Функциональный преобразователь

(57) Изобретенговой вычислит РАЗО ВАТЕ я к анал ЬНЫИ ПРЕО е относит льнои техдным функм ток-напр нике, вциональн ени енствова в. У 111 ием уст. Цель СССР яется повьппение то ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСНОМУСВИДЕТЕЛЬС:(56) Авторское свидетельствУ 1111181, кл. С 06 С 7/26. частности к ди преобразовател является усове ройства по авт изобретения явности, что достигается за счет введения в известное устройство суммирующего усилителя 20 тока, дополнительного масштабного резистора 23первой 24 и второй 27 кодоуправляемых резистивных матриц, группы 30элементов И, компаратора 32 напряжения, генератора 23 импульсов, счет 1267445чика 22, блока 21 памяти и преобразователя 34 код-ток. За счет введенных элементов с соответствующими связями получают требуемую зависимость У = 11 ), на которой не сказывается напряжение дрейфа нуля входящих в преобразователь опе рационных усилителей. 3 ил.Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, в частности к диодным функциональным преобразователям ток-напряжение,Цель изобретения - повышение точности.На фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема аппроксимирующей ячейки на фиг.З - временные диаграммы работы функционального преобразователя. 10 Функциональный преобразователь со. держит дифференциальный операцион ный усилитель 1, и аппроксимирующих ячеек 2,-2, инвертор 3, и +1 входных масштабных резисторов 4,-4(и+1), коммутатор 5, блок 6 индикации,каждая из П аппроксимирующих ячеек со держит операционный усилитель 7, первый 8 и второй 9 масштабные резис. торы, масштабный резистор 10 обратной связи, первый 11 и второй 12 ограничительные диодные элементы, 25 диоды 13 и 14, корректирующий резистор 15, повторитель 16, транзистор 17, первый 18 и второй 19 нагрузочные резисторы, суммирующий усилитель 20 тока, блок 21 памяти, счет- З 0 чик 22, дополнительный масштабный резистор 23. Первая кодоуправляемая матрица 24 содержит аналоговые ключи 25.125. п.и весовые резисторы 26.126,п, Вторая кодоуправляемая матрица 27 содержит аналоговые ключи 28.128. и и весовые резисторы 29.129.п, группу 30 элементов И 31. 131,0, компаратор 32 напряжения, генератор 33 импульсов и пре- щ образователь 34 код-ток.В зависимости от конкретных условий, желания разработчика и прочих причин каждая иэ кодоуправляемых резистивных матриц может быть выполнена в любом известном варианте. При любом построении указанных матриц необходимо обеспечить требуемый выходной ток матрицы в зависимости от включенного участка аппроксимации. Принцип действия функционального преобразователя заключается в следующем.Функциональный преобразователь имеет два режима: "Работа" и "Контроль". В режиме "Работа" на вход дифференциального операционного усилителя 1 поступает входной ток(фиг.1). Сигналы с выходов 11 коммутатора 5 отсутствуютВ процессе изменения входного тока работа происходит на том или ином участке аппроксимации (фиг.З),При изменении входного тока от 0 до, включается первый участок аппроксимации, для которого коэффициент преобразования определяется входным масштабным резистором 4.(в+1), включенным в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 через инвертор 3Входные масштабные резисторы 4.14. и при этом не влияют на коэффициент преобразования, так как аппроксимирующие ячейки 2.12.и выключены за счет смещения - 0, от опорного источника. При изменении входного тока от еодо 1 включается аппроксимирующая ячейка 2.1. При этом в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 дополнительно к масштабному резис" тору 4(п+1) включается масштабный резистор 4.1. Коэффициент преобразования на втором участке аппрокси1267445 де усилителя 7 положительное. Отрицательная обратная связь усилителя 7 в данном случае осуществляется через 10открытый базо-эмиттерный переход транзистора 17 и первый ограничительный диодный элемент 11. Диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 закрыты, аппроксимирующая, ячейка по выходу выключена, поэтому при выполнении условия Пеык По- подключенный к данной ап 9 Епроксимирующей ячейке входной масштабный резистор не влияет на коэффициент преобразования. Напряжение на коллекторе транзистора 17 имеет низкий потенциал. напряжение на выходе усилителя 1 в точке изменения крутизны в конце(-1)-го участкааппроксимации; текущее значение входного тока на )к)-м участке аппроксимации (1 е( 1вкпб) )коэффициент усиления по второму входу аппроксимирующейп 1 оячейки 2 (К= л9 25Ф вк30 35 еК21 40 45 50 55 3мации определяется как масштабным резистором 4.(п+1) и инвертором 3, так и масштабным резистором 4,1 и коэффициентом усиления аппроксимирующей ячейки 2. 1 по второму входу.С ростом входного тока все большее число аппроксимирующих ячеек и входных масштабных резисторов включается в цепь отрицательной об-. ратной связи. При работе на и) -м участке аппроксимации напряжение на выходе дифференциального операционного усилителя 1 определяется из выражения вию = вми)щ ) + (в 1-ех)")1" П - напряжение дрейфаЯнуля преобразователя, приведенное к входу усилителя 1, на е -м участке аппроксимации.Из выражения (1) видно, что преобразователь воспроизводит на выходе усилителя 1 монотонно убывающуюфункцию, скачкообразно изменяющуюся в узловых точках, задаваемых опорным напряжением и параметрами аппроксимирующих ячеек, исходя из тре буемого закона преобразования. Из выражения (1) также следует, что на точность преобразования по выходу усилителя 1 влияет напряжение дрейфа нуля, изменение которого для включенного участка аппроксима- ) ции носит случайный характер. 4 Аппроксимирующая ячейка (фиг.2) работает следующим образом. При изменении напряжения на втором входе аппроксимирующей ячейки,Б вык (1 о когда - с - , напряжение на выхо 9 д фПвык ПоВ случае, когдав ,напрявжение на выходе усилителя 7 становится отрицательным, при этом транзистор 17 закрывается, а диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 открываются. Отрицательная обратная связь усилителя 7 осуществляется через второй ограничительный диодный элемент 12, повторитель 16 и масштабный резистор 10, Аппроксимирующая ячейка подключает соответствующий входной масштабный резистор в цепь отрицательный обратной связи усилителя 1. Сигналы с дополнительных выходов (коллекторов транзисторов 17) поступают на входы блока 6 индикации для визуализации включенных участков аппроксимации.Узлы функционального преобразователя в режиме "Контроль" работают следующим образом.Входной ток в данном режиме на вход дифференциального операционного усилителя 1 не поступает. С выходов 1 и коммутатора 5 на выходы аппроксимирующих ячеек 2,12.п поступают сигналы, включающие соответствующие участки аппроксимации.При этом на выходе усилителя 1 устанавливается постоянное напряжение., соответствующее напряжению в точке изменения крутизны, которое-Оьи. кабай+ П, (2) Ку4 (п 1 и-11 экЬФ 4Кгб. вь дг Кг для щ -го участка аппроксимации определяется из выражения 1где К, - коэффициент усиления по2первому входу аппроксимирующей ячейки 2,Из выражения (2) видно, что напряжение 08имеет две составляющие, первая из которых соответствует напряжению в точке изменения крутизны в начале контролируемого участка и может быть определена для каждого участка аппроксимации расчетным или опытным путем вторая составляющая вносит погрешность за счет влияния напряжения дрейфа нуля, имеющего случайный характер.Напряжение с выхода усилителя 1 через дополнительный масштабный резистор 23 поступает на вход суммирующего усилителя 20 тока. Ток, протекающий через масштабный резистор 23 в режиме "Контроль", определяется следующим образом где К - величина сопротивления масштабного резистора 23.При этом сигналы с дополнительных выходов аппроксимирующих ячеек 2,12 и поступают на управляющие входы аналоговых ключей 25.125.и и первые входы элементов И 31,131. и группы 30. В зависимости ог того, какой контролируемый участок аппроксимации включен, на дополнительных выходах ячеек 2.12. и появляется различная комбинация сигналов, в соответствии с которой включаются те или иные аналоговые ключи 25, 125.и. При контроле первого участка аппроксимации ни на одном дополнительном выходе ячеек 2. 12. и сигнала включения ключей 25. 125. й нет. Поэтому все аналоговые ключи 25.125. И заперты, При контроле второго участка аппроксимации сигнал присутствует на добполнительном выходе ячейки 2,1.Включается аналоговый ключ 25. 1.При контроле третьего участка ап"проксимации сигналы с дополнительных выходов ячеек 2. 1 и 2.2 включают ключи 25, 1 и 25.2 и т.д.При контроле е -го участка аппроксимации эквивалентная проводимость кодоуправляемой резистивной 10 матрицы 24 равна 15 где К - величина сопротивлениягб,резистора 26,1,Ток, протекающий на вход суммирующего усилителя 20 тока через первую кодоуправляемую резистивную мат" 20 рицу 24 от отрицательной шины двуполярного источника, определяется из выражения Токдля каждого включенного участка аппроксимации выбирается таким, чтобы разность токов 1 гг оставалась положительной при любом значении возможных изменений напряжения дрейфа нуля Б пВ режиме Контроль вторая кодо- управляемая резистивная матрица 27 не влияет на работу преобразователя в целом, так как на вторые входы элементов И 31.131.и группы 30 в данном режиме с (и+1)-го выхода коммутатора 5 поступает сигнал, запрещающий прохождение сигналов с допол" нительных выходов ячеек 2.1.2.и на управляющие входы аналоговых ключей 28.128,и. Поэтому данные ключи закрыты.Синхронно с импульсами на выходах1 и коммутатора 5 на его (и +1)-м выходе появляется импульс установки нуля счетчика 29. Сигналом с (и+1)-го выхода коммутатора 5 блок 21 памяти 50 переводится в режим записи на всевремя режима "Контроль", При этом код с информационных выходов счетчика 22 поступает на запись в блок 21 памяти и далее - на вход преобразователя 34 код-ток.На адресные входы блока 21 памяти с дополнительных аппроксимирующих ячеек 2.12. и выходов посту 12674пает код контролируемого участка аппроксимации.Напряжение с выхода усилителя 20, пропорциональное нескомпенсированной доле напряжения с выхода усилителя 1 из-за неравенства нулю разности токов 1, -.4,поступает на первый вход компаратора 32, где сравнивается с нулевым потенциалом. В случае неравенства нулю выходного напряжения усилителя 20 компаратор 32 выдает сигнал, переводящий генератор 33 в режим генерации импульсов. Данные импульсы с выхода генератора 33 поступают на вход счетчи ка 22, установленный предварительно в нуль импульсом с (и +2)-го выхода коммутатора 5.В процессе счета импульсов с информационных выходов счетчика 22 на 20 входы преобразователя 34 код-ток через блок 21 памяти поступает код, который преобразуется в эквивалентный ток, поступающий на вход суммирующего усилителя 20 тока. Направле ние тока с выхода преобразователя 34 код-ток выбирается одинаковым с направлением тока первой кодоуправляемой резистивной матрицы 24. Поэтому данный ток компенсирует неском- ЗО пенсированную долю напряжения с выхода усилителя 1. При достижении напряжением с выхода усилителя 21 нулевого значения компаратор 32 напряжения изменяет уровень напряжения на выходе и прекращает генерацию импульсов генератора 33, Счетчик 22 прекращает счет,в памяти блока 21 и на входе преобразователя 34. код-ток присутствует код, соответствующий нулевому значению напряжения на. дополнительном выходе преобразователя.При переходе на контроль следующего участка аппроксимации в блоке 21 памяти остается записанным код, соответствующий полной компенсации напряжения в узловой точке предыдущего участка аппроксимации. Аналогично происходит компенсация напряжений с выхода усилителя 1 для всех оставшихся .участков аппроксимации. После окончания режима "Контроль" все напряжения в узловых.точках с учетом напряжений дрейфа нуля оказываются скомпенсированными до нуля токами с выходов первой кодоуправляемой резистивной матрицы 24 и преобразователя 34 код-ток,45 8а в блоке 21 памяти записаны коды, соответствующие данным состояниям.Из описания работы функционального преобразователя в режиме "Контроль" видно, что особых требований по точностик резистивной матрице 24 и преобразователю 34 код-ток не предъявляется. На точность компенсации указанных напряжений влияют чувствительность и стабильность порога срабатывания компаратора 32 напряжения, а также выбранная дискретность приращения выходного тока преобразователя 34 код-ток.Осуществление двухступенчатой автоматическом компенсации напряжения с выхода усилителя 1 при помощи матрицы 24 и преобразователя 34 позволяет ускорить данный процесс, так как большая часть напряжения компенсируется резистивной матрицей 24 сразу, Дальнейшая, более точная, компенсация осуществляется преоб" разователем 34 код-ток, которому в данном случае необходимо сделать меньше шагов для достижения полной компенсации. При этом требуется мень. шая разрядность счетчика 22 и блока 21 памяти, что упрощает устройство в целом. По окончании контроля всех участков аппроксимации коммутатор 5 переводит функциональный преобразователь в режим "Работа", при котором с выходов 1 и коммутатора 5 прекращается подача сигналов на выходы аппроксимирующих ячеек 2.12.11, а на (и+1)-м выходе возникает сигнал разрешающий прохождение сигнала с первых входов элементов И 31. 131, П группы 30 на управляющие входы аналоговых ключей 28.128.п и устанавливающий блок 35 памяти в режим считывания. В режиме считывания прекращается обращение памяти блока 21 к счетчику 22.В режиме "Работа" в зависимости от величины входного тока (фиг,3) включается соответствующий участок аппроксимации, информация о котором с дополнительных выходов аппроксимирующих ячеек 2.12. И поступает на управляющие входы аналоговых ключей 25.125.0 и 28.1281. На вторые входы элементов И 31.131.П в данном случае с (И+1)-го выхода коммутатора 5 поступает сигнал разрешения. Информация о включенном9 12 участке аппроксимации поступает также на блок 6 индикации и на адресные входы блока 21 памяти, извлекая иэ памяти значение кода, пропорционального напряжению компенсации, соответственно включенному участку аппроксимации.Для получения требуемого вида передаточной характеристики на вход суммирующего усилителя 20 тока с второй кодоуправляемой резистивной матрицы 27 подается ток, смещающий напряжение на выходе усилителя 20 до .расчетного значения, получаемого иэ выражения (2) при условии 0 = О, Так как резистивная матрица 27 не имеет элементов, которые могли бы внести дрейф нуля, то на выходе суммирующего усилителя 20 тока, являющегося дополнительным выходом функционального преобразователя, получают требуемую зависимость 0 вью.до = Г(3.в), на которой не сказывается напряжение дрейфа нуля входящих в преобразователь операционных усилителей.формула изобретенияфункциональный преобразователь по авт.св 9 1111181, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точнОсти, в него введены суммирующий усилитель тока, выход которого является дополнительным выходом преобразователя, дополнительный масштабный резистор, первая и вторая кодоуправляемые реэистивные матрицы, группа элементов И, компаратор напряжения, генератор импульсов, счетб 7445 10чик, блок памяти и преобразователькод-ток, выход которого подключен квходу суммирующего усилителя тока,подключенному через дополнительный 5масштабный резистор к выходу дифференциального операционного усилителя,первый и второй входы компараторанапряжения подключены соответственнок выходу суммирующего усилителя то ка и шине нулевого потенциала, а выход поцключен к входу запуска генератора импульсов, соединенного выходом с счетным входом счетчика, выходы которого подключены к информа ционным входам блока памяти, соединенного выходами с входами преобразователя код-ток, дополнительныевыходы и -аппроксимирующих ячеекподключены к адресным входам блокапамяти, соответствующим управляющимвходам первой кодоуправляемой резистивной матрицы и первым входам соответствующих элементов И группы,соединенным выходами с соответствую щими управляющими входами второйкодоуправлнемой резистивной матрицы,входы первой и второй кодоуправляемых резистивных матриц подключенысоответственно к отрицательной и положительной шинам источника двуполярного напряжения, а выходы кодоуправляемых резистивных матриц подключены к входу суммирующего усилителя тока, (и+1)-й выход коммутатора подключен к входу разрешения записи блока памяти и к вторым входамэлементов И группы, (й +2)-й выходкоммутатора подключен к входу сбросасчетчика.61267445 Рык 0 ц РФЬ)7 Я Составитель Н, ЗайцТехред И.Попович ректор С, Шекмар едактор И. Кас Тираж 671Государственного ко елам изобретений и о осква, Ж, Раушскае аз 5779/49 одписно тета СС ВНИИПИ по 113035, рытиинаб., д. 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4