Время-импульсное устройство для возведения в дробную степень

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (1 А б С 7/20 САНИЕ ЕТЕН ЬСТВУсоед ног(56) 1Авторское У, 758186, кл, 6 062, Угрюмов Е.П. построения аналого вых функциональных с помощью линейно тов.-"Известия вуэ строение", 1975, В рис. 2 б (прототип) видетельство СССР С 7/20, 1980. Об одном варианте ых и цифроаналогопреобраэователей управляемых элемен в СССР. Приборо 6, с. 55-59,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИД(71) Ленинградский ордена Ленинаэлектротехнический институтим, В.И.Ульянова (Ленина)(54)(57) ВРЕМЯИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В ДРОБНУЮ СТЕПЕНЬ,содержащее сглаживающий фильтр, выход которого является выходом устройства, первый импульсно"управляемый,резистор, выполненный в виде последовательно соединенных первого масштабного резистора и первого ключа, второй масштабный резистор, источникопорного напряжения, импульсный делитель напряжения, выполненный в видепоследовательно соединенных второгоключа и третьего и четвертого масштабных резисторов, общий вывод которых через сглаживающий конденсаторподключен к шине нулевого потенциала,и преобразователь напряжения в длительность импульсов, вход которого н с выходом источника входгнала, а прямой выход подклю чен к управляющим входам первого и второго ключей, источник опорного напряжения подключен к другим выводам первого и второго ключей первого имульсно-управляемого резистора и импульсного делителя напряжения и через второй масштабный резистор подсоединен к входу сглаживающего фильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Что, с целью повышения точности и расширения класса решаемых задач путем извлечения корня третьей степени из квадрата входного напряжения, оно содержит дополнительный сглаживающий конденсатор, второй импульсно-управляемый резистор, выполненный в виде последовательно с того масштабного резистора и третьего ключчетвертый ключ и шестой масштабный ре- Язистор, который включен между выходом источника вхОдного сигнала и входом сглаживающего фильтра, подключен" вакфным через четвертый ключ к другому вывыводу четвертого масштабного резис- ф,тора импульсного делителя напряженияи через второй импульсно-управляемыйрезистор к другому выводу первого,масштабного резистора первого импульсно-управляемого резистора, который через дополнительный сглаживающий конденсатор подсоединен к шиненулевого потенциала, управляющие вхо- фрды третьего и четвертого ключей соединены с инверсным выходом преобразователя напряжения в длительностьимпульсов,Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, может найти также применение в информационно-измерительной технике и предназначено для воспроизведения слецую щей зависимости выходного напряженияот входного П.1,=0,(1)Огде К - коэффициент пропорциональности.Известно устройство для возведения в дробную степень, содержащеепреобразователь напряжения в длительность импульса, импульсный делительнапряжения, усилитель, масштабные резисторы, сумматор и корнеизвлекающийблок высокого быстродействия 1 .Однако устройство не позволяет реализовать заданную функцию преобразования (1) с дробным показателем степени, равным 2/3,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство, осуществляющее извлечениекорня третьей степени, т.е, возведение в степень 1/3, иэ входного напряжения постоянного тока, предварительно преобразованного в широтно-модули 30рованный сигнал (ШИМ-сигнал) в котором реализуется возведение входнойвеличины в дробную степень с выдачейрезультата в виде напряжения постоянного тока средствами времяимпульснойвычислительной техники. 35Известное устройство содержитсглаживающее звено, выход которогоявляется выходом устройства в целом,,в виде операционного усилителя с параллельно соединенными резистором иконденсатором в обратной связи, параллельно соединенные первый масштабный резистор и первый импульсно-управляемый резистор, выполненный в виде последовательно соединенных ключаи резистора, импульсно-управляемыйделитель напряжения, выполненный ввиде последовательно соединенных ключа и двух резисторов, причем первыйсигнальный вход ключа является первым 50входом делителя, объединенные зажимырезисторов подключены через сглаживающий конденсатор к общей точке схемы, второй зажим второго резистораявляется выходом делителя, источник 55опорного напряжения, выход которогочерез импульсно-управляемый делительнапряжения, зашунтированный параллельно соединенными первым масштабным резистором и первым импульсноуправляемым резистором, подключенк входу операционного усилителясглаживающего фильтра, преобразователь напряжения в длительность импульса, выход которого подключен квыходу источника входного сигнала,а прямой выход - к объединенным управляющим входам ключей импульсноуправляемых резистора и делителянапряжения 2,Недостатком известного устройства является невозможность преобразованйя входного напряжения по степенному закону с показателем степени,равным 2/3.Цель изобретения - повышение точности и расширение класса решаемыхзадач путем извлечения корня третьейстепени из квадрата входного напряжения,Поставленная цель достигается тем, что времяимпульсное устройство для возведения в дробную степень, содержащее сглаживающий фильтр, выход которого является выходом устройства, первый импульсно-управляемый резис" тор, выполненный в виде последовательно соединенных первого масштабного резистора и первого ключа, второй масштабный резистор источник спорного напряжения, импульсный делитель напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных второго ключа и третьего и четвертого масштабных резисторов общий вывод которых через сглаживающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, и преобразователь напряжения в длительность импульсов, вход которого соединен с выходом источника входного сигнала, а прямой выход подключен к управляю щим входам первого и второго ключей, источник опорного напряжения подключен к другим выводам первого и второго ключей первого импульсно-управляемого резистора и импульсного делителя напряжения и через второй масштабный резистор подсоединен к входу сглаживающего фильтра, содержит также дополнительный сглаживающий конденсатор, второй импульсно-управляемый резистор, выполненный в виде последовательно соединенных пятого масштабного резистора и третьего ключа, четвертый ключ и шестой масштабный резистор, который включен между(3) жение опорноточника); гдеК= Н - наого 3 1 120выходом источника входного сигнала.и входом сглаживающего фильтра, под.ключенным через четвертый ключ к дру, гому выводу четвертого масштабногорезистора импульсного делителя напряжения и через второй импульсно-управ. ляемый резистор к другому выводу пер"ного масштабного резистора первогоимпульсно-управляемого резистора,который через дополнительный сглаживающий конденсатор подсоединен к шине нулевого потенциала, управляющиевходы третьего и четвертого ключейсоединены с инверсным выходом преобразователя напряжения в длительностьимпульсов.На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства;на фиг, 2 - график изменения погрешности аппроксимации степенной функции с дробным показателем степени,равным 2/3,Устройство содержит сглаживающийфильтр 1, выход которого являетсявыходом устройства в целом, например, в виде операционного усилителя2 с параллельно соединенными резистором 3 и конденсатором 4 в обратнойсвязи, первый 5 и второй 6 последовательно соединенные импульсно-управ 30ляемые резисторы в виде последова"тельно соединенных первого и третьего ключей 7 и 8, первого и пятогомасштабных резисторов 9 и 10, сглаживающий конденсатор 11, через которыйобщий вывод импульсно-управляемыхрезисторов 5 и 6 подключен к шиненулевого потенциала, второй масштабный резистор 12, шунтирующий последо:вательно сосдиненные импульсно-управляемые резисторы 5 и 6, через которые40источник 13 опорного напряжения подключен к входу операционного усилителя 2 сглаживающего фильтра 1, импульс"ный делитель 14 напряжения в видепоследовательно соединенных второго45ключа 15 и третьего и четвертого масштабных резисторов 16 и 17, общийвывод которых через сглаживающий конденсатор 18 подключен к шине нулевого потенциала, причем другой вывод 362 4 ключа 15, являющийся первым входомделителя напряжения, подключен к ис-,точнику 13 опорного напряжения, адругой вывод масштабного резистора17, являющийся выходом делителя 141напряжения, через четвертый ключ 19подсоединен к входу операционногоусилителя 2 сглаживающего фильтра 1;который через шестой масштабный резистор 20 подключен к выходу источника 21 входного сигнала, объединенному с входом преобразователя 22 напряжения в длительность импульсов, прямой выход последнего подсоединен кобъединенным управляющим входам ключей импульсно-управляемого делителя14 напряжения и импульсно-управляе"мого резистора 5, а инверсный - кобъединенным управляющим входам третьего и четвертого ключей 8 и 19,Устройство работает следующим образом.Входное напряжение постоянноготока Б с помощью преобразователя 22напряжения в длительность импульсапреобразуется по линейному закону впериодическую последовательностьпрямоугольных импульсов с относительной длительностьюО=КОх т (2)где К - коэффициент пропорциональности;8 =ОТ, (ь - длительность повторяющихся с периодом Т прямоугольных им-.пул ь со в) ,На инверсном выходе преобразовате-, -ля 22 формируется ШИИ-сигнал с относительной длительностью 8=1-9. Эти ШИМ-сигналы управляют средними значениями проводимостей соответствующих импульсно-управляемых. резисторов.Сглаживающий конденсатор 11 и сглаживающий конденсатор 18, входящий в состав имйульсно-управляемого делителя 14, обеспечивает развязку по переменному току соответствующих импульсно-управляемых резисторов. С учетом потенциального заземления входа сглаживающего фильтра 1 среднее значение выходного напряжения Н равно 61 - 67 - соответственно прводимости резистора в цепи обратнойсвязи операционного усилителя 2 сглаживающего фильтра 1, масштабного резистора 9 импульсно-управляемого резистора 5, импульсно-управляемого резистора 6, шестого масштабного ре зистора 20, второго масштабного резистора 12, третьего и четвертого масштабных резисторов 16 и 17 импульсно-управляемого делителя 14 на-. пряжения. 10На основании подобия этого выражения выражениюК 1(х) 0,000833+1,00000 х+Од 36273 х(1-х) 0 070171 х(1-х),(4)х+0,451184 х+0,015768 аппроксимирующему функцию 3 Кх с3 г - ф погрешностью не выше 0,083 в диапазоне изменения .х от 0 до 1 (фиг. 2), выбираются значения проводимостей 20 масштабных резисторов устройства.,Погрешность определяется как Преимуществами предлагаемого уст- ройства по сравнению с известным яв" ляются возможность реализации функции 7 чх, что позволяет строить различные нелинейные блоки, а также высокая надежность, обусловленная простотой схемы, помехоустойчивость, вытекающая из принципа усреднения широтно-модулированных параметров, и технологичность, обусловленная простотой связей между структурными элементами устройства.