Квадратичный преобразователь

Союз СоветскнкСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 934496ФУМпо делан наебретенкй н атерытпйЮ.В,Хохлов,В.Д.Циделко, А.М.Литвин,Ю.Г.Ту анов, -В;А.Тесленко и Н,Н.Барышевский ., ф Киевский ордена Ленина политехнический институт им-;59-яетия-: .Вели кой Октябр ьс кой Социалистической революции(54) КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в вычислительной технике при построении измерительных преобразователей и систем.Известен квадратор, содержащий выходной сумматор, И диодных ограничителей, первые входы каждого из которых соединен со входом квадратора, вторые - с шиной напряжения смеще 1 О ния, а выходы - с соответствующими входами сумматора, масштабирующий элемент, вход которого подключен ко входу квадратора, а выход - к одному из входов сумматора, а выход каждого диодного ограничителя соединен с дополнительными входами каждого последующего диодного ограничителя 111.Недостаток этого квадратора - значительная погрешность при малых уров-вт нях входного сигнала.Наиболее близким к предлагаемому является квадратичный преобразователь содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, а входы подключены к информационным выходам аппроксимирующихдиодных элементов первой группы, информационный вход каждого из этихэлементов соединен со входом преобразователя, а вход опорного напряжения соединен с источником опорногонапряжения, первый управляемый источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен со входами первого, масштабногоусилителя и квадратора 21. Недостатком известного преобразователя является ограниченная точность преобразования, особенно в начале диапазона, обусловленная конечным количеством .интервалов аппроксимации, увеличение которых приводит к значительным аппаратурным затратам.Цель изобретения - повышение точности преобразователя.до 45 50 Поставленная цель достигается тем, цто в квадратичный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, а выходы под клюцены к информационным выходам аппроксимирующих диодных элементов первой группы, информационный вход каждого из этих элементов соединен с входом преобразователя, а вход опорного напряжения соединен с истоцником опорного напряжения, первый управляемый источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход последнего соединен с входами первого масштабного усилителя и квадратора введены вторая группа аппроксимирующих диодных эле ментов, второй управляемый источник опорного напряжения, второй мас. штабный усилитель, второй и третий сумматоры, прицем управляющие входы, первого и второго управляемых источников опорного напряжения соединены соответственно с управляющими выходами аппроксимирующих диодных элементов второй и первой групп, а к входам третьего сумматора подключены соответственно выходы первого мас. штабного усилителя, квадрато 5 а и информационные. выходы диодных элементов второй группы, информационные входы которых подключены к второму входу первого сумматора и выходу второго сумматора, подклюценного вто рым входом к входу преобразователя, а первым входом - к входам опорного напряжения аппроксимирующих диодных элементов второй группы и к выходу второго управляемого источника опорного напряжения, управляющие входы которого подключены к управляющим входам второго масштабного усилителя, соединенного первым входом с выходом третьего сумматора, а выходом - с одним из входов выходного сумматора. На фиг. 1 приведена блок-схема квадратицного преобразователя; на фиг. 2 и 3 - эпюры, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг.4 схема аппроксимирующего диодного элемента,Преобразователь содержит первую и вторую группы аппроксимирующих диодных элементов 1 - 1 и 2- 2, вы ходной сумматор 3, истоцник 4 опор 10 15 20 25 зо 35 ного напряжения, управляемые источ- ники 5 и 6 опорного напряжения, пер" вый, второй, третий сумматоры 7, 8 и 9, масштабные усилители 10 и 11, квадратор 12,Работа квадратичного преобразователя основана на принципе кусочно- линейной аппроксимации ( КЛА) исходной функции у = 1 хс последующей коррекцией разности между исходной функцИей и ее линейным приближением, называемой функцией коррекции. Разобъем диапазон изменения аргумента на и участков с узлами аппроксимации х = а, х -- с 1 а, х =ц а,и-х(= ц а, х= а с 1 , т.е. последовательность х,.,х,х,Хявляется геометрической прогрессией со знаменателем с 1 ) 1 (фиг.2 а). Построим кусоцно-линейную функцию Р аппроксимирующую у и разность между ними д у = у -(х) (фиг.2 б). Функция коррекции ь) является кусочно-квадратичной функцией. Разобъем каждый из интерваловГО, х 3 х 1 х,г 3, ,х), х(, 1 х 1, х 3 на )и равных частей и построим кусоцнолинейную Функцию Ч, аппроксимирующую ду(фиг, За). Разность ьу,-ц) есть Функция коррекцииду(фиг.37, это также кусоцно-квадратичная функция, причем согласно Г 23 периодическаях-х,;с периодом " в пределахи)интервала 1 х хи максимальным знацениемх)Подставляя в (1) х = а с, полуцим выражение для максимального значения функции коррекции ду на интервале а ц" ; а.ц"-"11 Э:+.9." . 3. ) г)Выражение (2) определяет погрешностьпреобразователя, дважды используюЯ.щего КЛА исходной функции у = 1 хПриведенное значение погрешностидля каждого из интервалов х 1 , х( а, а с 11. Для интервалами О, аа1у,л = -Ц (5) Преобразователь работает следующим образом,Входная величина х поступает навход выходного сумматора 3 и на информационные входы аппроксимирующихдиодных элементов первой группы,вырабатывающих функцию с / х . Напряжения, соответствующие узлам аппроксимации х, х.х 11, задаютсяисточником 4 опорного напряжения,Функция Ч( х) реализуется аппроксимирующими диодными элементами второй группы и сумматором 9, Напряжения, соответствующие узлам аппроксимации функции д 1 л;, задаются вторымуправляемым источйиком б опорногонапряжения, управляемым управляющимивыходами диодных элементов первойгруппы, и подаются на входы опорногонапряжения диодных элементов второйгруппы. Выбор интерваловО, а 1,а, с 1 а 1 1"а с 1 и ", а с 1"осуществляется вторым сумматором 8.Выход второго сумматора соединен синформационными входами диодных элементов второй группы, его первыйвход соединен с выходом второго управляемого источника 4 опорного напряжения, а второй вход - с входомпреобразователя. Для воспроизведенияФункцииду 2 в преобразователе используется корректирующий канал. Так какфункция ду является периодической,24то достаточно воспроизвести ее только на первом участке аппроксимации,..а на следующих использовать ту жефункцию за сцет смещения по оси х,Функцию коррекции Ьуможно получатьпутем суммирования линейной функцииах и квадратичной Я(х) (фиг. Зв),что осуществляется за счет суммиро.вания напряжений на сумматоре 9 свыхода первого масштабного усилителя 10 и квадратора 12. Корректирующий канал, помимо первого масштабного усилителя 10 и квадратора12, содержит первый управляемыйисточник 5 опорного напряжения, управляемый выходами диодных элементов второй группы, и первый сумма"тор 7, Неравномерное разбиение поаргументу исходной функции требует 5 о 15 2 О 25 зо 35 включения между выходом сумматора 9 и входом выходного сумматора второго масштабного усилителя 11, управляемого управляющими выходами диодных элементов первой группы, Результат преобразования окончательно Формируется на выходном сумматоре 3,Достоинством предлагаемого преоб" разователя по сравнению с известным является более высокая точность, Действительно, если в прототипе используется девять участков аппроксимации;. то максимальное значение функции коррекции составляет 03/.Если при этом кооректирующий канал отрабатывает эту функцию с погоешностью 13, то суммарная погрешность преобразователя 0,0031 Пусть в предлагаемом преобразователе и = 5, я = 4, с 1 = 2, т,е. тоже 9 участков. Тогда погрешность КЛА для каждого из интервалов составит О,М. Используя в корректирующем канале квадратор с точностью 1, получим точность преобразователя 0,004. Однако следует отметить, что вышеприведенная погрешность устройства-прототипа является приведенной к концу диапазона, а выражение ( 3 ) определяет погрешность, приведенную кконцу участка аппроксимации.При этом погрешность на первом и втором участке, приведенная к кон цу диапазона, .в предлагаемом преобразователе составит 0,00005 л;, на третьем 0,000253, на цетвертом 0,001/, и лишь на пятом 0,004;, т.е.имеет место перераспределение погрешности вдоль всего диапазона,. причем точность в первой половине диапазона повышается, цто можно также. отнести к достоинствам преобразователя.формула изобретенияКвадратичный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, а входы подключены к информационным выходам аппроксимирующих диодных элементов первой группы, инФормационный вход каждого из этих элементов соединен с входом преобразователя, а вход опорного напряжения соединен с истоцником опорного напряжения, первый управляемый источник опорного напряжения, выход которого7 934496 8чен к пе вому входу первого му входу первого сумматора и выходу сумматора, выход последнего соединен второго сумматора подкл юченного втос входами первого масштабного усили- р ым вхо ом к входу преобразователя,да первым входом - к входам опорнотеля и квадратора, о т л и ч а ю -что с целью повыше ного напряжения аппроксимирующих щ и й с я тем, что, с цельюния его точности, в него введти в него введены вто- диодных элементов второи группы и рая группа аппроксимирующих дими ющих диодных к выходу второго управляемого источ-. элементов, второи управляеп авляемый источ- ника опорного напряжения, управляюник опорного напряжения, второйрой мас- щие входы которого подключены к упштабный усилитель, второй и ти третий 1 О равляющим входам второго масштаб- сумматоры, причем управляюляющие входы ного усилителя, соединенного первым первого и второго управляемыхмых источ- входом с выходом третьего сумматора, ников опорного напряжения соединены а выхо ом - с одним из входов выдсоответственно с упрауправляющими выхо- ходного сумматора. дами аппроксимирующих диодных элема к Источники. информации, ментов второй и первои групп, а ки инятые во внимание при экспертизе входам третьего сумматора подклю- : прСССР1. Авторское свидетельство цены соответственно выходы первого3 3 , . 198 масштабного усилителя, квадратора й 634302, кл. 6 06 6 7/20,СССР20 2. Авторское свидетельство и информационные выходы диодных6 7/20 1977 элементов второй группы, информацио - г ьон- У 990650 кл. О 0 6 ные входы которых подключены к второ. (прототип93 М 96Улра 5 моюии ЙюВНИИПИ Заказ 3938/16 , Тираж 731 Подписное лиал ПНП Патент", Ужгород,ул.Проектная,ч