Аналого-цифровой квадратичный преобразователь

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3768706/24-24 (22) 11.07.84 (46) 15.02.86. Бюл. Р 6 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.И. Русланов, А.И. Сааков и А.В. Симаков (53) 681.335(088.8) (56) Малов А.А., Сахаров О.Н. Синтез диодных функциональных преобразователей. M. Энергия, 1976, с. 7679, рис. 3.1.

Коган Б.Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. М.: Физматгиэ, 1959, с. 235, рис. 117. (54)(57) АНАПОГО-ЦИФРОВОЙ КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий генератор импульсов; первый и второй масштабные сумматоры, реверсивный счетчик, трехпозиционный релейный элемент, информационный вход которого подключен к генератору импульсов, а два выхода и управляющий вход подключены соответственно к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика и к выходу первого масштабного сумматора, первый вход которого является входом преобразователя, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, цифровые входы которых подключены к выходу реверсивного счетчика, а выходы — соответственно к второму входу первого масштабного сумматора и к первому входу второго масштабного сумматора, выход которого является выходом преобразователя, и источник опорного напряжения, подключенный к аналоговому входу первого цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения O быстродействия sa счет уменьшения числа разрядов реверсивного счетчика при сохранении заданной точнос; ти преобразования, в него введен дифференциальный усилитель, выход которого подключен к аналоговому входу второго цифроаналогового преобразователя, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к входу преобразователя, а инвертирующий вход соединен с выходом первого масштабного сумматора и вторым входом второго масштабного сумматора.

1211766

45

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных функциональных устройствах и блоках систем автоматики, вычислительных и модулирую- 5 щих систем.

Целью изобретения является повышение быстродействия квадратичного функционального преобразователя за счет уменьшения числа разрядов реверсивного счетчика при сохранении заданной точности преобразования.

На фиг. l приведена функциональная схема аналого-цифрового квадратичного функционального преобразователя; на фиг. 2 — линейно-ломаная одного участка аппроксимации; на фиг. 3 — эпюры напряжений в различньгх точках схемы, иллюстрирующие работу квадратичного преобразователя.

Аналого-цифровой квадратичный функциональный преобразователь (фиг. 1) содержит генератор импульсов 1, первый и второй масштабные сумматоры 2 и 3, реверсивный счетчик 4, трехпозиционный релейный элемент 5, первый и второй цифроаналоговые преобразователи 6 и 7, источник опорного напряжения 8, дифференциальный усилитель 9.

Сущность работы данного преобразователя (фиг. !) состоит в следующем.

Согласно принципу действия предлагаемого преобразователя диапазон ьзменения входной переменной разбивается на определенное число интервалов аппроксимации, определяемое потребной точностью преобразования.

На каждом из интервалов аппрок- 4р симации, кроме первого, выходной сигнал образуется суммированием основного сигнала преобразования и двух линейных добавок. Одна из них является постоянной на в ех интервалах и равна значению функции на первом интервале когда коэффициент передачи цифроаналоговых преобразователей равен нулю.

Основная составляющая выходного сигнала преобразователя формируется из входного-напряжения U„, прошедшего через цифроаналоговый преобразователь 7, коэффициент передачи которого не превышает единицы. Сигнал на выходе квадратичного преобразователя (усилитель 3) соответствует

2 выражению Б =0,10„.

Пере к лю чек не. ин те рв алов аппроксимации происходит по мере изменения входной переменной автоматически за счет изменения коэффициентов передачи цифроаналоговых преобразователей 6 и 7, осуществляемого с помощью реверсивного счетчика 4, Изменение записанного в реверсивном счетчике 4 числа на единицу младшего разряда изменяет рабочий интервал аппроксимации преобразователя на соседний.

При коммутации цифроаналоговых преобразователей 6 и 7 посредством реверсивного счетчика 4 число интервалов аппроксимации численно равFl но 2, где n — число разрядов счетчика 4.

Методическая погрешность при кусочно-линейной аппроксимации, принцип которой лежит в основе функционирования предлагаемого квадратичного преобразователя, может быть оценена в соответствии с известным выражением для остаточного члена интерполяционной формулы Ньютона

) II Я

Ec — f (x) h

8 макс где f (х) — преобразуемая функция;

h =х -х

i (1 } 1 °

Для квадратичной параболы вида

y=0,lx при -10 õ +10 и при 16 интервалах аппроксимации (интервалах разбиения) максимальная погрешность, вычисленная по приведенной формуле, не превышает 0,1Х. Таким образом, для обеспечения погрешности не хуже 0,1Х необходимо, чтобы п4.

Как видно из фиг. 2, при изменении входного сигнала в пределах одного интервала аппроксимации U . c

i U i U < 1 изменение выходного на (iraq) пряжения осуществляется по линейному закону (прямая 4Ь) . Коэффициент на-клона прямой АВ к оси абсцисс ранен

K; (U„<. „> -Ug. ) / (U„<,, ) -U„° ), где U, — значение выходного напряже5 ния в i-ой точке;

0 . — промежуточное значение выЧ t.è) ходного напряжения;

U>.,tl„», — значения выходного сигнала соответственно в i-oN u (i+1)-ой точках.

Численно коэффициент К равен ко4 эффициенту передачи цифроаналоговых преобразователей 6 и 7 на данном интервале аппроксимации.

1211766 4

При достижении входным сигналом значения U =U . происходит скачХ х<;„1 кообразное изменение выходного сигнала на величину отрезка ВС. На границах соседних интервалов линейные добавки равны нулю,. в то время как функция на выходе преобразователя совпадает с ее истинным значением.

Из принципа работы преобразователя следует, что коэффициент передачи цифроаналоговых преобразователей 6 и 7 на i-ом участке аппроксимации

:(фиг. 2) равен К =(i-1)/ 2, где номер участка, численно равный записанному в счетчике 4 числу. Значе- ние функции на границе перехода с

i-го íà (i+1)-й участок может быть определено как U„, =K U х ° или

Ji (((>) "(11 (с учетом значения К )U, =U, - i/2

2 у1 Х(Так как значение выходной функции в конце i-ro интервала равно (фиг. 2) у „, =K" П„, = ((1-1) 2 ")UÄ. величина скачка выходной Функции при переходе с одного участка аппроксимации на другой может быть определена как (50(, =U . -U .=U . /2 у; х;

Две лийейные добавки hU и Ь UI„ (фиг . 3), компенсирующие разность между основной составляющей и истинным значением функции, формируются из напряжения на выходе сумматора 2.

При изменении выходного сигнала в пределах одного интервала аппроксимации линейно нарастающее напряжение на выходе сумматора 2 изменяется от нуля до принятого для трехпозиционного релейного элемента 5 значения опорного напряжения U (фиг.3)

I о

При Uz „ =U„ „ коэффициент передачи сумматора 2 по входу, подключенному к источнику входного сигнала U, должен быть равен К =2

f

Значение опорного напряжения, поступающего на вход цифроаналогового преобразователя б с источника 8 опорного напряжения, может быть не равно максимальному порогу срабатывания трехпозиционного элемента 5, задаваемому опорным напряжением.0 (Значение компенсирующего опорного . напряжения при его выборе может варьироваться в широких пределах. При этом необходимая компенсация тока от источника входного напряжения на входе первого сумматора 2 может быть остигнута за счет выбора соответствующего коэффициента передачи по второму входу сумматора 2, подключен10

15 ному к выходу цифроаналогового преобразователя 6

По достижении равенства выходного напряжения сумматора 2 и опорного ( напряжения Б в случае, когда входное напряжение У„ возрастает, трехпозиционный релейный элемент 5 сформирует сигнал, в соответствии с которым число, записанное в реверсивном счетчике 4, увеличивается на единицу младшего разряда.

При достижении входным сигналом в процессе его уменьшения левой границы каждого из интервалов аппроксимации напряжение на выходе суммато" ра 2 становится равным нулю. В этот момент трехпозиционный релейный элемент 5 сформирует сигнал вычитания единицы младшего разряда из числа, записанного в реверсивном счетчи20 ке 4.

Изменение кода в реверсивном счетчике 4 вызывает изменение напряжений на выходах цифроаналоговых преобразователей 6 и 7, так как эти ,напряжения определяются произведениями подаваемых на них аналоговых и цифровых сигналов.

Изменение кодов на цифровых входах цифроаналогового преобразователя 6 вызывает изменение его выходного напряжения, а также выходного напряжения сумматора 2, которое после добавления или вычитания единицы в счетчике 4 становится равным нулю

35 в случае увеличения выходного сигнала или максимальному (опорному) напряжению когда входной сигнал уменьшается.

Сигнал с выхода сумматора 2 поступает на один из входов сумматора

3, на выходе которого из этого напряжения формируется первая состав( ляющая линейной добавки gU . Коэффиу циент передачи сумматора 3 по этому

45 входу равен К =1/(2 ) и 2

Дифференциальный усилитель 9 осуществляет суммирование входного сигнала и второй составляющей линейной добавки. На один вход усилителя

50 (на фиг. 1 неинвертирующий) без изменения поступает входной сигнал, по другому входу усилителя 9 сигнал

6UÄ суммируется с коэффициентом К =

2л

Сигнал с выхода дифференциального усилителя 9 1фиг. 3) поступает на вход цифроаналогового преобразователя 7, а с выхода последнего посl2 тупает далее на второй вход суммирующего усилителя 3. Коэффициент передачи сумматора 3 по этому входу равен единице, Сигналы на обоих входах второго сумматора 3 должны быть одной полярности, На выходе сумматора 3 при этом формируется г сигнал U 0,1 U являющийся выходным сигналом квадратичного функционального преобразователя. Предлагаемый функциональный преобразователь ,(фиг. 1) обеспечивает возведение в квадрат аргумента, заданного в виде апрйжения положительной полярности. я преобразования сигналов, заданных биполярным напряжением, на входе преобразователя следует установить блок выделения модуля сигнала.

Поскольку U > О, компенсирующее ех напряжение, поступающее с выхода первого цифроаналогового преобразователя 6, должно быть отрицательной полярности. Так как цифроаналоговый преобразователь обычно работает совместно с согласующим операционным усилителем, инвертирующий входной сигнал, полярность опорного напряжения, подаваемого на вход цифроаналогового преобразователя, должна быть положительной.

Конфигурация функциональной схемы квадратичного преобразователя, приг

11766 6 веденной на фиг. I, с точки зрения согласования полярностей сигналов в схеме учитывает работу цифроаналоговых преобразователей совместно с согласующими операционными усилителями.

Установка преобразователя в состояние, адекватное сигналу на его входе, сразу после включения или после возможных в процессе работы обоев происходит автоматически.

Трехпозиционный релейный элемент может быть выполнен, в частности, с использованием двух пороговых устройств, например в виде компараторов

К521СА2 с соответствующим образом выбранными порогами срабатывания и элементов И-НЕ. Объединенные входы компараторов образуют вход трех1 позиционного релейного элемента . Выходы компараторов раздельно подключены к одному из двух входов каждого из двух элементов И-НЕ, используемых в качестве ключей. Объединенные свободные входы этих элементов И-НЕ подключены к выходу генератора импуль" сов. Инвертирование сигналов с вьп о30 дов ключевых элементов осуществляется дополнительными элементами И-НЕ с попарно объединенными входами.

1211766

Фиа.2

» @ а и®

Заказ 643/55 Тираж 673

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Фирсов

Редактор Т. Парфенова Техред О.Ващишина Корректор С. 01екмар