Логарифмический преобразователь

О П И С"АВ-И Е Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.З О 06 С 7/24 с присоединением заявки йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения В, И, Тимофеев Центральное конструкторское бюро гидрометеорологическогоприборостроения ГК гидрометеорологии и контроля природнойсреды СССР( 5 4 ) ЛОГ АРИ ФМИЧЕ СКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2Изобретение относится к электро- Наиболее близким к изобретению техизмерительной технике и может. быть ническим решением является логарифмииспользовано при построен:и устройств ческий функциональный преобразовадля вычисления логарифмов с представ" тель, в состав которого входят аналолением результата в виде цифрового . 5 говые переключатели, блоки сравнения, года. блок управления, источники опорныхИзвестен функциональный преобразо- напряжений, ключи, интегратор, Функциватель напряжения, содержащий гене- ональный частотный преобразователь, ратор эталонного напряжения, элемент реверсивный счетчик, триггер знака, сравнения, источник измеряемого нап регистр памяти, преобразователь кодряжения, генератор импульсов, триггер, напряжение, сумматор 121элемент Й, счетчик . Я, Результат Логарифмический Функциональный преобразования находится в обратной . преобразователь работает следующим Функциональной зависимости от вида образом.функции на выходе генератора эталон . На 1 такте - такте калибровки ного напряженияв частном случае, на вход первого блока сравнения по- когда в качестве эталонного исполь- дается напряжение от опорного источзуется генератор экспоненциального ника, соответствующее максимальному напряжения, выходной результат на" значению преобразуемого напряжения, ходится в логарифмической эависимос О а на вход функционального частотного ти от входного напряжения, преобразователя подается напряжение,Невысокая точность преобразования соответетвующее минимальному значению обусловлена тем, .что на результат преобразуемого напряжения, По команде преобразования влияют погрешности ге- Пуск иэ блока. управления на вход нератора эталонного напряжения, гене интегратора через сумматор и ключ ратора.импульсов, вызванные старени- подается напряжение от источника опорем элементов, изменением напряжений ного напряжения, С выхода интегратопитания, изменением температурно-влаж- ра напряжение поступает на входы бпоностного режима работы преобразовате- ков сравнения. Блоки сравнения срабаля и т.д. Зо тывают при равенстве налряжений на ихвходах и подают соответствующие сигналы на блок управления. Эа время, равное разности времен срабатывания блоков сравнения, на вход реверсивногосчетчика поступают импульсы с выходафункционального частотного преобразователя, В реверсивном счетчике фиксируется число, пропорциональное погрешности, вызванной нестабильностьюкоэффициентов передачи функционального частотного преобразователя и интегратора, триггер знака фиксируетзнак погрешности. После этого блокуправления вырабатывает команду, покоторой информация иэ реверсивногосчетчика и триггера знака переписывается в регистр. В результате навыходе преобразователя код-напряжение устанавливается напряжение, пропорциональное погрешности и соответствующее ей по знаку . На Выходе сумматора устанавливается напряжение,равное сумме напряжений источникаопорного напряжения и напряжения,пропорционального погрешности. Наэтом заканчивается такт калибровки.На втором такте (такте измерения)на вход первого блока сравнения поступает измеряемое напряжение, а навход функционального частотного преобразователя - напряжение с выходаинтегратора. По команде с,блокауправления на вход интегратора посту.пает напряжение с выхода сумматора,Блоки сравнения срабать 1 вают при равенстве напряжений на их входах иподают соответствующие сигналы наблок управления, За время, равное раз. -ности времен срабатывания блоков сравнения, на вход реверсивного счетчикапоступают импульсы с выхода функцио"нального частотного преобразователя.В результате в реверсивном счетчикефиксируется число, прямо пропорциональ"ное значению логарифма от входногонапряжения, Преимуществом данногоустройства по сравнению с предыду",щим аналогом является устранение влия"ния нестабильности коэффициентов преобразования интегратора, функционального частотного преобразователя иисточника опорного напряжения на результат преобразования. Но при этомна результат преобразования влияютпогрешности цепи обратной связи (преобразователя код-напряжение, сумматора напряжений), обусловленные старением комплектующих элементов, изменением напряжений питания, изменениемтемпературно-влажностного режима работы преобразователя и т.д, Крометого это устройство отли"ается сложностью, так как в состав преобразова",теля входит большое количество аналоговых узлов - два блока сравнения,три источника опорных напряжений,функциональный частотный преобраэова"тель, преобразователь код-напряжение,сумматор напряжений, интегратор. Ограничены и его функциональные возможности - выходной код может быть толькопрямо пропорционален значению логарифма от входного напряжения,Целью изобретения является повышение точности преобразования,Достигается это тем,что в лога"рифмический преобразователь, содержащий датчик входного напряжения,соединенный через замыкающий контактпереключателя с первым входом зле 10 мента сравнения, блок управления,первый выход которого соединен с разжкающим входом переключателя, авторой и третий выходы подключенысоответственно к первым входам первого и второго элементов И, и счетчик результата,введены делитель спостоянным коэффициентом деления,делитель с переменным коэффициентомделения, генератор вспомогательногонапряжения., генератор экспоненциального напряжения и генератор импульсов заполнения, счетчикВБ-триггер,Б-входы которого соединены со вторыми третьим выходами блока управленияй-вход- с выходом элемента сравнения,а выход - с входом генератора экспоненциального напряжения и вторымивходами первого и второго элементовИ, третий вход первого элемента Иподключен к выходу генератора импуль 30 сов заполнения и через делитель - спостоянным коэффициентом деления, стретьим входом второго элемента Й,выход которого подключен к входусчетчика, подключенному управляющими35 выходами к управляющим входам делителя с переменным коэффициентом деления и информационный вход которогосоединен с выходом первого элементаИ, а выход - с входом счетчика результата, причем первый выход генератораэкспоненциального напряжения соединенс вторым входом элемента сравнения,,а второй выход подключен к входу ге:нератора вспомогательного напряжений,соединенного выходом с разщюкающим45 контактом переключателя,На чертеже приведена функциональная схема логарифмического преобразователя.Предлагаемый преобразОватель со 50,держит датчик входного напряжения 1,генератор 2 вспомогательного напряжения, переключатель 3, блок, управления 4, элемент сравнения 5, генератор экспоненциального напряжения б,55 ЯБ-триггер 7, генератор импульсовзаполнения 8, элементы. И 9 и 10; делитель 11 с постоянным коэффициентомделения, делитель 12 с переменнымкоэффициентом деления, счетчик 13и счетчик результата 14. В составгенератора 2 вспомогательного напряжения входят резисторы Р 1 и Р, Всостав делителя 12 с переменнйм коэффициентом деления входят счетчик 15и группа элементов И 1 б 16, 76 5819Выходы датчика входного напряжения1 и генератор вспомогательного напряжения 2 через переключатель 3,управляемый блок упранления 4 соединены с первым входом элемента сравнения 5. Выходы блока управления 4 соединены с Я-входами ВЯ-триггера 7 ипервыми входами элементов И 9 и 10.Первый выход генератора экспоненциального напряжения б соединен с нторымвходом элемента сравнения 5 , второй 10выход - с входом генератора вспомогательного напряжения 2. Выход РЯ-триггера 7 соединен с входом генератораэкспоненциального напряжения б и вторыми входами элементов И 9 и 10,В-вход ВБ-триггера 7 соединен с выходом элемента сравнения 5, Выходгенератора 8 импульсов заполнениясоединен с третьим, входом элементаИ 9 и через делитель 11 с постояннымкоэффициентом деления (счетчик) с 20третьия входом элемента И 10, Информационный вход делителя 12 с переменным коэффициентом деления соединен с .выходом элемента И 9, управляющиевходы соединены с выходами счетчика 2513, а выход соединен с входом счетчика результата 14, Вход счетчика13 соединен с выходом элемента И 10.Преобразователь работает следующим образсм.Преобразование происходит в два такта. На первом такте производится калибровка. В исходном состоянии 35 ВБ-триггер 7 находится н состоянии0, счетчики обнулены (цепи обнуления на чертеже не показаны) . С выхода генератора б экспоненциального напряжения на вход генератора 2 вспомогательного напряжения поступает постоянное напряжение По, с выхода генератора 2 вспомогательного напряжения снимается напряжение Ц,111 ) сгде К = ," , а Р, и Р - резисто% И.ры, входящие в состав гейератора 2 вспомогательного напряжения.Блок управления 4 устанавливаетпереключатель 3 в положение 11, т.е.на первый вход элемента сравнения 5поступает напряжение с выхода генератора 2 вспомогательного напряжения,,После этого блок управления 4 подаетимпульсы запуска по одному Я-входу наВЯ-триггер 7, который устанавливается в состояние 1, и разрешения наэлемент И 10. Ймпульсом с выходаВБ"триггера 7 запускается генератор6 экспоненциального напряжения, навыходе которого формируется напряже=ние 0, поступающее на второй входэлемейта сравнения 5,П =Не,-Ыт,где- текущее время; 65 постоянная времени генератора б экспоненциального напряжения.В момент равенстна напряжений Н кУ на входах элемента сравнения 5Ы 3 = 1)ео оон срабатывает и возвращает в исходное состояние триггер 7, который находился н состоянии 1 в течениевремени=ТХпЭа вовремя 1 с генератора 8 импульсон заполнения через делитель 11 спостоянным коэффициентом деления иэлемент И 10 на счетчик 13 поступитколичество импульсов М.:- Хп (к Гогде Р - частота генератора 8 импул ь -.сов заполнения ;Р - частота на выходе делител я1 1 с по стоянным коэ ффициентом делени я ;ш - коэффициент деления делителя1 1 с постоянным коэ ффици ентом деле ни я ( н апример , емкость счетчика) ,На этом такт калибровки заканчивается,11 такт - кзмерения. Блок упранления 4 устанавливает переключатель3 н положение 1, т,е, на первый входэлемента сравнения 5 поступает измеряемое нагряжение 1) с выхода.датчика 1 входного напряжения. Послеэтого блок управления 4 подает импульсы запуска пс второму Я входу найБ-триггер 7,который устанавлиназтсяв состояние ф "116, и разрешения наэлемент И 9, Импульсом с выхода НБтриггера 7 запускается генератор бэкспоненциального напряжения, на вы-,ходе которого формируется напряжениеО, В момент равенства напряженийПи П на входах элемента сравнения5 +сПх - П 1осн срабатывает и возвращает н исходное состояние НБ-триггер 7, которыйнаходился н состоянии 1 Е в теченке времениоцхЗа время 1 с генератора 8 импульсов заполнения через элемент И 9 навход делителя 12 с переменным коэффициентом деления поступит количестно импульсов И Йх =хс=Ь Гс,1)хНа упранляющие входы делителя 12с переменным коэффициентом деленияпоступает код И с выхода счетчика13, и в результате на вход счетчика14 поступит количество импульсов Иф Ох о Оо"ьы. Й"Ь:кь ГТбь - хК вгде А : феПолученный результат прямо пропорционален значению логарифма от входного сигнала и не зависит от стабиль. ности характеристик генератора б экспоненциального напряжения и генератора 8 импульсов заполнения. Такт калибровки может производиться как перед каждым тактом измерения, так 5 и периодическй по командам с блока управления 4.Блок управления 4 может работать и по другой программе. Е-такт-измерение.На первый вход10 элемента сравнения 5 поступает измеряемое напряжение, разрешение подано на элемент И 10, в счетчике 13 будет записано число И , равноеI Ы-.Г:;, Епхо11 такт - калибровка. На первый вход элемента сравнения 5 поступает напряжение с выхода генератора вспо,могательного напряжения 2, резрешение подано на элемент И 9, на счетный вход делителя с переменным"коэффици ентом деления 12 поступит количество импульсов ИМ = 1 Р = ГМпГ2. 1 О к оВ счетчике 14 будет подсчитано ко личество импульсов Изх1Йи Ъби и выи ии,и.ыСВи- йиОх Ф 0 х гдеПолученный результат обратно пропорциойален з н ачению логарифма от входного сигнала и не зависит от нестабильности характеристик генератора б экспоненциального напряжения и ,генератора 8 импульсов заполнения.Технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается, во-первых, :в повышении точности преобразования, 40 обусловленном тем, что в изобретении ус%ранены погрешности преобразования прототипа, вызванные нестабильностью х рактеристик аналоговых узлов, а именно; преобразователя код-напряже" ние и сумматора напряжений; во-вторых, предлагаемое устройство гроще прототипа, так как в нем используется минимум аналоговых узлов - один элемент сравненияи генератор экспоненциального напряжения. Кроме того, Функциональные возможности предлагаемого устройства шире, благодаря возможности получения результата преоб-, разования как прямо, так и обратнопропЬрционального значения логарифма от входного сигнала.Формула изобретения Источники информации,ые во внимание при экспертизе Гитис Э, И. Преобразователи инии для электронных цифровых ительных устройств.-М.; .Энер, с, 339ня формвычигия2, Авторское свидетельство СССР 484529, кли 6 Об 8 7724, 1974 (п отип) . Логарифмический преобразователь,содержащий датчик входного напряжения, соединенныйчерез заьжкающийконтакт переключателя с первым входом элемента сравнения, блок управления, первый выход которого соединенс размыкающим входом переключателя,а второй и третий выходы подключенысоответственно к первым входам первого и второго элементов И, и счетчикрезультата, о т л и ч а ю щ и й с ятем, .что, с целью повышения точностипреобразователя, в него введены делитель с постоянным коэффициентом деления, делитель с.переменным коэффициентом деления, генератор вспомогательного напряжения, генератор экспоненциального напряжения, генераторимпульсов заполнения, счетчик, ВБтриггер, причем Б-входы йЯ-триггерасоединены со вторым и третьим выходами блока управления, В-вход ВЯ-триггера - с выходом элемента сравнения,а выход ВБ-триггера - с входом генератора экспоненциального напряжения ивторыми входами первого и второго элементов И, третий вход первого элемента И подключен к выходу генератораимпульсов заполнения и через делительс постоянным коэффициентом деления стретьим входом второго элемента И,выход которого подключен к входу счетчика, подключенному управляющими вй."ходами к управляющим входам делителяс переменным коэффициентом деленйя,информационный вход которого соединен с выходом первого .элемента И,а выход - с входом счетчика результата, причем первый выход генератора экспоненциального напряжения соедИнен со вторым входом элемента сравнения,а второй выход подключен к входу генератора вспомогательного напряжения,соединенного выходом с размыкающим контактом переключателя,7 б 5819 Составитель Т. Ивановдактор Е. Гончар Техред М.Рейвес ектор М. Коста ноед, 4/ иал НП Заказ 6511/4 ВНИИ по 1130