Функциональный преобразователь

Союз СоветскикСоцналистнческкиреспублик ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 92 О 764ао лелем изобретений и открытии(7) Заявитель Ордена Ленина институт проблем управления(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.Известен диодный функциональный. преобразователь, содержащий включенные параллельно двухвходовые диодно-резисторные элементы и операционный усилитель Г 11 .Такие преобразователи не обеспечивают достаточно высокой точности при заданном количестве участков кусочно- линейной аппроксимации воспроизводимой функции.Наиболее близким по техническому решению к предложенному является функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, а неинвертируюший вход соединен с шиной нулевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертируюшим входом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подключенный одним выводом к инвертирующему входу выходного операциончогоусилителя, н трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодныйэлемент, объединенные в группу диодныхэлементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательновключенных масштабных резисторах,соединенных общим выводом с анодомкоммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного 1 Оанодом к шине нулевого потенциала,свободный вывод первого масштабногорезистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя,а свободный вывод второго масштабного 15резистора соединен с выходом источниканапряжения смешения, каждый из трехвходовых диодных элементов выполненна трех масштабных резисторах, соединенных первыми выводами с анодомкоммутирующего диода и с катодом компенсируюшего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, вторыевыводы первого, второго, и третьего3 9207масштабных резисторов трехвходовогодиодного элемента соединены соответственно с входом преобразователя, с выходом источника напряжения смешенияи с шиной нулевого потенциала, катодыкоммутирующих диодов соединены с,вторым выводом вводного реваоеора 2),Этот преобразователь обладает болеевьсокой точностью, поскольку обеспечивает воспроизведение 2 и участков кусочно линейной аппроксимации функции,где р - число диодных элементов.Однако его настройка весьма затруднена из-за взаимного влияния диодных элементов не вид воспроизводимойфункции.Е 1 ель изобретения - упрощение настройки и повышение точности преобразова теля.Эта цельдостигается теч, что функциональный преобразователь, содержащийисточник напряжения смещения, выходнойоперационный усилитель, выход которогоявляется выходом преобразователя, янеинвертирующий вход соединен с шинойнулевого потенциала, резистор обратнойсвязи, включенный между инвертирующимвходом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подключенный одним выводом к инвертируюШечу входу выходного операционногоусилителя, т трехвходовых диодныхэлементов и один двухвходовый диодныйэлемент, объединенные в группу диодныхэлементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательновключенных масштабных резисторах,соединенных общим выводом с анодомкоммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного46анодом к шине нулевого потенциала,свободный вывод первого масштабногорезистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя,я свободный вывод второго масштабного45резистора соединен с выходом источниканапряжения смещения, каждый из трехвходовых диодных элементов выполненна трех масштабных резисторах, соедиценных первыми выводами с анодом коммутирующего диода и с катодом коммутирующего диода, подключенного анодомк шине нулевого потенциалаа вторыевыводы первого и второго масштабныхрезисторов трехвходового диодного элемента соединены соответственно с входом "5преобразователя и с выходом источниканапряжения смещения, содержитдополнительных групп дподных элементов 64идентичных основной, ( и + 1) дополнительных источников напряжения смешения, (и + 1) потенциометров настройки, дифференциальный операционный усилитель, второй резистор обратной связи, включенный между инвертируюшим входом и выходом дифференциального операционного усилителя, выход которого подключен к второму выводу входного резистора, инвертируюший вход - к первым неподвижным контактам потенциометров настройки, я неинвертирующий вход - к вторым неподвижным контактеч потенциометров настройки и к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, катоды коммутирующих диодов каждой из дополнительных групп диодных элементов соединены с подвижным контактом соответствующего потенциоме тра настройки, подвижный контакт ( + 1)-го, потенциометра настройки соединен с катодами основной группы диодных элементов, первые входы диодных элементов каждой из дополнительных групп диодных элементов подключены ко входу преобразователя, вторые входы - к выходу соответствующего дополнительного источника напряжения смешения, а третьи входы трехвходовых диодных элементов - квыходу следующего по номеру источника напряжения смещения, выход первого дополнительного источника напряжения смещения соединен с вторыми выводачи третьих: масштабных резисторов трехвходовых диодных элементов основной группы. На фиг, 1 приведена блок-схема функционального преобразователя; на фиг. 2вольт-амперная характеристика группыдиодных элементов,Преобразователь содержит выходнойоперашонный усилитель 1, первый резистор 2 обратной связи, входной резистор Здвухвходовой диодный элемент 4,выполненный на первом 5 и втором 6масштабных резисторах, коммутирующем 7и компенсирующем 8 диодах, в трехвходовых диодных элементов 9,9каждый-ый из которых выполнен напервом 10, втором 11 и третьем 12масштабных резисторах, кочмутируюшеч13 и компенсирующем 14 диодах,основную 15 и Р дополнительных 16161 идентичных групп диодных элементов, ( + 1) источников напряжения смещения 17, 17 (+ 1) потенциометров настройки 18 18 +дифференциальный операционный усилитель 19, второй резистор 20 обратной5 9207связи, основной источник 21 напряжениясмешения,Преобразователь работает следующимобразом.При входных напряжениях, меньшихО(см. фиг. 2) все диоды закрыты ивыходной ток равен нулю. При увеличении входного напряжения диод 7 открывается и выходной ток линейно нарастает.Если О,больше 6, отпирается диод 131 10и крутизна вольт-амперной характеристикивозрастает. При входном напряжении,равном 1, отпирается диод 13 икрутизна вольт-амперной характеристикиосновной группы диодных элементов 15снова увеличивается, Если тв= 2, токрутизна остается в дальнейшем постоянной. Задавая сопротивления масштабныхрезисторов 5, 6, 10, 10 п 11,11 п, и 12 121 диодных элементов, 2 рможно аппроксимировать на участкеот О до О , (фиг. 2) любую заданную криволинейную монотонную зависимость, например квадратичную. Привходном напряжении, равном О отци Зрается диод 7 первой дополнительнойгруппы диодных элементов 161, затеманалогично, диоды 13 и 13, потомд оды последуюш гру п 16 Р " 160Таким образом, задавая значения сопро- зотивлений масштабных резисторов диодных элементов 16,16 п, можнополучитькусочно-нелинейную аппроксимацию на всех последующих интервалахразбиения области определения функции,Воспроизведение произвольных функций осуществляют, задавая необходимыезначения напряжений смещения с помощью источников 17,17 и 21 исуммируя выходные токи групц диодных 40элементов 15, 161 16 при помоши дифференциального 19 и выходного 1операционных усилителей, Установку коэффипиентов передачи производят при помощипотенциометров настройки 18, , 18Для расширения функциональных возможностей на входы усилителей 19 и 1 можноподавать постоянное смешение и входнойсигнал, устанавливая коэффициенты передачи этих сигналов припомощи дополнительных потенциометров (не показаны).Предложенный функциональный преобразователь позволяет воспроизводитьпроизвольные функции, используя практически любые типы кусочно-нелинейной55аппроксимации, в том числе аппроксимацию сплайнами. Точность аппроксимациина нелинейном участке можно повышать,увеличивая количество ю диодных эле 64 6ментов 9,О,в группах 15, 16, .16, Однако уже при п = 2, п 1 3 точность функционального преобразователя, при том же количестве регулировок, существенно растет (соответственно в 4 - 9 раз по сравнению с кусочно- линейной аппроксимацией), Использование диодных элементов 4, 9, 9 с потенциально эаземляемыми диодами позволяет снизить температурный дрейф и использовать высокоэффективную термокомпенсацию для повышения стабильности и точности преобразователя, Наконец, благодаря применению трехвходойых диодных элементов б9 смешение их автоматически изменяется при изменении напряжений смешения, При этом вид вольт-амперной характеристики каждой группы диодных элементов 15, 16,16, не изменяется как при смещении нелинейного участка вдоль оси абсцисс, так и при изменении его длины, Это упрощает настройку функционального преобразователя и позволяет использовать его как в качестве специализированного преобразователя с кусочно-нелинейной аппроксимацией функций, так и универсального.Кроме того, объединение диодных элементов в группы с общим выходом позволяет воспроизводить нелинейную аппроксимацию на отрезках разбиения, соответствуюшиж каждой группе, и, тем самым, повысить точность преобразования. формула изобретения функциональный преобразователь, содержащий источник напряжения смещения, выходной операционный усилитель, выход кото рого является выходом преобразователя, а неинвертируюший вход соединен с шиной нулевого потенциала, резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом выходного операционного усилителя, входной резистор, подключенный одним выводом к инвертируюшему входу выходного операционного усилителя, т трехвходовых диодных элементов и один двухвходовый диодный элемент, объединенные в группу диодных элементов, двухвходовый диодный элемент выполнен на двух последовательно включенных масштабных резисторах, соединенных общим выводом с анодом коммутирующего диода и катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, сво0764 вторым неподвижным контактам потенциометров настройки и к инвертируюшемувходу выходного операционного усилителя, катоды коммутирующих диодовкаждой из дополнительных групп диодныхэлементов соединены с подвижным контактом соотве тс твующего, потенциоме транастройки, подвижный контакт (и + 1)-гопотенцнометра настройки соединен с ка тодами основной группы диодных элементов, первые входы диодных элементов каждой их дополнительных группдиодных элементов подключены к входупреобразователя, вторые входы - к вы Б ходу соответствующего дополнительногоисточника напряжения смешения, а третьивходы трехвходовых диодных элементовк выходу следующего по номеру источниканапряжения смещения, выход первого дополнительного источника напряжения смешения соединен с вторыми выводамитретьих масштабных резисторов трехвходовых диодных элементов основнойгруппы,25 7 92 бодный вывод первого масштабного резистора двухвходового диодного элемента является входом преобразователя, а свободный вывод второго масштабного резистора соединен с выходом источника напряжения смещения, каждый из трехвходовых диодных элементов выполнен на трех масштабных резисторах, соединенных первыми выводами с анодом коммутирующего диода и с катодом компенсирующего диода, подключенного анодом к шине нулевого потенциала, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов трехвходового диод- ного элемента соединены соответственно с входом преобразователя и с выходом источника напряжения смещения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения настройки и повьпцения точности, он содержит и дополнительных групп диодных элементов, идентичных основной, ( + 1) дополнительных источников напряжения смешения, (и + 1) потенциометров настройки, дифференциальный операционный усилитель, второй резистор обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом дифференциального операционного усилителя, выход которого подключен к второму выводу входного резистора, инвертирующий вход - к первым неподвижным контактам потенциометров настройки, а пеинвертирующий вход - к Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Маслов А. А., Сахаров О, Н. Синтез диодных функциональных преобразователей, М., "Энергия, 1976, с. 24 2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2666775/24 кл. 6 060 7/26, 1978 (прототнп).