Устройство для возведения в куб

 

Своз Советсимк

Социал»стичесеи республмк

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРО(ОМУ СВИДЮТВВЬСИУ (63) Доаолиительиое к авт. сеид-ву (22) Заявлено 15.03.76(2е) 2335363/24 с врисоединеиием заявыи Рй (И) Приоритет (43) Опубликовано 05.04.78,рвллетеиь ¹ 13 (46) Дата опубликования описания 11.03.78 (ф3) 601704 (1

-> 2

Я (5!) М. Кл. (06 Ci 7/20

Иеудаустеенеый кееапет

Вееата Мкккетреа СОИ ае Аеюам кзебретеай я еткритек (5З) ЧД 681Л35 (088.8) A. М. Косолапов и В. С. Баскаков (72} Авторы изобретеиия

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (Tl) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В КУБИзобретение относится к измерительно и вычислительноФ технике.

Известны устройстЬа для возведения в степень, использующие естественную нелинейность элементов и принцип кусочноо линейной аппроксимации (1), Однако известные сложные и точные преобразователи не могут обеспечить достаточно широкой полосы пропускания, в силу чего значительно сужается класс преобразу- р емых сигналов. С другой стороны, простые и относительно более широкополосные устройства (например использующие естествен»ую нелинейность элементов) не обладают достаточной точностью преобразовании и в том же динамическом диапазоне.

Из известных преобразователей наиболее близким является устройство для возведения в куб, содержащее узкоднапазонный кубатор, подключенный к выходу первого йе сумматора, один axog которого соединен с источником входного сигнала, а другие с выходами пороговых элементов первой группы, входами подсоединенных к источнику вхсрного сигнала, выход первого сумматора 25 подключен к одному нз входов второго сумматора и ко входам пороговых элементов второй группы, первые выходы которых подключены к другим входам второго сумматорв f2j.

Однако названное устройство характернзуется низкой точностью преобразования и узким динамическим диапазоном входного с»гнала

Целью предлагаемого изобретения является увеличение точности н расширение динамического диапазона.

Это пост»гается тем, что в устройство введены ключи, сумматоры и узХоднапазонный квадратор, подключенный к выходу второго сумматора, соединенного через первую группу ключей, управлаюшие входы которых подключены к выходам пороговых элементов второй группы, с первыми входами третьего сумматора, другие входы которого связаны с выходом узкодиапаэонного квадратора н третьими выходамн пороговых элементов второй группы, выход узкодиапазонного кубатора соединен с первым входом четвертого сумматора, другие входы ко 6О1704

13 3 1 Х

И ВХ П1 П1

roporo соединены со вторыми выходами нороговых элементов первой группы и через вторую группу ключей, связанных управляющими входами с третьими выходами пороговых элементов первой группы, подклю- 5 чены к выходам первого и третьего сумматоров, На чертеже приведена функциональная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из пороговых эле- !О ментов первой группы 1, 2, 3, ко входам которых подключен источник входного сигнала 4. Пороговые элементы связань» между собой„Выход каждого порогового элемента

1, 2, 3 связан с управляющими входами 15 двух ключей данного канала 5, 6, 7 и 8, 9, 10, с входами первого и четвертого

1 сумматоров 11 и 12 соответственно. Выxog сумматора 11, связанного с входом устройства, соединен с входом второго сум-,2О . матора 13, с входами ключей 5, 6, "7, с входами пороговых элементов 2-ой группы

14, 15, 16, связанных между собой, а также с входом узкодиапазонного кубатора

1 7, возводящего в куб входную величину.

В качестве него может быть выбран любой известный "кубатор", в том числе и на естественной нелинейности. Выход каждого порогового элемента второй группы связан с управляющим входом ключа 18, ЗО

l9» 20 соответствующего канала, с входом

I сумматора 13, с входом третьего сумматора 21. Выход сумматора 13 соединен с ключами 18, 19, 20, с входом уэкодиапаэонного квадратора 22, в качестве которо-З5 го может быть выбран любой из известных.

Выход квадратора 22 соединен с входом сумматора 21, Выход сумматора 21 соединен с входами ключей 8 9, 10, выходы асоторь»х соединены с входами сумматора 12.»О

Входь1 сумматора 12 соединены также с выходом узкодиапазонного "кубатора" 17 и с выходами ключей 5, 6, 7, Выход сумматора 12 является выходом устройства (вывод — 23 ), 45. е

Входное напряжение поступает на пороговые элементы первой группы 1, 2, 3.

При этом выходной сигнал появляется лишь на одном из них (3 -OM), порог срабатыва-Q ния которого наиболее близок к уровню входного напряжения, Сигнал со сработавшего порогового элемента блокирует остальные пороговые элем енты, уровень срабатывания которых ниже уровня входного 55 напряжения, Пороговые элементы формируют сигналы (0 t»1 }, которые. поступают на сумматоры 11 и 12, где вычитаются (алгебраически складь»вак»тся) из входного напряжения, а так же открывают два клкча 6О соответствующего 1 -ого к нала (клчи 5 — 7 и 8 — 10}. На выходе сумматора

11 будет действовать напряжение, определяемое равенством

Ц P q1 = К,1 (»-» В„- »» „„. )

Это напряжение подается на входы пороговых элементов второй группы 14, 15, 16, При этом вь»ходной сигнал появляется лишь на одном из них ($ -ом), порог срабатывания которого наиболее близок к уровню напряжения U< . Сигнал со сработавшего порогового элемента блокирует остальные пороговые элементы второй группы, уровень срабатывания которых ниже уровня напряжения 0».. Пороговые элементы 14, 15, 16 формируют сигналы (О ° ), Г} которые поступают на сумматоры 13 и 21, где алгебраически складываются с другими напряжениями, поданными на эти сумматоры, а так же открывают соответствующие кл»вчи " " (ключи 18 - 20). На выходе сумl матора 13 будет действовать напряже»ие

Выше обозначены К»1 и К g - коэффициенты передачи сумматоров. 11 и 13 соответственно. Напряжение U подаЕ13 ется через ключи 18-20, так же через узкодиапазонный квадратор 22 на входы сумматора 21. На выходе сумматора 21 будет действовать напряженке

Г ч

21 Я (1 11 Вх п1 13»») 21Д п3

-» It

Здесь К21 К1, K.21 — коэффициенты передачи сумматора по соответствующим входам. Если положить эти коэффициенты равными

1 В

21 21 к к =2ипз KK unj

21 И 2f 13

I то выражение для 0 1 можно переписать в вице

Цп1)

Напряжение О 21 через соответствующие ключи (8-10) подается на вход сумматора

12. Напряжение.U«1 кроме того, через узкодиапаэонный кубатор" 17, а также

601704 через ключи 5-7 подается на входы сумматора 12. В ррееззууллььттаатте е ээттооггоо, на выходе сумматора 12 будет действовать напряжение

3 3 1 2 5

12 К и(V 0 )+К К -К К к

12" 11 13 1(2

Здесь К12," К12; ™121; K 121 эффициенты передачи сумматора 12 по соот- 10 ветствующим входам. Если выбрать эти коэффициенты, например, так, чтобы

К К

121 3. 121 21 13

12 11 12 11 15 е1

121 2 к к

12 11 то выражение для V в вице можно переписать

=К .К -ц 12 11 ЗХ

;Применение переменной структуры преобразователя позволило существенно увеличить точность преобразователя, расширить дина- 25 всяческий диапазон входного сигнала практически, не снижая при,этом быстродействия по сравнению с применяемыми узкодиапазонными преобразователями, Как видно из приведенных выше формул, в степень воз- 30 водится разность между входными напряжением О х и некоторым опорным (поооговым) (U > -.Оп ) (Ugg - Ц )()„., для кубатора и квадратора соотвеч, ственйо. Если выбрать. И" опорных точек, то, очевидно, во столько же раз расширится динамический диапазон входного сигнала для данного узкодиапазонного преобразователя, м

С другой стороны, пусть приведенная погрешность узкодиапазонного преобразователя

40 составляет Я %. Она, очевидно, является определяющей в общей погрешности устрой."тва, .Обозначим; д — абсолютная погрешность уэкодиаца 45 зонного преобразователя

tn0IX О (,0

Ь вЂ” коэффициент расширения диапазона входного сигнала.

По определению д = 0 гг скх(0в, - 0„° ), Тогда, с учетом расширения, будем иметь д /max(0 „-0„-)

I ВХ П1 з — ° х вс2х0 „н.max(u>Д-U .)

Здесь — приведенная погрешность преобразования с учетом расширения, Таким образом, показано уменьшение погрешности для npennaraeMoro кубатора. Аналогично

60 можно показать уменьшение погрешности для квадратора, Опнсанпе составлено для случая Jl =Э. Очевидно, что быстродейс г» вие (a следовательно и полоса пропускания) устройства определяется быстродействием составляющих его элементов. Поэтому, если выбрать полосу пропускания ключей, сумматоров и пороговых элементов заведомо большей, чем для узкодиапазонных преобразователей, то полоса пропускания устройства в целом будет в основном определяться быстродействием узкодиапазонных преобразова- телей.

Среди положительных качеств предлагаемого устройства следует отметить точность е преобразования, широкий динамический и частотный диапазон входного сигнала, а также простоту миниатюризации преобразователи.

Предлагаемый преобразователь может найти применение в информационно-измерительных системах для определения объемов, а также в системах для определения пара -метров случайных процессов и в частности при определении коэффициента асимметрии.

Формула изобретения

Устройство для возведения в куб, содержащее узкодиапазонный кубатор, подключенный к выходу первого сумматоре, один вход которого соединен с источником входного сигнала, а другие с выходами пороговых элементов первой группы, входами подсоединенных к источнику входного сигнала, выход первого сумматора подключен к одному из входов второго сумматора и ко входам пороговых элементов второй группы, первые выходы которых подключены к другим входам второго сумматора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и расширения динамического диапазона, B него введены ключи, сумматоры и узкодиапазонный квадратор, подключенный к выходу второго сумматора, соединенного через первую группу ключей, управляющие входы которых подключены к выходам пороговых элементов второй группы, с первыми входами третьего сумматора, другие входы которого связаны с выходом узкодиапазонного квадратора и третьими выходами пороговых элементов второй группы, выход узкодиапазонного кубатора соединен с первым входом четвертого сумматора, другие входы которого соединены со вторыми выходами пороговых элементов первой группы и через вторую группу ключей, связанных управляющими входами с третьими выходами пороговых-элементов первой группы, Корректор Н. Япемирская

Закаэ 1656/8 Тираж 826 Подписное

ШЧИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП «Патент ; г,.Ужгород, ул. Проектная, 4 подключены к выходам первого и третьего сумматоров, Источники инФормации, принятые во внимание нри вкспертиэе:

Составитель С, Белан

Редактор Л. Бабич Техред И. Кпимко е

1, Авторское свидетельство 1» - 2853b2.

М.кл. G 06 Ь 7/20, 1972, 2. Авторское свидетельство No147331. .й.кл, (:, 06 Са 7/20, 1962.