Устройство для воспроизведения функции равенства

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для фиксации равенства двух аналоговых сигналов х₁ и х₂ с выделением сигнала х₁ = х₂ = х на выходе устройства. Сущность изобретения: устройство содержит дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, формирователь модуля, вход которого присоединен к выходу дифференциального усилителя, первый и второй амплитудные селекторы, воспроизводящие соответственно функции max , первые входы первого и второго амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля, выходы первого и второго амплитудных селекторов соединены и образуют выход устройства. 3 ил.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для фиксации равенства двух аналоговых сигналов x₁ и x₂ с выделением сигнала x₁ x₂ x на выходе устройства.

Известны устройства для воспроизведения функции равенства двух сигналов (Некоторые вопросы нейронной логики. Вопросы бионики. М. Наука, 1967, с. 170, рис. 7в).

Недостатком известных устройств является ограниченные функциональные возможности, так как функция равенства egv(x₁, x₂) воспроизводится только для положительных сигналов x₁ > 0, x₂ > 0.

Наиболее близким к предлагаемому схемному решению является устройство, построенное на трех нейронах с возбуждающим и тормозящим входами (Н.В. Позин. Моделирование нейронных структур. М. Наука, 1970, с. 85, рис. 33).

Прототип обладает тем же недостатком, т.е. искомая функция воспроизводится только для положительных сигналов x₁ > 0, x₂ > 0.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения функции равенства как для положительных (x₁ > 0, x₂ > 0), так и отрицательных (x₁ < 0, x₂ < 0) сигналов x₁, x₂.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее дифференциальный усилитель и формирователь модуля, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, введены первый амплитудный селектор, воспроизводящий функцию и второй амплитудный селектор, воспроизводящий функцию , первые входы первого и второго амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля, выходы первого и второго амплитудных селекторов объединены и образуют выход устройства.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства, где 1 - дифференциальный усилитель, 2 формирователь модуля, 3 и 4 соответственно первый (максимизирующий) и второй (минимизирующий) амплитудные селекторы.

Выход дифференциального усилителя 1 присоединен к входу формирователя модуля 2. Первые входы первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов присоединены к инвертирующему входу дифференциального усилителя 1, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля 2.

На инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 1 с большим коэффициентом усиления подаются соответственно аналоговые сигналы (напряжения) x₁ и x₂ одинаковой полярности.

Напряжение на выходе формирователя модуля 2 определяется выражением , где k R₂/R₁ коэффициент усиления дифференциального усилителя 1, R₁ и R₂ соответственно сопротивления резисторов R1 и R2.

Выходные напряжения первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов определяются соответственно выражениями z₁₁ max (0, x₁ y), z₂₂ min (0, x₁ + y), где напряжение на выходе формирователя модуля 2.

Выходное напряжение устройство определяется суммой z z₁₁ + z₂₂ выходных напряжений первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов, т.е.

При x₁ > 0 выходное напряжение z₂₂ второго амплитудного селектора 4 всегда равно нулю, а выходное напряжение z₁₁ первого амплитудного селектора 3 при коэффициенте усиления k _→ ∞ определяется выражением Этим же выражением определяется выходное напряжение z₂₂ второго амплитудного селектора 4, когда x₁ < 0 (при x₁ < 0 выходное напряжение z₁₁ первого амплитудного селектора 3 всегда равно нулю). При этом, если входные напряжения x₁, x₂ ∈ {0,1} являются двузначными переменными, то устройство воспроизводит булеву функцию И.

Если напряжение x₁ не изменяет своей полярности, то при x₁ > 0 (фиг. 1) второй амплитудный селектор 4 может быть удален, соответственно при x₁ < 0 может быть удален первый амплитудный селектор 3.

Методическая погрешность воспроизведения функции равенства определяется выражением γ≅100/2k (%) и может быть сведена к заданной малой величине путем выбора соответствующего значения коэффициента усиления k R₂/R₁ дифференциального усилителя 1. Например, при k 100 погрешность g ≅ ±1% , при k 1000 погрешность γ≅±0,1 На фиг. 2а изображена одна из возможных схем, являющаяся базовой для построения первого 3 и второго 4 амплитудных селекторов. На фиг. 2б представлено ее условное изображение.

Выходные напряжения по первому (максимизирующему) U₁ и второму (минимизирующему) U₂ выходам амплитудного селектора (фиг. 2) определяются соответственно выражениями
При 0 (при заземлении второго входа в амплитудном селекторе по фиг. 2) амплитудный селектор (фиг. 2) по максимизирующему (первому) выходу воспроизводит функцию первого амплитудности селектора 3 в схеме по фиг. 1. При 0 (при заземлении третьего входа в амплитудном селекторе по фиг. 2) амплитудный селектор (фиг. 2) по минимизирующему (второму) выходу воспроизводит функцию второго амплитудного селектора в схеме по фиг. 1.

На фиг. 3 изображена схема, воспроизводящая функцию равенства нескольких аналоговых сигналов одинаковой полярности

Схема, изображенная на фиг. 3 построена на n 1 устройствах по фиг. 1 (для фиг. 3 n 4).

Класс воспроизводимых функций может быть расширен при использовании дополнительных выходов z₁, z₂ и z₃ (на фиг. 1 изображены пунктирными линиями).

При x₁ > 0, x₂ > 0 выходные напряжения по основному z, первому z₁ и второму z₂ дополнительным выходам определяются соответственно выражениями

При x₁ < 0, x₂ < 0

По третьему дополнительному выходу z₃ устройство является усилителем модуля разности двух сигналов, т.е.

Таким образом, в отличии от прототипа предложенное схемное решение воспроизводит функцию равенства при любой согласованной полярности входных сигналов при одинаковой с прототипом методической погрешности. При этом предложенное устройство воспроизводит не одну функцию, как в прототипе, а семейство функций, что также расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения

Устройство для воспроизведения функции равенства, содержащее дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, инвертирующий и неинвертирующий входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, и формирователь модуля, вход которого присоединен к выходу дифференциального усилителя, отличающееся тем, что в устройство введены первый амплитудный селектор, воспроизводящий функцию бесконечнозначной логики

и второй амплитудный селектор, воспроизводящий функцию бесконечнозначной логики

где К коэффициент усиления дифференциального усилителя,
X₁, X₂ сигналы на входах устройства,
первые входы первого и второго амплитудных селекторов присоединены к первому входу устройства, а их вторые входы присоединены к выходу формирователя модуля, выходы первого и второго амплитудных селекторов соединены и образуют выход устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3