Функциональный преобразователь

 

"я-"й-сAниE

ЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистически

Республик

<>771685

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) Дополнительное к авт. саид-ву

) Заявлено .04. 12. 73 (21) 2690984/18-24 рисоединением заявки h6

) Приоритет—

Опубликовано 1510,80, Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 171080 (51)М. Кл.з

G 06 С 7/26

Государственный ком

СССР по делам изобретен и открытий.(5Çj УДК 681. ЗЗ5 (088.8) В. С. Володин, Г. Я. Леденев, Т. С. Пупыкина и А. В. Сапожников (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ! ъ ч у\

)

56 Т он тнc>-те т s ° q сc s"

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной тех.".ики.

Известен функциональный преобразователь (1), содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, регистр обратной связи, включенный между входом и выходом операционного усилителя, входной резистор, первый вывод которого соединен со входом опе- 10 ративного усилителя, диодно-реэисторные элементы, подключенные параллельно входному резистору.

Его недостатком является низкая точность и стабильность, обусловлен- 15 ные нестабильностью падения напряжения на диодах.

Наиболее близким техническим решением является функциональный преобразователь, содержащий операционный .20 усилитель, выход которого является выходом функционального преобразователя, резистор обратной связи, включенный между входом и выходом операционного усилителя, входной резистор, пер- 25 вый вывод которого является входом функционального усилителя, диоднорезисторные элементы, каждый из которых содержит два последовательно соединенных резистора, подключенных па- 30 раллельно .резистору обратной связи, общий вывод резисторов каждого диодно-реэисторного элемента через последовательно соединенные диод и резистор подключен к вЫходу источника и опорного напряжения.

Недостатком такого преобразователя является то, что точность реализации функции и ее стабильность недостаточно высоки. Она определяется величиной эоны нечувствительности используемых полупроводниковых диодов, так как ее разброс и отклонение в результате воздействия климатических и иных факторов соизмеримы с диапазоном изменения выходного напряжения интегральных операционных усилителей. Если же напряжение излома выходной характеристики меньше эоны нечувствительности, ее вообще невозможно реализовать.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Это достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом функционального преобразователя, резистор обратной связи, включенный между входом и выходом операционного усилителя, входной резистор; первый вывод которого яв771685

После того, как напряжение Uq достигло (и превышает) величину Uo-, коэффициент передачи нелинейного элемента определяется из формулы

Ug>„ 0%„. K„- Ugg К К, (2)

Формулы (1) .и (2) показывают, что характеристика предлагаемого преобразователя соответствует представленной на фиг. 2, если коэффициенты передачи операционных усилителей выбрать таким образом, чтобы величина Uo> достигалась при 0>, U»%R (см. фиг. 2). ,Покажем, что точность реализации этой характеристики выше, чем в прототипе. В последнем излом характеристики происходит в момент, когда ф) напряжение на одном иэ диодов в цепи обратной связи не модулю превосходит величину, достаточную для его отпирания и зависит от вида прямой ветви вольтамперной характеристики диода.

SS ляется входом функционального преоб разователя, а второй вывод соединен со входом операционного усилителя, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дополнительный операционный усилитель, ограничитель и масштаб-. ный элемент, соединенные последовательно, выход масштабного элемента соединен со входом операционного усилителя, выход которого подключен ко входу дополнительного операционного усилителя. 30

На фиг. 1 представлена блок-схема функционального преобразователя; на фиг. 2 - воспроизводимая им характеристика.

Функциональный преобразователь содержит операционный усилитель 1, дополнительный операционный усилитель 2, ограничитель 3, масштабный элемент 4, резистор обратной связи 5, входной резистор б. 20

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Коэффициент передачи операционного усилителя 1, определяемый резистором обратной связи 5 и входным резистором, обозначим K1 = Rg/йб, где и и

R сопротивления резисторов 5 и 6.

Выходной сигнал 0 преобразователя поступает на вход операционного усилителя 2, имеющего коэффициент передачи К>. Выходной сигнал операцион- 30 ного усилителя 20> поступает на ограничитель 3, уровень ограничения которого равен U >-, и далее через масштабирующий элемент 4, коэффициент передачи которого равен К >, на вход 3S операционного усилителя 1, где вычитается из входного сигнала 0, .

До тех пор, пока напряжение Ug не достиг)>>о величины 4>, выходное напряжение преобразователя определяется из формулы и 0

Ььи Ь 1+ К, Kz

От 0,4 до 1 В, обеспечить излом выфодной характеристики при выходном напряжении, лежащем в этих пределах, в прототипе вообще невозможно.

Абсолютная величина ошибки реализации излома выходной характеристики

dU в устройстве-прототипе равна колебаниям величины напряжения отпирания диода h Uo>.Эти колебания от экземпляра к экземпляру диода, а также вызванные климатическими и иными факторами составляют 0,3-0,5 В и больше.

Относительная ошибка реализации излома выходной характеристики б равна >= <"от/О, > где U — выходное напряжение, при котором должен происходить излом выходной характеристики. Учитывая, что максимальное выходное напряжение интегральных операционных усилителей

U„ обычно не превышает 10-12 В, величина д оказывается значительной при всех значениях 0, тем более, чтс как правило величина Ц составляет 5-15% величины О».

В предлагаемом устройстве излом характеристики происходит при достижении напряжением на вь>ходе операционного усилителя 2 величины 0+-, определяемой ограничителем 3.

Поскольку О К 0, то О =0 „/Kgi

Абсолютная величина ошйбки реализации излома выходной характеристики 60

=ЬО,/К,> где b Оо>.- колебание уровня ограничения.

В качестве ограничителя 3 можно примЕнить, например, полупроводниковый стабилитрон. Как известно, разброс характеристик стабилитронов имеет примерно ту же величину, что и у диодов.

Таким образом, абсолютная (следовательно и относительная) ошибка в предлагаемом устройстве в К раз меньше, чем в устройстве-прототипе. Величина К1 определяется в основном соотношением величин U u U г . Последнюю можно выбрать блйзкой к U<, поэтому в реальных устройствах. йеличина K = 5ф20. Например, если ЬО ъд0

0Ä5 В, U> = 1 В, 0>>>- = 1 В, то К

10 и относительная ошибка в прототипе равна ОСЬ/1Ь 100% = 50%, а в предлагаемом преобразователеОФ /1Ж ЮО%=

5%.

Поскольку коэффициент передачи К может быть сделан достаточно большим (30-50 и больше), а величина Uo>-достаточно малой, то предлагаемый преобразователь позволяет реализовать выходную характеристику с практически любым малым 0 .

Таким образом, предложенный функциональный преобразователь имеет более высокую стабильность и точность

771685

Формула изобретения фиа8 по сравнению с прототипом и позволя т расширить диапазон реализуемых характеристик.

Функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом функционального преобразователя, резистор обратной связи, включенный меж- !Ь ду входом и выходом операционного усилителя, входной резистор, первый вывод которого является входом функционального преобразователя, а второй вывод соединен со входом операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью увеличения точности, он содержит дополнительный операционный усилитель, ограничитель и масштабный элемент, соединенные последовательно, выход масштабного элемента соединен со входом операционного усилителя, выход которого подключен ко входу дополнительного операционного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Справочник по нелинейным схемам", под редакцией (Мтейнголда Д. И., "Мир", 1977, с. 361.

2. Скотт Н. P. Техника аналоговых и цифровых вычислительных машин, Издательство иностранной литературы, М., 1963, с. 94-97 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 6700/62

Тираж 751 Подписное

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