Функциональный преобразователь

)4 С 06 С 7/26 ГОсУДАРстВенный нОмитЕт сссРПо ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) В.П,Мотало и О.И,Чайковский (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССР У 430392, кл. С 06 С 7/26, 1975.Смолов В.Б. и Фомичев В,С. Ана - лого-циФровые и цифроаналоговые нелинейные устройства. Л,: Энергия, 1974, с. 141-142, рис, 6-1.(54) (57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий выходной сумматор, выход которого является вьщодом преобразователя, и линейныхцифроуправляемых элементов, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного сумматора, а цифровые входы подключены к входу задания аргумента воспроизводимой функции, и операционных усилителей, инвертирующий вход каждого -го (х=1,2п) операционного усилителя соединен с первым выводом соответствующего д-го основного масштабного резистора, и дополнительныхмасштабных резисторов, о т л и -ч,а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и расширениякласса воспроизводимых функций, внего введены п переключателей, каждый из которых выполнен на двухспаренных двухпозиционных переключателях ключей, первый и второй выходы каждого д-го переключателя соединены соответственно с вторым выводом 1-го основного масштабногорезистора и через д-й дополнительный масштабный резистор с неинвертирующим входом д-го операционногоусилителя, инвертирующий вход ивыход которого соединены с входоми выходом соответствующего линейного цифроуправляемого элемента, первый выход первого переключателя соединен с входом задания опорногонапряжения преобразователя, выходкаждого -го из (и) операционныхусилителей соединен с первым входом(ь+1)-го переключателя, вторые входы и переключателей подключены кшине нулевого потенциала.Функциональный преобразователь работает следующим образом.Выходное напряжение преобразователя Оьы 1 связано с входным сигналом 1 следующей функциональной зависи- мостью Век с 7 где 1 с - коэффициент преобразования.Коэффициент преобразования 1 с явля ется функцией входной величины 1 с - (х), (2) которая с высокой точностью аппроксимируется цепной дробью общего вида 35а,Ь +) 1 Утоянные величины, либо величины, изМеняющиеся линейно в зависимости от входной величины, т.е. а , = сопят, Ь, сопят (1 1,2. и) а; = 1 С,х, Ь; =3 х,(4) где о;, (3 - постоянные коэффициенты 55Цепная зависимость (3) реализуется соответствующим подключением резисторов с постоянным и линейно-изИзобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для функционального преобразования сигналов,Цель изобретения - повьппение точности.и расвврение класса воспроизводимых функций.На чертеже изображена структурная схема функционального преобразователя. 10Функциональный преобразователь содержит выходной сумматор 1, вход 2 задания опорного на 11 ряжения преобразователя, операционные усилители 31311,линейные цифроуправляе 15 мые элементы 4,4, переключатели 5,5 , основйые масштабныефу яфрезисторы 6 6 п, дополнительные1 фф пфмасштабные резисторы 7 7 н.20 меняющимся сопротивлением во входной цепи преобразователя.Работу преобразователя рассматривают для случая, когда входной сигнал по входу 2.постоянный, т.е.у = сопя, а входной величиной преобразователя является сигнал Х, т.е, реализация функции осуществляется(относительно аргумента х. Тогда функция преобразования преобразователя будет иметь вид11 еих = 1 с(х)у (5)где 1 с,(х) - коэффициент преобразования.Реализация различных функций впреобразователе осуществляетсяследующим образом.Коэффициент преобразования Е каждого операционного усилителя 3, определяется отношением сопротивления вцепи обратной связи к сопротивлению,подключенном к инвертирующему входуоперационного усилителя, т.е. сопротивления линейного цифроуправляемогоэлемента 4, к сопротивлению основного масштабного резистора 6;.Сопротивление линейного цифроуправляемого элемента 4;.линейноизменяется в зависимости от входногосигнала Х, являющегося либо аналоговой величиной, либо в случае применения линейных цифроуправляемыхэлементов - цифровым кодом. Следова"тельно, коэффициент преобразования1 с, каждого операционного усилителя3 будет линейной функцией входногосигнала Х, т.е,1 с К; х, (6) где в; - постоянный коэффициент,значение,которого определяется отношением начальногосопротивления линейногоцифроукравющемого элемента4; к сопротивлению резистора 6;.,Выходное напряжение У 1 первого операционного усилителя 31 равно+1 с у (7) где 1 с - коэффициент преобразованияпервого операционного усилителя 31,Выходное напряжение У второго операционного усилителя 3 равно7 у3 1.170469 где 1 с - коэффициент преобразованиятовторого операционного усилителя Зр.В общем случае выходное напряже. ние 0 и-го операционного усидите или ля 3 равно0= +1 с,с1 с у (9)где К - коэффициент преобразованияи-го операционного усилителя 311Знаки коэффициентов преобразования К, в выражениях (7)-(9) зависятот подключения операционных усилителей 3, (инвертирующего или невнвертирующего).Инвертирующее или неинвертирующеевключение операционных усилителей3осуществляется посредством переключателей 5 , каждый из которых1состоит иэ двух спаренных двухпозиционных переключателей. Еслиподвижные контакты двухпозиционных ключейзамкнуты с верхними неподвижнымиконтактами, то включение операционных 25усилителей инвертнрующее, что соответствует отрицательному значениюсоответствующего коэффициента преобразования Е . Если подвижные контак 1ты двухпозиционных ключей замкнуты щс нижними неподвижными контактами,то включение операционных усилителей неинвертирующее, что соответству"ет положительному значению соответствующего коэффициента преобразования 1 с,.35Соответствующее включение переключателей 5 может осуществляться1посредством блока управления, который.в простейшем случае представляетсобой наборное поле клавишных идикнопочных переключателей.Выходные напряжения 0; операционных усилителей 3 поступают на соот 1ветствующие входы сумматора, тогда,выходное напряжение 0 сумматора,которое является выходньм сигналомпреобразователя, равноПцг = с 1 с,у + 1 с 1 сф 1 с,у ++(15) Тогда коэффициент преобразования 1 преобразователя, который на основании (13) представляется как1 с(х) К 1 с ф,с учетом (6) и (15) будет равен с (х)+а,х -- -" ---1+м х - ;. (16)М х 1+вхТаким образом, коэффициент преобразования функционального преобразователя связан с входным сигналом х функциональной зависимостью, которая выражается цепной дробью Эйлера.От цепной дроби Эйлера легко перейти к цепной дроби общего вида, которая описывается выражением (3), используя известные зависимости 0 оде аоф а нты днозначно робь Эйле аск лад а,Х агх/а а(19 ные знаки членов выражений (14) и (16), что позволяет реализовать цепные дроби, имеющие члены с различными знакамиТаким образом, с помощью предлагаемого Функционального преобразователя можно реализовать широкий класс функций для чего нужно предварительно разложить их в цепнуюдробь общего вида, затем по выражениям (17) определить коэффициенты цепной дроби Эйлера, по (15) и (16) найти коэффициент преобразования преобразователя 1 и коэффициенты Е отдельных операционных усилителей.Некоторые функции, например степенной ряд, можно непосредственно раскладывать в цепную дробь Эйлера, что облегчает задачу реализации преобразователя.Предлагаемый функциональный преобразователь реализует функциональные зависимости с высокой точностью, так как коэффициенты преобразования операционных усилителей определяют" ся через отношения сопротивлений, что обеспечивает незначительную погрешность и высокую стабильность функции преобразованияпри изменении влияющих Факторов (например температуры).Предлагаеюгй Функциональный преобразователь позволяет также осу" ществлять операцию умножения (модуляции), В этом случае вторая входная величина преобразуется в сигнал у и поступает на вход 2 преобразователя.Например, такая распространенная функциональная зависимость, как степеннои ряд 5и легко реализуется посредствомпредлагаемого функционального преобразователя.Кроме того, поскольку с помощью1 О выражения (18) с высокой точностьюлегко аппроксимировать различныефункции, то, используя (18) и (19),можно получить непосредственные разложения таких Функций, как15 1 п х, вдп х, г 8 х, созсад х, агсвдп х, агссов х,агсе 8 х и т.д.,в цепную дробь (19) и легко реалиэо вать с помощью изобретения. Реализация этих Функций возможна с высокой точностью эа счет повьипения степени полинома (18), что легко реализуется с помощью предлагаемого Функциональнор 5 го преобразователя.Также широко распространеннаяэкспоненциальная зависимость3х=е раскладывается в цепную дробь общеговида (выражецие (3).х Используя выражения (17) известным коэффициентам выр (21) легко определить коэфф преобразования операционных лей,В изобретении погрешности коэффициентов преобразования отдельныхоперационных усилителей определяютсяпогрешностью отношения сопротивлений,которая может быть меньше +0,013.Поэтому погрешность коэффициента преобразования предлагаемого функционального преобразователя может составлять несколько сотых долей процента.аи 710Р 5 Подписи НИИПИ Государственного комитета ССС по делам иэобретенЮ и открытий13035, Москва, Ж, Рауаская наб., д. 4/ Филиал ППП "Патент", г; Уагород, ул. Проектная