Квадратор

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может использоваться в автоматизированных системах измерения контроля и управления . Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Квадратор содержит выходной сумматор 5, источник 1 опорных напряжений и п аппроксимирующих ячеек 2, -2,), включающих ключ 7, компаратор 8 и сумматор 6, а также резистивную матрицу 4 и резистивную управляющ то матрицу 3. В результате схема может быть унифицирована , каждый каскад выполнен на однотипных элементах, используемые резисторы матриц не требуют предварительного расчета, а схема настройки . Повышена точность за счет исключения аппаратурной погрешности. 1 ил. € дход ел со со О5 о 4 00 выход

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 06 G 7/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3974838/24 — 24 (22) 05.11.85 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (7 1) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизическога института AH УССР (72) В.М. Люлько (53) 681. 3 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 813462, кл. С 06 С 7/20, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 913401, кл. G 06 С 7/20, 1980. (54) КВАДРАТОР (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может использоваться в автоматизированных

„„SU„„1336048 A 1 системах измерения контроля и управления. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия. Квадратор содержит выходной сумматор 5, источник 1 опорных напряжений и и аппроксимирующих ячеек 2, -2„, включающих ключ 7, компаратор 8 и сумматор 6, а также резистивную матрицу 4 и резистивную управляющую матрицу 3. В результате схема может быть унифицирована, каждый каскад выполнен на однотипных элементах, используемые резисторы матриц не требуют предва— рительного расчета, а схема настройки. Повышена точность за счет исключения аппаратурной погрешности. 1 ил.

1336048

15

К2 1

КЗ 2

20 (3) 1 1 "2 4

50 (2) 55

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике иможет быть использовано в автоматизированных системах измерения, контроля и управления °

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже приведена функциональная схема квадратора °

Квадратор содержит источник 1 опорных напряжений, и аппроксимирующих ячеек 2, .. .,2„, резистивную управляющую матрицу 3, резистивную матрицу 4, выходной сумматор 5, каждая из и аппроксимирующих ячеек содержит сумматор 6, ключ 7, компаратор 8.

Источник 1 опорных напряжений предназначен для создания опорных

1 напряжений а„= а, (-), где 1 — номер узла от 1 до и которые подаются на входы опорного напряжения соответствующих аппроксимирующих ячеек.

Резистивная матрица 4 предназна- 25 чена для того, чтобы напряжения, поступающие с выходов аппроксимирующих ячеек 2,,...,2„ передать на выходной сумматор 5 в виде суммы, в которую они входят с различными коэффициентами, Напряжение на выходе резистивной матрицы 4 будет иметь вид где а,,...,а„ вЂ” напряжения на выходах аппроксимирующих ячеек 2, -2„, равные напряжениям на инвертирующем входе 40 соответствующего компаратора 8 и ключа 7.

Резистивная управляемая матрица служит для того, чтобы напряжения с выходов сумматоров 6, -6„ передать на 45 выходной сумматор 10 в виде суммы, в которую они входят с различными коэффициентами.

U = К L — Ъ, m, +(-) Ь.,m +...+

1 1 2

+(2) b;m; (-) Ь."+

1 1 где Ь,,...,Ь вЂ” напряжения на выходах сумматоров 2, -2„; ш,,тп,...,ш„- модуль, указывающий на факт срабатывания соответствующего компаратора

8, — 8„, m; = 1, если компаратор 8; сработал, т.е. напряжения на входе компаратора 8, выше а„ и тп;= 0 в противоположном случае.

Все сумматоры работают с единич— ным коэффициентом передачи, Компараторы 8, -8 предназначены для сравнения входного напряжения каждого каскада с напряжением, поступающим с со— ответствующего выхода источника 1 опорных напряжений, Коэффициенты передачи К2 и КЗ определены способом включения резистивной управляемой матрицы 3 и резистивной матрицы 4 ° Их отношение должно быть равно

Квадратор работает следующим образом.

Входное напряжение квадратора поступает на вход сумматора 2, .икомпаратора 8, . Если входное напряжение превышает опорное напряжение компаратора 8,, то он срабатывает и его выходное напряжение поступает на управляющий вход ключа 7, и управляющий вход 3, резистивной управляемой матрицы 3, С выхода ключа 7, напряжение поступает на инвертирующий вход сумматора 6, и на соответствующий этому первому каскаду информационный вход

4, резистивной матрицы 4. Выходное напряжение компаратора 8, поступает на управляющий вход 3, резистивной управляемой матрицы 3, на соответствующий информационный вход 3 которой поступает напряжение с выхода сумматора 6 . Последующие аппроксимирующие ячейки работают аналогично.

Напряжение на выходе выходного сумматора 5 с учетом выражений (1), (2) и (3) может быть представлено в виде 1 1

U = К (— à m +(-) а m +..+

2 2 2 е г

+ (— ) а, mÄ+...+(-) а„ш„ +

1, 1 „

+ К (— Ь, m, +(-) Ь,m,+...+

1 1

1 1 1fL 1114

+(-) b„m. +...+(-) b„m„+(-) Ь,). (4) 1336048

10!

5,1, 11 (1-)Е

Ц=К вЂ” a m + — —. à m +...+(-) à m +

L2L 2 2 2

1 г(11-1) 20

+(-) à, m„+2(U „— а,m, ) m, +

1 1 1-1

+2-(Usx -à,m, -а,тп>)mz+2(2) (Usx

11-1

+ +

K 2а

-(-) 2

1 е

-(-) 2

30 гUsx 1 к 1

35 член ) — — —...— (— ) — (-) ) и преобра а(2 2 зуем его следующим образом:

+2(-) (b„, -a„)) .

Объединим попарно члены выражения следующим образом:

У=К„-((а, m, +2 (U „-a, m, >m, )+ (-.— a, m, +

1 1 1

1 (-)е

+2-(Ь,-а mz )m )+ ((-,) а,m,+

+2(-) (Ь,, -a;m, )m,. j+...

z(e-1) 1 1(-(i ((-) а, тп„+2(-) (Ь„,—

-a„m„)m„j+2 (- ) (Ь „, -а„тп11) )

Вынесем как постоянный коэффициент а, Кг.

1

1 в

+2(-)

2 и далее

U=K -à т (тп +2(--- — m )m I+ - -m +

1 () вх .1 1 55 а, " (22

1 Пвх 1 г 1, (i )2

+2-(— -" — m — —, m )m )+ ° ° ° + (() m +

2 а 2 2 и т,д.

Выражение (4) можно преобразовать

= К вЂ” (à,m, +(— ) а,тп, +...+

1 (1

+(— ) а,m;+. ° .+(-) а„тп„+ 2 b„m, +

1 i-t 1 tl-1

2 2

1 1, (+ 2(-) b,mz+...+2(-) b;m,+

+...+2(2) b„m„+ 2(2) b j .

1 1-1

Подставим а. = а (— ) значение на

1 1 2 выходах источника 1 опорных напряжений

-а, m, —... — а.„тп, —... -a„m„) m„+2 (-,; ) (Usx—

2 — а, m, —... — à,- m,. —... -а„тп „);

1 1 1 ((-1)2

U=K,2 ((a1 m,+ 2 2 a, m + +(2) z(-) ха, m;+... +(-) à, m„+2 (U11x -а, m, )ш, +

1 1 1 1

+2- (Ъ, -а,mz )ш, +... +2 (2 ) (b,, 1 1(-1

-а,m, )m,+...+2(-) (Ь„, -a„m„)m„+

1 1 (-1 Usx 1

+2(-) m +2(-) (— — -m — -m —...

2 2 . а, 2 (1)« ) ) ((1) ()

1 11-1 U sx 1 1

+2(-) (- — -m — — m — -(-) m—

2 а(2 2 (° ° °

1 Ь ...— (-) т„))+...+2(-) (—:- а, -(1)11- ))

Опуская члены, у которых модуль равен нулю (m, = 0), запишем выражение для двух последних объединенных членов

1 ) >z 1 х Пвх к

К -а (((-) +2(-) (— — —...— (-) )) + 2 2 2 а, 2

1 ее 1 1

+(... (— ) +2(-). (— — ...— (-)2 2 а1 2

1 1 U11x 1 к — (-) )+ ° ..+2(-) (» ...-(-)

2 2 а, 2 е

2 где k и 1 — натуральные числа на единицу меньше номера членов, при которых тп1 = 1

1...+ ((-) -2(-) (j+((-) +2(-) — — ...— (-)

1ег 1Бх 1

2 2 а, 1 U» 1к 1

I ....2() (() а1

К полученному выражению прибавляем

)-...+t(2) +2(2) (1г1xz1хU» а

1 " 1 е

-(-) ))+((-) +(— — -(-)—

2 а, 2

-(-) ) +2(-) (— — —...-(-) -(-.) j

1Е 111 13 1к 1

2 2 а, 2 2...+ ((-) +2(-) (— — —...

1 кг 1 к Usx а1

) )+ (— — — .-(-) j + к Usx 1 а1 (Usx 1 (1 — — —... — (-) -(-) ) ) а, 2 2

1 г 1 x Ux,x t (() + вх () )2+

+2(-) ) — — —...-(— ) — (-) т

2 а„ 2 2

1336048

Таким образом, выражение, стоящее в первых скобках, преобразуется до

Usx 2 величины (---) . Это обозначает что а, 1

1 гU x 1 член а именно 2(-) (--в-" —...-(-)

Э

-(-) ) равно входному напряжению в

2 квадрате, умноженному на постоянный коэффициент без величины, равной (— — -(-) — (-) )

1» 1е а1

1 гUsx

Уравнения 2(-) (— — —...— (-)

2 а, 2

1 е Usx 1» 1 () ), (вх () () )2

2 а, 2 2 имеют два общих решения:

Uw 1в 1Е при — — =... (-) +(— ) и а„ 2 2

Ugx 1 х 1 к 1 при — — = 2(-) +...+(-) +(-)

2 2 2

Общие корни отличаются на удвоенную величину опорного напряжения младшего разряда преобразования, приведенного к напряжению источника опорного напряжения.

1» 1 е —. ° ° -(-) -(-) )2 2 вх 1» (вх () а„ 2

1 "гUsx

ТаК как 2(- )

2 а, уравнение прямой, а

1 — (-) ) — уравнение параболы, то можно сделать вывод, что первое выражение на замкнутом интервале аргумента (...(-) +(- );2(-) +...+(-) +

1 е, +(-) ) является уравнением отрезка

Э

Пвх аппроксимирующего кривую ( а„

1» 1е1, 2 2 ...-(-) -(-) ) на том же интервале, Выражение (4) — уравнение ломаной, аппроксимирующей квадратическую зависимость с числом участков аппроксимации 2п.

Таким образом, вычисление квадрата числа, соответствующего входному напряжению, производится по схеме: напряжение на выходе выходного сумматора 5, если не учитывать последний с =a, + 2a„b, +а, + 2а2Ъ2+...+

+ à + 2a»+ rc где rc — функция, заменяющая с определенной погрешностью Ь при с = а,+а+ а+...+a+b; b = с — а,— — а — ..-а.

2 е

Таким образом, на выходе сумматора 10,являющемся выходом квадратора, появляется напряжение, равное квадрату входного напряжения в масштабе, соответсTBующем общему коэффициенту передачи устройства.

Предложенный квадратор работает при входных напряжениях от 9 до напря20 жения, равного двойному напряжению источника опорного напряжения 5.

Формул а и з о б р е т е н и я

Квадратор, содержащий резистивную матрицу, и последовательно соединенных аппроксимирующих ячеек, подключенных входами задания опорных напряжений к соответствующим выходам источника опорных напряжений, информационный вход первой аппроксимирующей ячейки соединен с входом квадратора, а выходы и аппроксимирующих ячеек подключены к соответствующим входам резистивной управляемой матрицы, под35 ключенной выходом к первому входу выходного сумматора, выход которого является вьгходом квадратора, причем каждая из п аппроксимирующих ячеек содержит сумматор, подключенный пер40 вым и вторым входами соответственно к первому входу компаратора, соединенного выходом с управляющим входом ключа, и к выходу ключа, первый вход сумматора, информационный вход ключа

45 и выход сумматора соединены соответственно с информационным входом, входом задания опорных напряжений и выходом аппроксимирующей ячейки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с це50 лью повышения точности, выходы ключей и аппроксимирующих ячеек подключень1 к соответствующим информационным входам резистивной матрицы, соединенной выходом с вторым входом выходного

55 сумматора, выходы компараторов каждой из и аппроксимирующих ячеек подключены к соответствующим управляющим вхо1336048 дам управляемой резистивной матрицы, причем ее (n+1)-é информационный вход подключен к выходу п-й аппроксимирующей ячейки.

Составитель Н. Зайцев

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор С. Патрушева

Заказ 3805/46

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул, Проектная, 4