функциональный преобразователь (его варианты)

Формула изобретения

1. Функциональный преобразователь, содержащий первый и второй блоки опорных напряжений, первый, второй и третий компараторы, блок задания коэффициентов усиления, выход которого соединен с входом операционного усилителя, выход которого является выходом преобразователя и через резистор обратной связи соединен с входом операционного усилителя, отличающийся тем, что он содержит блок смещения начальной координаты по входу, блок переключения опорных напряжений, блок задания начальной координаты, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и реверсивный счетчик, при этом выход блока задания начальной координаты подключен к входу операционного усилителя, выход первого блока опорных напряжений подключен к первому входу первого компаратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, выход второго блока опорных напряжений соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, соединенного счетным входом с тактовой шиной преобразователя, выход третьего компаратора соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с управляющим входом блока переключения опорных напряжений и с первым входом блока смещения начальной координаты по входу, входы данных блока переключения опорных напряжений соединены с входами задания положительного и отрицательного опорных напряжений преобразователя, выход блока переключения опорных напряжений соединен с входами данных первого и второго блоков опорных напряжений, блока задания начальной координаты и с вторым входом блока смещения начальной координаты по входу, информационный вход функционального преобразователя соединен с третьим входом блока смещения начальной координаты по входу, первый выход которого подключен к входу данных блока задания коэффициентов усиления входного сигнала, к вторым входам первого и второго компараторов и первому входу третьего компаратора, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй выход блока смещения начальной координаты по входу соединен с запрещающими входами блока задания начальной координаты, блока задания коэффициентов усиления входного сигнала и реверсивного счетчика, выход которого соединен с адресными входами первого и второго блоков опорных напряжений, блока задания начальной координаты и блока задания коэффициентов усиления входного сигнала.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что каждый блок опорных напряжений содержит последовательно соединенные перепрограммируемое запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого соединен с входом данных блока, а выход является выходом блока, адресный вход перепрограммируемого запоминающего устройства является адресным входом блока.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок задания начальной координаты содержит последовательно соединенные перепрограммируемое запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого соединен с входом данных блока, вход запрета с запирающим входом блока, а выход является выходом блока, адресный вход перепрограммируемого запоминающего устройства является адресным входом блока.

4. Функциональный преобразователь, содержащий блок опорных напряжений, компаратор и операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя и через резистор обратной связи соединен с входом операционного усилителя, отличающийся тем, что он содержит счетчик и блок задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала, выход которого подсоединен к входу операционного усилителя, выход блока опорных напряжений подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к управляющему входу счетчика, счетный вход которого соединен с тактовой шиной преобразователя, выход счетчика соединен с адресными входами блока опорных напряжений и блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала, информационный вход преобразователя соединен с вторым входом компаратора и входом данных блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала.

5. Функциональный преобразователь, содержащий первый и второй блоки опорных напряжений, первый, второй и третий компараторы, операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя и через резистор обратной связи соединен с входом операционного усилителя, отличающийся тем, что он содержит блок смещения начальной координаты по входу, блок переключения опорных напряжений, блок задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и реверсивный счетчик, при этом выход блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала подключен к входу операционного усилителя, выход первого блока опорных напряжений подключен к первому входу первого компаратора, выход которого подсоединен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, выход второго блока опорных напряжений соединен с первым входом второго компаратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, соединенного счетным входом с тактовой шиной преобразователя, выход третьего компаратора соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, управляющим входом блока переключения опорных напряжений и первым входом блока смещения начальной координаты по входу, входы данных блока переключения опорных напряжений соединены с входами задания положительного и отрицательного опорных напряжений преобразователя, выход блока переключения опорных напряжений соединен с входами данных первого и второго блоков опорных напряжений, входом опорного напряжения блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала и вторым входом блока смещения начальной координаты по входу, информационный вход функционального преобразователя соединен с третьим входом блока смещения начальной координаты по входу, первый выход которого подключен к входу данных блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала, вторым входам первого и второго компараторов и первому входу третьего компаратора, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй выход блока смещения начальной координаты по входу соединен с запрещающими входами блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала и реверсивного счетчика, выход которого соединен с адресными входами первого и второго блоков опорных напряжений и блока задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала.

6. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что блок задания начальной координаты и коэффициентов усиления входного сигнала содержит коммутатор и две группы делителей напряжения, входы делителей напряжения первой группы объединены и подключены к входу опорного напряжения блока, входы делителей напряжения второй группы объединены и подключены к входу данных блока, выходы одноименных делителей напряжения первой и второй групп попарно объединены и подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, выход коммутатора является выходом блока, а его адресный вход и вход запрета являются соответственно адресным и запрещающим входами блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано в аналоговых, цифроаналоговых, специализированных устройствах и вычислительных машинах.

Широко известны функциональные преобразователи, построенные на замене исходной функции ломаной кривой (способ кусочно-линейной аппроксимации) (авт. св. N 100152, 273532, 568057, 781838, 1076917; патенты США N 3110802, 3506810; патент Англии N 1776961).

Кусочно-линейная аппроксимация в данных преобразователях осуществляется или на диодах, или, для устранения влияния характеристик диодов, на усилителях, в цепи обратной связи которых включаются диоды, или на стабилотронах, или на компараторах, соединенных с логическими элементами и ключами.

Выходное напряжение, в пределах каждого участка аппроксимирующей ломаной определяется выражением (Смолов В.Б. Диодные функциональные преобразователи. Энергия, 1967)



или выражениями (авт. св. N 1076917)



где n количество аппроксимированных отрезков;

K_n коэффициент, равный тангенсу угла наклона данного отрезка аппроксимации к оси абсцисс;

U_нач.н. напряжение начальной координаты.

К недостаткам функциональных преобразователей, реализующих выражения 1-3 следует отнести наличие для каждого аппроксимирующего отрезка своей схемы аппроксимации, содержащей нелинейный элемент (диод, стабилотрон, компаратор и т. д.) с набором радиоэлементов. Это приводит к увеличению не только масса-габаритных характеристик, но и к увеличению погрешности воспроизведения заданного нелинейного напряжения из-за разброса характеристик нелинейных элементов.

Из известных устройств функциональных преобразователей наиболее близким по технической сущности является преобразователь (авт. св. N 781838, кл. G 06 G 7/26).

Цель изобретения уменьшение габаритов при одновременном увеличении точности.

Данное устройство основано, как и прототип, на воспроизведении n независимых аппроксимирующих отрезков, согласно зависимостям 2 или 3, начало координат которых задается U_нач.п..

На фиг. 1 приведена принципиальная схема функционального преобразователя.

На этой схеме:

1 блок опорных напряжений для возрастающего напряжения. На его входе при возрастании входного напряжения формируется напряжение U_оп.п., при котором происходит переключение с одного аппроксимирующего отрезка на другой;

2 блок опорных напряжений для убывающего напряжения. На его входе при убывании входного напряжения формируется опорное напряжение U_оп.n-1, при котором происходит переключение с одного аппроксимирующего отрезка на другой;

3 блок задания коэффициента усиления входного сигнала;

4 блок задания напряжений начальной координаты;

5 и 6 -компараторы, соответственно для возрастающего и убывающего напряжений;

7 компаратор знака входного напряжения. Он выдает сигнал об изменении знака входного сигнала на блоки опорных напряжений, задания начальной координаты и блока смещения начальной координаты по входному сигналу;

8 и 9 элементы исключающие ИЛИ;

10 блок переключения опорных напряжений;

11 реверсивный счетчик. Он задает тот или иной адрес аппроксимирующего отрезка. Счетчик работает от тактовых импульсов при появлении на входах "+" или "-" сигнала разрешения. В зависимости от этого он увеличивает или уменьшает адрес.

12 суммирующий операционный усилитель, на выходе которого воспроизводится нелинейное напряжение;

13 блок смещения начальной координаты по входному сигналу (например, лифт, и т.п.).

Для воспроизведения заданного нелинейного напряжения исходную функцию заменяют ломаной кривой.

Кусочно-линейная аппроксимация может быть выполнена аналитическим или графическим путем в зависимости от требуемой точности. В результате расчета (графически) получают n, U_вх.n, U_оп.n, U_вых.n, K_n, U_нач.n, т.е. основные данные кусочно-линейной функции. Далее в блоках опорных напряжений задают соответствующие U_оп.n, при которых происходит переключение на другой аппроксимирующий участок воспроизводимой кривой, выставляют для каждого отрезка соответствующий коэффициент усиления в блоке 3 и напряжения начальной координаты в блоке 4 и т.д.

На фиг. 2,а и 2,б приведены схемы построения опорных блоков.

На фиг. 2,а: 14 перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ); 15 цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Адресный вход ППЗУ 14 соединяется с выходом реверсивного счетчика 11. Программа ППЗУ составляется таким образом, чтобы каждому коду входного адреса соответствовало U_оп.n на выходе ЦАП.

На фиг. 2, б: 16.1-16n делители напряжений, при помощи которых выставляются опорные напряжения U_оп.n; 17 и 18 коммутаторы напряжений n входов в один, выходы которых соединены соответственно с компаратором возрастающего или убывающего входного напряжения.

Выход каждого из делителей 16.1-16n соединен с соответствующим входом 1, 2, n коммутатора 17. Одновременно выход делителя 16.1 соединен с вторым входом коммутатора 18, выход делителя 16.2 с третьим входом и т.д. выход делителя 16(n-1) со входом n коммутатора 18, вход 1 подсоединен к общей шине.

Рассмотрим работу схемы фиг. 1

Выставляют в блоках 1-4 согласно полученным данным напряжения U_оп.n, U_оп.n-1, U_нач.n и соответствующие коэффициенты усиления K_n. В момент t 0 приходит импульс сброса и на выходе реверсивного счетчика устанавливается нулевой адрес. При этом на выходе блока 1 будет U_оп.1 (например, 1b), на выходе блока 2 U_оп.0 0_b, блоке 3 выставляется коэффициент усиления K₁, равный тангенсу угла наклона первого участка аппроксимации. При изменении входного напряжения в пределах первого участка аппроксимации. например, 0 < U_вх < U_оп 1b, на выходе компараторов 5-7 будет 0, поэтому на выходе счетчика 11 будет сохраняться 0 адрес.

При дальнейшем возрастании входного напряжения, например, 1bU_вх<2b на выходе компаратора 5 появится 1 и на суммирующем входе счетчика появится 1. С приходом тактового импульса счетчик увеличит адрес на 1, который переключит адреса блоков 1, 2, 3, 4 на воспроизведение следующего отрезка. На входе блока 1 появится напряжение U_оп.2 (2b), а на выходе блока 2 соответственно U_оп.1 (1b) и т.д.

При необходимости воспроизведения однополярного нелинейного напряжения, можно сократить масса-габаритные характеристики, что особенно важно в специализированных вычислительных устройствах.

Принципиальная схема такого устройства приведена на фиг. 3

На фиг.3 1 блок опорных напряжений, где R₁-R_b делитель опорного напряжения; 19 коммутатор напряжения 8 _ 1; 5 компаратор; 11 - счетчик; 3 блок задания коэффициентов усиления входного сигнала и напряжения начальной координаты, где R₉-R₁₆ резисторы, задающие коэффициент усиления в каждом из отрезков; R₁₇-R₂₃ резисторы, задающие напряжение начальной координаты U_нач.n для каждого отрезка; 20 коммутатор напряжения 8 -L 1; 12 суммирующий усилитель.

Работа данной схемы ничем не отличается от описанной выше схемы фиг. 1.

На фиг. 4 предложен вариант выполнения функционального преобразователя, в котором блок задания начальной координаты и блок задания коэффициентов усиления совмещены в один блок 21, в основу которого положена схема блока 3 на фиг. 3.