Устройство для возведения в степень

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфвз СоветскиаСоциейистичеснихРеспублик о 11997048(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытиИДата опубликования описания 150283 А.П.Абрамов, ТС.Андреева, Л.-К.Е.Бондаре В.А .Жуков и К.И.Курсанова т 7 ч Ленинградский институт авиационного при росщеяния(71) Заявител УСТРОЙСТВО ОЗВЕДЕНИЯ В СТЕПЕ 2 Устройство относится к аналоговой вычислительной технике и автоматике,Известны устройства для возведения в степень, в которых входным сигналом осуществляется модуляция импульсов по длительности или частоте(1 .Их недостатками являются малая точность выполнения операции возведения в степень при больших показа телях 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 .(ФНЧ), выход которого является выходом устройства. Выход ФНЧ соединен также с источником входного сигнала через делитель. Напряаение на выходе ФНЧ пропорционально кубу входного сигнала 21Недостатком такого. устройства яв- " ляется малая точность возведения в степень из-за влияния выбросов переднего фронта прямоугольных импульсов, нелинейности пилообразного напряжения и нестабальности времени включения и выключения ключевыхэле ментовЦелью 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 устрой" ства, 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 линии 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 пре образователя ПАВ 8 и выходного много- электродного,неэквидистантного преобразователя ПАВ 9.Устройство работает следующим образом. )ОВходной сигнал поступает на.вход преобразователя 1 входного сигнала в частоту, в качестве которого можно использовать обычный ЧМ-генератор. Колебания на выходе преобразователя 1 5 представляют собой радиосигнал с постоянной амплитудой Аомгновенное значение частоты ШМкоторого пропорционально мгновенному значению Ор(1;)входного сигнала (.)э в моменты времени 1 4 . Размер и крутизна линейного участка модуляционной характеристикиХГ 08 определяет ширину полосы частот ьи , в которой может перестраиваться по частоте преобразователь 1, а также динамический диапазон входного сигнала(О, в котором уровень входного сигнала находится в пределах линейного участка модуляционной характеристики преобразователя 1. При отсутствии сиг 40 нала на .входе (или при нулевом значении сигнала 08 Я) преобразователь 1 производит гармоническое колебание частоты И . Для обеспечения нормальной работы преобразователя 1 необхо димо, чтобы его средняя частота Юо отличалась по крайне мере на порядок от верхней граничной частоты ЮЬ входного сигнала ОЩ,т.е, О)о 7/,102,Частотно-модулированное колебание 40 со средней частотой Шо и постоянной амплитудой Ао . 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, равнойВесовой фильтр 2 имеет полосу пропускания ЬО) со средней частотой Юо, а его передаточная функция определяется видом требуемой степенной функции, При этом амплитудно-частотная характеристика (АЧХ ) весового фильтра 2 симметрична относительно средней частоты ,Юо его полосы пропускания ЙЖ и представляет собой параболу соответствующей степени с вершиной на средней частоте и нулевым значением на этой частоте, а фазово-частотная характеристика (ФЧХ)60 весового фильтра 2 является линейной для случая четных степенных функций и линейно-ломаной со скачком фазы на величину й в точке, соответствующей Юо для случая нечетных степенных функцийТак как, передаточная функция весового фильтра 2 определяется видом требуемой степенной функции, то каждая частотная составляющая ЧМ колебаний с постоянной амплитудой А,р, 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 щ) ЧМ колебания на входе весового фильтра 2 в каждый момент времени 1 одноначно связана с мгновенным значением входного сигнала 08, то комплексная огибающая ЧМ колебания на выходе весового фильтра 2 пропорциональна возведенному в требуемую и-ю степень входному сигналу ОХ .Для выделения комплексной огибающей ЧИ колебания выходной сигнал весового фильтра 2 со средней частотой Врпоступает 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 (Юо и полосой пропускания 6(6 , а ее ФЧХ должна быть линейной. На выходе блока умножения 4 образуются сигналы со средними частотами, равными суммарной и разностной частоте входных сигнало-:. Сигнал разностной частоты с Ы =О выделяется фильтром нижних частот 5. Этот сигнал представляет собой комплексную огибающую выходного ЧИ сигнала весового фильтра 2 и пропорционален возведенному в соответствующую степень входному сигналу 08. 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 б 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 за" кону в одном направлении в обоих преобразователях.При этом .длина электро дов одного из преобразователей, например выходного 9, изменяется по параболе требуемой степени и вдоль длины преобразователя с вершиной параболы в точке преобразователя, со ответствующей, средней частоте щ полосы пропускания ЬШ преобразователя и снулевым значением длины электродов выходного 9 преобразователя в этой. точке, 15Линия задержки 3 может быть выполнена на ПАВ таким же образом, как и весовой фильтр 2,.только без аподиза-. ции длины электродов выходного преобразователя. 20Данное устройство для возведения в степень проще и технологичнее прототипа, так как не содержит в своем составе трансформатора и ключевых элементов. Выполнение весового фидыра в виде устройства на ПАВ позволит повысить точность воспроизведения .высоких (выше третье 39,степеней входного сигнала до 0,5 и выше, уменьшить его габариты. Кроме того, при условии замены весового фильтра 2, устройство может воспроизводить другие функциональные зависимости. Таким образом, технико-экономический эффект изобретения заключает ся в упрощении, повыаении технологичности и точности устройства.Формула изобретенияУстройство для возведения в степень, содержащее преобразователь входного сигнала в частоту, вход которого является входом устройства, фильтр нижних частот, выход которогб является выходом устройства, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что, с целью пО-вышения 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 н линии задержки, выходы которых соединены,соответственно с входами блока умножения, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот,.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Смолов В.Б. Аналоговые вычислительные машины. И., "Высшая школаф,1972, с. 215-219.2. Авторское свидетельство СССРМ 570067, кл. С 06 6 7/20, 1977997048 Составитель Ю.ПетренкоТехред К,Июцьо Корректор И.Шулла едактор А.Долини аз 935/б ал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 704 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушс