспроизводить другие функциональные зависимости.

Таким образом, технико-экономический эффект изобретения заключает ся в упрощении, повышении технологичности и точности устройства.

Формула изобретения

Устройство для возведения в степень , содержащее преобразователь входного сигнала в частоту, вход которого является входом устройства, фильтр нижних частот, выход которогб является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью пОвьвдения точности возведения в степень , в него введены дополнительно весовой фильтр, линия задержки и блок умножения, причем выход преобразователя входного сигнала в частоту соединен с входами весового фильтра и линии задержки, выходы которых соединены, соответственно с входами блока умножения, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Смолов В.Б. Ансшоговые вычислительные машины. М., Высшая школа 1972, с. 215-219.

2.Авторское свидетельство СССР 570067, кл. G 06 G 7/20, 1977 (прототип).

(/

1.i