Функциональный преобразователь

СО 1 ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ц 9) 8 ЗШ,О 06 ИЗОБР ДЕТЕЛЬСТ ИЯ ИСАН ТОРСЙОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Ордена Ленина иститут проблем управления(54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, .содержащий входной источник тока, управляемый напряжением, выходной сумматор(п) шунтирующих диодов (и - количество участков аппроксимации), а транзисторных повторителей тока, (и) источников .опорного тока, первые выводЫ ксторых объединены и подключены к,шине питания, а вторые выводы подключены к катодам соответствующих шунтирующих диодов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования:и упрощения,в, него дополнительно введены о-й шунтирующий диод и. резистивный делитель напряжения, причем крайние. выводы резистивного: делителя напряжения подключены соответственно к шине питания и шине нулевого потенциала, а средние выводы резисйаногоделителя напряжения соединейы е базами соответствующих транзисторных повторителей тока, коллекторм:которых соединены с соот ветствую 1(1 ими.входами выходного сумма.тора, анод первого шунтирующего диода соединен е.шиной питания,а катод и-го шунтирррщего диода соедийен с выходом входного источника тока, управляемого напряжением и эмиттером и-по транзисторного повторителя тока, а эмиттеры 1-х транэисторнйх С повторителей тока (1 = 1,2п) соединены соответственно с анодами а (,)+1)-х (Д - "1,2, 6) шунтирую- ф щи.х диодов, 1034051Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для нелинейных преобразований мгновенных значений сигналов.Известен функциональный преббразователь, воспроизводящий произвольные Функции в виде сумм ограниченных с двух сторон выходных напРяжений операционных усилителей ( 1 .Недостатком данного преобразователя является сложность и малое быстродействие, так как в нем использовано по два прецизионных ограничителя на операционных усилителях накаждый участок аппроксимации15Наиболее близким к предлагаемомуявляется функциональный преобразователь с кусочно-линейной аппроксимацией, содержащий входной источниктока, управляемый входным напряже- .нием, выходной сумматор, (и) диодов, и транзисторов и (и) источников тока, и источников ограничивающего напряжения,Для получения ограниченных напря.жений испояьэуются двухсторонниеограничители напряжений на транзисторах и диодах23.Недостатками известного функционального преобразователя являютсясложность и недостаточная точность,обусловленная дрейфом напряженийэмиттерно-базовых переходов транзисторов и рассогласованием точек отпирания и запирания транзисторов в различных двухсторонних ограничителях, 35Цель изобретения - повышение точности преобразования и упрощение.Поставленная цель достигается темчто в функциональный преобразователь, содержащий входной источник .40тока, управляемый напряжением, выходной сумматор, (и) шунтирующих диодов (и - количество участков аппроксимации), а транзисторных повторителей тока, (и) источников опорного тока, первые выводы которых объединены и подключены к шине питания,а вторые выводы подключены к катодамсоответствующих шунтирующих диодов,введены п-й шунтирующий диод и реэистивный делитель напряжения, причем 50крайние выводы резистивного делителя. напряжения подключены соответственнок шине питания и шине нулевого потенциала, а средние выводы реэистивногоделителя напряжения соединены с базами соответствующих транзисторныхповторителей тока, коллекторы которыхсоединены с соответствующими входамивыходного сумматора, анод первогошунтирующего диода соединен с шиной 60питания,а катод и-го шунтирующегодиода соединен с выходом входного источника тока, управляемого напряжением, и эмиттером п-го транзисторного повторителя тока, а эмиттеры 1-ых б 5тРанзисторных повторителей тока,и) шунтирующих диодов,Йа фиг, 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на Фиг. 2 - форма выходныхтоков транзисторных повторителейтока.Преобразователь содержит входнойисточник 1 тока, резистивный делитель 2 напряжения, шину 3 питания,шину 4 нулевого потенциала, источники 5 - 5 опорного тока, транзисторные повторители б-би тока, диоды7 - 7 и выходной сумматор 8Преобразователь работает следующим образом.При показанной на фиг1 полярности шунтирующих диодов 7 -7 И и использовании в схеме транзисторовтипа р-и-р на шину 3 питания подается положительное напряжение, а входной источник 1 тока преобразует входное напряжение х в ток 28, пропор"циональный х-О + 3 х,2 у (х) где а О и 6) О - заданные масштабные коэффициенты, которые выбираются так, чтобы в крайней левой точке излома х принадлежащей области определейия Функции Г(х), входной ток аб б равен сумме выходи тобаков источников 5 - 5опорного то- ка н(х ) = - :7 Й Юкк а в крайней правой точке излома х нулю,И1 (х ) = О При хх входной ток больше суммы токов 5,Б й(по абсо-лютной величине), и все шуйтирующие диоды 7 "7 и открыты, а напряжение на эмиттере каждого транзисторного повторителя тока примерно на 0,5- О,б В (т,е. на величину прямого падения напряжения на шунтирующем диоде) меньше, чем на, эмиттере предыдущего. Напряжение 4, подаваемое на шину 3 питания, и параметры резистивного делителя 2 напряжения выбираются таким образом, чтобы напряжения, подаваемые на базы транзисторных повторителей б, -би тока, обеспечивали их полное запирание, а напряжение 0 было несколько выше, чем напряжения в суммирующих точках выходного сумматора 8.При увеличении х уо значения х разность токов 2 иЭ 5 уменьшается до нуля. В точке "х диод 7 за- пирается и происходит скачкообразноеувеличение напряжения на эмиттере первого транзисторного повторителя б тока, в результате чего он отпирается. Затем тах.:эмиттера транзистора б линейно нарастает", достигая э начени я Зв точке х( Фиг, 2 ), При этом выходной ток коллектора транзисторного повторителя тока с точностью до 1/В (где Й- статический коэффициент усиления тока базы транзистора) равен току эмиттера и образует линейно возрастающую функций от х, ограниченную с двух сторон: 0Х,-с Х При х .) х входной ток 3 э становится по абсолютной величине меньше,я"-1чем сумма токов т 5, поэтому шунтирующий диод 7 запирается, на эмиттере транзистора б происходит скачок напряжения, он отпирается и часть тока источника 5 опорного тока начинает поступать .на его эмиттер. При ххх ток эмиттера транэситора бр. линейно растет от нуля до 2 (оставаясь в дальнейшем на этом уровне), соответственно растет и ток коллектора транзис - тора б (фиг. 2)Если входной сигнал продолжает расти, скачком отпирается следующий транзисторный повторитель тока и так далее вплоть до и-го транзисторного повторителя б, который отпирается после скачкообразного запирания шунтирующего диода 7 при х = х, В дальнейшем при х 7 х, ток транзисторного повторителя б растет без ограничения.Используя дополнительный (и+1)-й шунтирующий диод и и-й источник опорного тока (не показано) можно ;было бы аналогичным образом ограни-, чить и ток эмиттера транзисторного повторителя 6 и тока, однако обычно это не нужно, таккак входное напряжение ограничено.Суммируя коллекторные токи транзисторных повторителей б - би тока с разными знаками и весами при по-. мощи выходного сумматора 8, получают на его выходе произвольные заданные функции методом кусочно-линейной аппроксимацииТребуемое разбиение области определения фукнции на интервалы аппроксимации обеспечивается заданием величин токов 2,БР . Если в точке х воспроизводимая функция не равна нулю, можно считать областью определения отрезок Гх, х,(фиг, 2),уменьшив количество отрезков аппроксимации на единицу, либо увеличить количество входов выходного сумматора 8 на один и подать на этот вход постоянную величину (что предпочтительнее).Изменяя тип транзисторов на и-р-и, полярность включения диодов., источников тока и напряжения, подаваемого на шину питания, можно йзменить по".рядок чередования точек излояа хЭх ,хн на противоположный, Этотже результат можно получить, изменяязнаки масштабных коэффициентов вход5ного источника тока а и й на проти-:воположные.При малом количестве отрезковаппроксимации (примерно до 5-8) резистивный делитель 2 напряжения ненужен; так как базы всех транзистор 1 О ных повторителей б -би тока можно сое-.динить непосредственно с шиной 3питания, При этом, если хх, , наэмиттерный переход и-го транзйсторного повторителя тока подается обратное напряжение, равное сумме прямыхнапряжений всех и шунтирующих диодов 7 А - 7, что может вызвать пробойперехода. Увеличить допустимое количество отрезков аппроксимации можно,выбирая транзисторы с большим допустимым обратным напряжением база -эмиттер либо г,давая на базы транзисторных повторителей б -б токанапряжения с резистивного делителя2 напряжения так, чтобы для всех1 с = 1,2, разность 1- (фиг.2)равнялась примерно среднему значениюпрямого падения напряжения на открытых диодах 7 - 7(порядка 0,4-0,6 Вдля кремниевых диодов).ЗО Можно также увеличить допустимоеколичество отрезков аппроксимации,включив последовательно в цепи эмиттеров последних транзисторов, которым угрожает пробой эмиттерного пере 35 хода, диоды, При этом резистивныйделитель 2 напряжения также не нужен, но несколько снижается быстродействие устройства.Преимуществом предлагаемого устрой 4 О ства является значительное (почтидвукратное) упрощение по сравнениюс прототипом. Так, в устройстве-прототипе для воспроизведения одной базисной Функции используются в сред 45 нем два диода, два транзистора, дваисточника тока и один источник спор.ного напряжейия, а в предлагаемомустройстве - по одному резистору,диоду, транзистору и источнику опорного тока, а входной источник тока50.является общим,Предлагаемый преобразователь характеризуется повышенной точностью,небольшой дрейф напряжения, подавае.мого на шину 3 питания, практическине влияет на точность устройства,так как при этом изменяются лишь напряжения, подаваемые на базы транзисторов б -бд, а на эмиттерные токиэтот дрейф не влияет, Кроме того,60 в данном преобразователе автоматически обеспечивается совпадение изломовбазисных Функций (фиг. 2) что полностью устраняет аппаратурную погрешность, возникающую при рассогла65 совании источников опорных напряже-1 4 Ъ ИИПИ Заказ 5 б 27/52 Тираж 706 писно илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,тная ний и входных токов в устройствепрототипе. Влияние температурногодрейфа статического коэффициента усиления тока базы. транзисторов б -бможно уменьшить, используя транзис-,торы с большим й (при й = 500)соответ ствующие нестабильности воспроизведения базисных функций составляютпримерно 10 / С), либо практическиполностьюустранить, применяя термостатирование или используя составные 10транзисторы, включенные по схемеДарлингтона. Кроме того, в предлагаемом устрой-стве транзисторы 6 -6 включены по схеме с общей базо 3, что обеспечивает улучшение их динамических характеристик по сравнению с устройсхвомпоототипом, в котором транэйсторы включены по схеме с общим коллектором.Таким образом, технико-экономическиф эффект устройства заключается в )почти двукратном упрощении, повышении точности за счет уменьшения аппаратурной погрешности и улучшении динамических характеристик.