Вычислительное устройство

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 16.04.79 (21) 2752996/18-24 (51)М. КЛ.э с присоединением заявки Йо 0 06 6 7/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 251080(72) Авторы изобретения Е, П. Угрюмов и И. В. Герасимов енинградский ордена Ленина электротехнический институ им. В. И, Ульянова (Ленина)(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 1Изобретение относится к аналоговой и комбинированной вычислительной технике, а именно к устройствам, позволяющим вырабатывать широтно-модулированный сигнал (ШИМ-сигнал) с относительной длительностьюЭ= 1 п(ОО )где 0 и 02 - входные напряжения постоянного тока, и может найти применение в информационно-вычислительных и управляющих системах, обрабатывающих широтно-импульсную информацию, а также в ряде других систем.Известно вычислительное устройство, содержащее управляемые переключатели, генератор экспоненциального напряжения на основе КС-цепи, генератор тактовых импульсов и компаратор. Первая входная клемма устройства через переключатель соединена с первым эа жимом конденсатора, второй зажим которого подключен к общей точке схемы; первый зажим конденсатора через второй переключатель соединен с первым входом .компаратора непосредственно и через резистор с общей точкой схемы; второй вход компаратора соединен со второй входной клеммой устройства, выход компаратора подключен к выходной клемме устройства 3(Однако это устройство обладает невысокой точностью преобразования вследствие зависимости функциональной характеристики устройства от нестабильной при изменении температуры и во времени емкости конденсатора, входящего в состав ВС-генератора экспоненциального напряжения. Преобразователь отличается также низкой помехо устойчивостью вследствие формирования выходного временного интервала как результата однократного сравнения экспоненциального и входного напряжений на периоде повторения первого. Кроме того, он не обеспечивает следящий режим преобразования, позволяикаий уменьшить время реакции устройства на малые изменения входных напряжений.Известно устройство, обладающее более высокой помехоустойчивостью и следящим режимом преобразования, которое содержит генератор тактирующих импульсов, генераторы экспоненциально и линейно изменяющихся напряжений, два компаратора, элемент совпадения и блок уравновешивания. Входы синхронизации генераторов экспоненциально и линейно изменяющихся напряжений подключены к выходу генератора тактирующих импульсон, первый вход первого компаратора соединен с выходом гейератора экспоненциально изменяющегося напряжения, второй входэоедин н с входной клеммой устройства,ервый вход второго компаратора соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, второй его вход подключен к выходу блока уравновешивания, объединенному с выходной клеммой устройства, Выходы компараторов подключены к входам элемента 0 совпадения, выход которого соединен с нходом блока уравновешивания 2.Однако устройство также отличается невысокой точностью преобразования напряжения во временной интервал из за наличия в его составе генераторов экспоненциально и линейно изменяющихся напряжений.Наиболее близким по теХнической сущности к изобретению является уст- щ ройство, осуществляющее нелинейное преобразование результата множитель- но-делительной операции, содержащее уравновешенный мост, в первое, второе и третье плечи которого включены первый, второй и третий резисторы, а в четвертое плечо - последовательно соединенные первый импульено-управляемый и четвертый резисторы, общий вывод .которых через н сглаживающий конденсатор подключен к шине нулевого ЗО потенциала, второй импульсно-управляемый резистор, источник первого входного напряжения постоянного тока, включенный н одну диагональ уранновешенного моста, дифференциальный усилитель, включенный входами во вторую диагональ уравновешенного моста, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к первому импульсно-управляеммому резистору и через второй сглаживающий конденсатор к шине нулевого потенциала, широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход подключен к выходу устройства и к управляющим 4 входам первого и второго импульсно- управляемых резисторов 3.Недостатками известного устройства являются невозможность получения логарифма частного от деления напряжений 36 постоянного тока, а также невысокая точность.Цель изобретения - повышение точности устройства и расширение класса решаемых задач за счет получения част-ф ного от деления входных сигналов в логарифмической форме.Поставленная цель достигается тем, что в первое плечо моста последовательно с. первым резистором включен источ-Я ник второго входного напряжения постоянного тока, выход которого подключен к первому выводу второго импульсно-управляемого резистора, второй вывод которого подключен к общему щ 5 выводу первого импульсно-управляемого и четвертого резисторов.На чертеже приведена функциональная схема вычислительного устройствУстройстно содержит уравновешенный мост, в первое плечо которого включены последовательно соединенные источник 1 входного напряжения и резистор 2, во второе - резистор 3 в третье - резистор 4, в четвертое цепочка из последовательно соединенных резистора 5 и импульсно-управляемого резистора 6, первый сглаживающий конденсатор 7, в одну диагональ уравновешенного моста включен источник 8 входного напряжения постоянного тока, дифференциальный усилитель 9, инвертирующий вход которого подключен через второй сглаживающий конденсатор 10 к шине нулевого потенциала, выход дифференциального усилителя 9 подключен ко входу широтно-импульсного модулятора 11, выход которого подключен к выходу устройства и и управляющим входам имф пульсно-управляемых резисторов 6 и 12.Устройство работает следующим образом.Известно, что для экспоненциальной функцииЕе ( справедливо дробно-рациональное приближениег . Х -6 Х+Ю12.-рхщ -.л- -(2)с приведенной погрешностью, не превышающей 0,15 при О 4 х 4 1. Решение уравнения (2) относительно х дает ИРрациональное приближение к логарифмической фунКциих -)п 2 - Г"(2), (3) где Г - функция,. обратная функции Г(2),В предлагаемом устройстве реализовано решение уравнения9 69+2 е; О а ви+ьва фар ьотносительно переменной 9 методом подбора корня с помощью отрицательной обратной связи, что при х = 9 эквивалентно решению уравнения (3) относительно математической переменной х.В установившемся режиме, когда имеет место баланс мостовой схем, потенциалы узловых точек Б и В равны между собой (при идеальном операционном усилителе)Нщ- Ов (5) Здесь 35=Ца а +а3 4 (6)аьа+ ааааа2При этомгде С, С С, С проводимостирезисторов 2, 3,4 и 5 соответственно;проводимостьпостоянного резистора, входящего в состав импульсно-управляемого резисторанепосредственно Изуравнений (5)-(8)следует Ъ 46 +2 - О+г 15Если назначить параметры элементовсхемы по соот,ошениям 2- =4 =ь,420то получим из 9) требуемое моделирующее выражение (4) при К = 1/4,Баланс мостовой схемы обеспечивается использованием отрицательной обратной связи, реализуемой с помощьюдифференциального усилителя 9, широтно-импульсного модулятора 11 и импульсно-управляемых резисторов б, 12,Дифференциальный усилитель 9 выделяет и усиливает разность потенциалов 30узловых точек Б и В; его выходное напряжение с помощью широтно-импульсного модулятора 11 преобразуется в ШИМсигнал с относительной длительностью,который, поступая на управляющие входы импульсно-управляемых резисторов б,12, изменяет средние значения их проводимостей, что и обеспечивает автобаланс моста. Сглаживающие конденсаторы 10, 11 предназначены для развяз-.ки постоянных и импульсно-управляемыхрезисторов между собой по переменномутоку, что обеспечивает пропорциональность среднего значейия проводимостиимпульсно-управляемого резистора относительной длительности управляющего 45ШИМ-сигнала.Применение предлагаемого вычислительного устройства, обеспечивающеговыполнение наряду с преобразованиемформы представления информации логарифмирования отношения двух напряжений постоянного тока за счет структурной характеристики устройства, позволяет получить более высокие метрологические характеристики устройств 55гибридной вычислительной техники,уменьшить число комплектующих изделий при одновременном улучшении надежностных характеристик. Предлагаемое устройство монтируется с широким применением интегральных микросхем и нетребует высокой квалиФикации обслужинающего персонала при наладке и регулировке,Формула изобретенияВычислительное устройстно, содержащее уравновешенный мост, н первое,второе и третье плечи которого включены первый, второй и третий резисторы, а в четвертое плечо - последовательно соединенные первый импульсноуправляемый и четвертый резисторы,общий вывод которых через первый сглаживающий конденсатор подключен кшине нулевого потенциала, второй импульсно-управляемый резистор, источник первого входного напряжения постоянного тока, включенный в однудиагональ уравновешенного моста, дифФеренциальный усилитель, включенныйвходами во вторую диагональ уравновешенного моста, причем инвертирующий вход дифференциального усилите-.ля подключен к первому импульсно-управляемому резистору и через второйсглаживающий конденсатор к шине нулевого потенциала, широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход подключен к выходуустройства и к управляющим входампервого и второго импульсно-управляемых резисторов, о т л и ч а ющ е е с я .тем, что, с целью повышения точности и расширения класса решаемых задач за счет получения частного от деления входных сигналов нлогарифмической Форме, в первое плечо моста последовательно с первымрезистором включен источник второговходного напряжения постоянного тока,выход которого подключен к первомувыводу второго импульсно-управляемого резистора, второй вывод которогоподключен к общему ныводу первого импульсно-управляемого и четвертого,резисторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3676661,кл. С 06 С 7/16, С 06 С 7/24,опублик. 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 511600, кл, С 06 С 7/24, 1976.3. Авторское свидетельство СССРМ 579627, кл, С 06 С 7/161, 1977Щакаэ 7507/63 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЖРа ская наб. . 4 5 филиал ППП "Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4