Дифференциатор

Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 21.11.80(51) М.Кл. 6 06 6 7/18 Государственный комитет по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. А, Завадский, Ю. П. Заика и К. Г. Самофалов Киевский ордена Ленина политехнический институт имени 50-летия Великой Октябрьской Социалистической Революции(54) ДИффЕРЕНЦИАТОР Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, а точнее к устройствам вычисления дифференциалов функций, представленных в виде электричеоких аигн алов.Известны дифференциаторы, построенные на основе электронных усилителей и двухполюсных элементов (активных:и реактивных)включенных во входную цепь усилителя,и цепь обратной связи Ц.Недостаткам таких устройств является невысокая точность выполнения операции дифференцирования, связанная с временным дрейфом выходного напряжения усизиител.Известен дифференциатор на основе усилителя электричеокого напряжения, который содержит дифференцирующую емкость во,входной,цепи усилителя 12.Эффект дифференцирования:в таком устройстве основан на хорошо известной зависимости тока, оротекающего через емкость, и,напряжения, падающего на ней.Однако,в известном устройстве значение дифференциала:входного напряжения зависит от пара)метров электрической емкости (абсолютного значения емкости, временного и температурного дрейфа емкости, сопро вивления утечии емкости и др.), требуемые величины которых невозможно обеспечить, .используя современную интегральную технологию.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее операционный усилитель и решающую цепь, выполненную в .виде сегнетопьезоэлелрической пластинына одну поверхность которой нанесены параллельно входной электрол, выходные электроды и 10 электрод обратной связи, подключенный квыходу операционного усилителя, вход которого соединен с выходными электролами 3.Однако это устройство обладает недо статочной точностью дифференцирования.Целью .изобретения является повышениеточности дифференцирования.Эта цель достигается тем, что дифференциатор, содержащий операционный уси литель и,решающую цепь, выполненную ввиле сегнетопьезоэлектрической пластины, ,на одну поверхность которой, нанесены параллельно первый входной электрод, два выходных электрода и электрод обратной 25 связи, подключенный к выходу операцнонного усилителя, вход которого соединен с выходными электродами, содержит формирователь напряжения настройоои, а,на вторую поверхность сегнетопьезоэлектрической 30 пластины нанесены второй входной электрод, расположенный аимметрично первому входному электроду и соединенный с шиной ,нулевого потенциала, два электрода наст 1 ройки, нанесенные симметрично выходным электродам и подключенные к соответствующим выхода,м формирователя .напряжения настройки, и второй электрод обратной связи, расположенный симметрично первому электроду обратной связи .и соеди,ненный с шиной нулевого потенциала. Сегнетопьезоэлектрическая пластина в объеме, заключенном между электродами астрой- ки и выходными электродамиполяриэованы в одном направлении.Применение сегнетоэлектрической пластины с нанесенными на ее поверхности электродами позволяет преобразовать временное представление электричеекого сигнала в пространственное и уменьшить за счет этого влияние неточности изготовления и,временных дрейфов дифференцирующих элементов.На чертеже показана схема дифференциатора.Дифференциатор содержит пластину 1 из сегнетоэлектрического материала, На ее противоположные поверхности нанесены ,входные электроды 2. На одну,из поверхностей пластины 1 параллельно электроду 2 ,нанесены два выходных электрода 3, подклоченных к оце 1 рационному усилителю 4. На другую поверхность пластины 1 нанесе.ны параллельно электроду 2 электроды 5 настройки расположенные против электродов 3. Электроды 5 настройки подключены к формирователю б,напряжения,настройки или к шине нулевого потенциала,Для дальнейшего повышения точности дифференцирования,на пластину 1 нанесена пара электродов 7 обратной связи. Один из,них подключен и выходу усилителя 4, а другой - ,к шине нулевого потенциала. Материал пластины 1 в области перекрытия электродов 2, 7 поляризован при изготов,лении устройства, а электрэдов 5, 3 - приложением к электроду 5,напряжения формирователя б.Дифференцирование входного электрического сигнала, представленного последовательностью дискретных отсчетов, происходит следуюмим образом. Входной электрический сигнал поступает на электрод 2. Вследствие обратного пьезоэффекта каждый дискретный отсчет возбуждает в материале пластины механическую волну, распространяющуюся в объеме пластины. Последовательность дискретных отсчетов оп. ределяет формирование в объеме пластины ,пакета,механических волн. Указанный пакет,при движении в пластине 1 проходит в областяхзаключенных между электродами 3 и 5, Вследствие прямого пьезоэффекта каждый электрод 3 вместе с электродом 5 образует генератор тока, величина которого строго пропорциональна амплитуде меха нической волны, а следовательно, и вход,ного отсчета. В момент,времени на выход. ных электродах наолюдаются сигналы, одвннутые относительно 1;,на время, обусловленное конечной скоростью движения механической волны от одного выходного электрода 3 к другому. В этом случае на паре элекгродов 3 существуют сигналы 1 з (1) = КК(аппп23 К 1 К 2 пх (+)1 О В вычислительной технике вычисление ЗО дифференцнала, как правило, заменяют определением приращения входного напряже.,ния за фиксированный малый промежуток времени. Следовательно, для определения дифференциала35 ядп К = - здп К,или здп К, = - эдп Кзили ядп Уп= - ядп У. 40 В этом случае(1., =- У. - ( (1 = К, К, У.(1;- - ы) к,.к.,о,( ),прн К = К и 1 К. =Кзу - К,.К,ЬУ.(;+ 8) Ы, (2) 45 Это соответствует определению дифференциала функции.50 Удовлетворение равенства (1) обеспечивается поляризацией сегнетоэлектрического материала пластины в области пе 1 рекрытия электродов 3,и 5 во,взаимно противополож,ных направлениях,55 Дальнейшее повышение точности дифференцирования осуществляется подключением к выходу усилителя 4 электрода 7 обратной связи. В этом случае Купопых 1-; - К, К; 60 где Кз - коэффициент электромеханичвского преобразования элект рода обратной связи; где К, К, Кь Кз - соответственно,коэффициенты электромеханического преобразования входного 2 и выходного 3 электро дов;I20 Спп, (1 и - входное напряжение;Л - время перемещенияпакета механических волн от одного выход ,ного электрода 3 к 25 другому.Как известно, дифференциал равендУ = 1"(х) . Их.аказ 1289/1295 Изд. М 484 НПО Поиск Государственного комитета 113035, Москва, ЖТираж 772 ПодписноСР по делам изобретений и открытий ушская наб д 4/5 Тип, Харьк. пред. Патент О - ,выходное, напряжение электРОДО 1 В Д;Су (1) - 1 выходное напряжение ус 11 ллтеля 4;К у - коэфициент усиления усилителя 4.При Ку,Ь 1 Использование предлагаемого устройст,ва для дифференцирования электрических сигналов обеспечивает повышение точности дифференцирования до 0,1% в диапазоне температур ( - 50) - (+120)С. Кроме этого, предлагаемое усгройство может быть выполнено полностью с;использованием ингегральной технологии и обеспечить уменьшенне по цравнению с дифференциатором д 1 а осно 1 ве интегрального усилителя К 140 УТ 1 массы в 10 - 15 раз, потребляемой мощности в 2 - 3 раза. Дифференциатор, содержащий операционный усилитель и решающую цепь, выполненную в ваде сегнетопьезоэлектр 1 ической пластины, на одну поверхность которой нанесены параллельно первый входной электрод, два выходных электрода и электрод обратной связи, подключенный,к выходу операционного усилителя, вход которого соединен с выходными электр 1 одами, о тл ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности дифференцирования, дифференциатор содержит формирователь напряжения настройки, а на вторую по 1 верхность сегнетопьезоэлектрической пластины нанесе,ны второй входной электрод, 1 расположенный симметрично первому, входному электроду и соединенный с щиной нулевого погенциала, два электрода настройки, нанесенных симметр 1 ично,выходным электрода м и подключенных к соогветствующим 1 выходам формирователя напряжения настройки, ,и второй электрод обратной связи, расположенный симмегрично,первому электроду обратной связи 1 и соединенный с шиной,и- левого потенциала, - причем сегнетопьезоэлектрическая пластина в объеме, заклю ченном между электродами настройки и выходными электродами, поляризована в одном,направлен 1 и 1 и. Исгочн 1 ики информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Коган Б. Я. Электронные моделирующие усгройства, М., Ф 1 изматпиз, 1963.2. Смолов В, Б. Аналоговые вычислительные,мащины, М., Высшая школа, 1972, с. 160 - 200,3. Авторское свидетельство СССР по заявке2622637/24, кл. Ст 06 Ст 7/18, 1978 (дротогип).