Функциональный преобразователь

 

А,A. Кравченко, В.А. Фернандес и И.С.. Кудренко (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения Киевского научно---".

- производственного объединения "Аналитприбор" (71) Заявитель

I (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ"

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при электронном моделировании различных процессов, в логарийматорах, квадраторах, в качестве линеаризующего звена в датчиках с нелинейной передаточной ха-. рактеристикой.

Известен Функциональный преобразователь, содержащий входной и выходной инверторы, реэистивный делитель, входного напряжения, компараторы, коммутирующие устройства, управлявмые ключи на полевых транзисторах и резисторы задания крутизны и смещения каждого участка аппроксимации, реализующий кусочно-линейную аппроксимацию ункций 1 1 ).

Недостатком данного устройства является сложность, обусловленная 2о применением большого количества ключей на полевых резисторах.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является

2 преобразователь, содержащий и ключей, делитель напряжения, инвертор, вход которого является входом преоб" разователя, и потенциометров зада" ния крутизны, подключенных неподвижными контактами к входу и выходу ин- . вертора, In резисторов задания крутизны, подключенных к подвижным контактам потенциометров задания крутизны, источник опорного напряжения, подключенный средним выводом к вине нулевого потенциала(и+1) потенциометров задания напряжения сиещения, подключенных неподвижными контактами к выходам источника опорного напряжения, (и+1) резисторов задания напряжения смещения, подключенных к подвижным контактам потенциометров задания напряжения смещения, выходной операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен со свободным выводом (H+1)-ro резистора задания напряжения смещения и через балластный ре- зистор с шиной нулевого потенциала, 3 980108 а инвертирующий вход - с выходами ключей и через переменный входной резистор " с входом преобразователя, между выходом выходного операционно. го усилителя, являющимся выходом пре- образователя и его входом включен резистор обратной связи,и компараторов, подключенных первыми входами к входу инвертора, вторыми входами " к выходам делителя напряжения, включенного fo между шиной нулевого потенциала и выходом источника опорного напряжения, а выходами - к управляющим входам ключей 2 ).

Недостатком этого преобраэова- ts теля является ограниченная точность при заданном числе компараторов, обусловленная методической погрешностью кусочно"линейной аппроксимации функций при ограниченном числе участ- 2о ков аппроксимации.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий делитель напряжения, инвертор, И потенциометров задания крутизны, подключенных неподвижными контактами к входу и выходу инвертора, И резисторов задания крутизны, подключенных к подвижным контактам потенциометров задания крутизны, источник опорного напряжения, подключенный средним выводом к шине нулевого потенциала, (й+1) потенциометров задания напряжения смещения, подключенных неподвижными контактами к выходам источника опорного напряжения, (и+1) резисторов задания напряжения-смещения, подключенных к подвижным контак40 там потенциометров задания напряжения смещения, И ключей, вход каждого из которых соединен со свободными выводами соответствуюцих ему по номеру резистора задания крутизны и резисто- 45 ра задания напряжения смещения, выходной операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен со свободным выводом (и +1)-го резистора задания напряжения смещения и через балластный резистор с шиной ну" левого потенциала, а инвертирующий вход " с выходами ключей и через переменный входной резистор со входом инвертора, между выходом выходно- го операционного усилителя, являющегося выходом преобразователя и его входом подключен резистор обратной связи, р компараторов, подключенных первыми входами к входу инвертора, вторыми входами - к выходу делителя напряжения, подключенного первым выводом к шине нулевого потенциала, а выходами - к управляющим входам ключей, содержит (и+2) дополнительных ключа, дополнительный компаратор, входной операционный усилитель, входной резистор, дополнительный резистор обратной связи, масштабный резистор, переменный масштабный резистор, дополнительный переменный входной резистор,д дополнительных потенциометров задания крутизны, И дополнительннх резисторов задания крутизны, (и+1 ) дополнительных резисторов задания напряжения смещения, (и+1). дополнительных потенциометров задания напряжения смещения, подключенных неподвижными контактами к выходам источника опорного действия, а подвижными контактами через соответствующие дополнительные резисторы задания напряжения смещения - к входам соответствующих ключей, неподвижные контакты дополнительных потенциометров задания крутизны подключены к выходам источника опорного на" пряжения, в подвижные контакты через соответствующие дополнительные резисторы задания крутизны - к входам соответствующих дополнительных ключей, выходы которых через дополнительный переменный входной резистор соединены с входом инвертора и через дополнительный ключ с инвертирующим входом выходного операционного умолителя, входной резистор включен между первым входом дополнительного компаратора, который является входом преобразователя, и входом входного операционного усилителя, который через (и+2) последовательно соединенных дополнительных ключа и масштабный резистор подключен к выходу источника опорного напряжения отрицательной полярности, дополнительный резистор обратной связи включен между входом и выходом входного операционного усилителя, выход которого соединен с входом инвертора, второй вход дополнительного компаратора соединен со свободным входом делителя напряжения и через переменный масштабный резистор с выходом источника опорного напряжения отрицательной полярности, управляющие входы (и+1)-ro и (>+2)-го дополнительных где

S5

1. 1

О Rg.

R — сопротивлейие резистора об-.

1 ратной связи 9;

5 9801 ключей соединены с выходом дополнитель ного компаратора.

На фиг. 1 приведена схема функционального преобразователя; на фиг. 2диаграмма, поясняющая его работу.

Функциональный преобразователь содержит инвертор 1, делитель напряже.ния 2, переменный масштабный резистор 3, и компараторов 4 -4>, (и+2) дополнительных ключа 5, -5 источник 6 опорного напряжения, основные ключи 7л -7и, выходной операционный усилитель 8, резистор 9 обратной связи, балластный резистор. 10, масштабный резистор 11, основной 12 и допол- 1> нительный 13 переменные. входные резисторы, (и+1) основных 14„-14<+„ (v+1) дополнительных 15„ -15„ „ резисторов задания напряжения смещения, и основных 16л -16 и и дополнительных.17 - 20

17р резисторов задания крутизны, (И+1) основных 18 -18. и (n+1) допол-, И+1 нительных 19„-19И л потенциометров заигл дания напряжения смещения, и основных гз

20„0 и и дополнительных 21 -21< л потенциометров задания крутизны, дополнительный компаратор 22, входной резистор 23, дополнительный резистор обратной связи 24, входной операцион-. зо ный усилитель 25.

Преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение tt>> подается на входной операционный усилитель 25; передаточная,, функция которого показа- 3S на на фиг. 2 (где Н вЂ” диапазон входного напряжения). Весь диапазон. входного напряжения разбивается на две части с помощью дополнительного компаратора 22, ключа 5 и входного операционного усилителя 25. Выходное напряжение входного усилителя 25 подается на первые входы компараторов 4, -4z на вторые входы которых подаются опорные напряжения U<,U<,...,U„, снимаемые с выходов резистивного делителя напряжения.

При И 1, < И, все компараторы 4„ ...4> находятся в состоянии, при котором все ключи 7, ...7,„, i< ...5 . закрыты, и выходное напряжение выходного усилителя 8 равно

ttSbl=- Ко. ttsv ho

"л, ti л+л где

Р - сопротивление дополнительного переменного входного резистора 13;

Ь - определяется положением среднего вывода потенциои+л метра 1 Ч„. „.

При tt>

U = (K К„ К„ „К 10 +

+Ьо + Ь4 + Ь +Ь а где К - определяется положением

И+1 среднего вывода потенциометра 21„ и величиной сопротивления резистора 17,1, b - определяется полонением среднего вывода потенциометра 19 й+ и величиной сопротивления резистора 15

Аналогично преобразователь работает на следующих участках аппроксимации с номерами И +2... 2 я, где Ри- количество участков аппроксимации.

08 6

R - сопротивление переменного

2 входного резистора t 2;

Ь -"напряжение начального смещео ния на усилителе 8.

При tt> И „ Ил выходной сигнал компаратора 4„ открывает ключ 7 и выходной сигнал сумматора 8 определяется по формуле: (КО +К )Пв, +Ьо +Ь<) где К вЂ” ойределяется полоиейием средл него вывода потенциометра 20 и величиной сопротивления

1 входного резистора t6„;

Ь - определяется положением сред" 1 него вывода потенциометра 18 и величиной сопротивления то" козадающего резистора 14

Аналогичная работа на следующих участках аппроксимации. Ha n-ом участке аппроксимации выходное напряжение преобразователя имеет вид:

0 = (К,кл Г)нвх Ь

При переходе входного сигнала за половину диапазона входного сигнала, т.е. при переходе от участка и к и +1 срабатывает компаратор 22, открывая ключи 5 5 и выходное напряжение пре. д,фл1. я+й образователя определяется по формуле:

И =- (К + К )П +(„,„ ЬО,, ВЬ!Х О 1 ЕХ

7 98010

Число участков выбирается в зависимости, от требуемой точности аппроксимации воспроизводимой функции.

Преобразователь может воспроизводить функции монотонно возрастающие, монотонно. убывающие, а также функции с перегибом.

Предлагаемый преобразователь позволяет удвоить по сравнению с прототийом число участков кусочно-, линейной аппроксимации функции за счет включения в его структуру небольшого числа дополнительных элементов, что дает возможность повысить его точность за счет уменьшения методической по- 1S грешности, Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий делитель напряжения, инвертор, р потенциометров задания крутизны, подключенных неподвижными контактами к входу и выходу инвертора, 25 резисторов задания крутизны, подключенных к подвижным контактам потенциометров задания крутизны, источник опорного напряжения, подключенный средним выводом к шине нулевого по- 30 тенциала, (и+1 ) потенциометров заданил напряжения смещения, подключенные неподвижными контактами к выходам источника опорного напряжения, (И+1 резисторов задания напряжения смещения, подключенных к подвижным контак- . там потенциометров задания напряжения смещения, »> ключей, вход каждого иэ которых соединен со свободными выводами соответствующих ему по 40 номеру резистора задания крутизны и резистора задания напряжения смещения, выходной операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен сО сВОбОДным вывОДОи (и+1 ) ГО 4 резистора задания напряжения и через балластный резистор с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход -с выходами ключей и через переменный входной резистор с входом инвертора, между выходом выходного операционного усилителя, являющегося выходом преобразователя и его входом включен резистор обратной связи, Q компараторов, подключенных первыми входами к входу инвертора, вторыми входами — к выходам делителя напряжения, подключенноI

ro первым выводом к шине нулевого потенциала, а выходами - к управляющим входам ключей, о т л и ч а ю щ и йс я, тем, что, с целью повышения его точности, он содержит (In+2 ) дополнительных ключа, дополнительный компаратор, входной операционный усилитель, входйой резистор, дополнительный ре" зистор обратной связи, масштабный резистор, переменный масштабный резистор, дополнительный переменный входной резистор., In дополнительных потенциометров задания крутизны, vt дополнительных резисторов задания крутизны, (и+1) дополнительных резисторов задания напряжения смещения, (И+1) дополнительных потенциометров задания напряжения смещения, подключенных неподвижными контактами к выходам источника опорного напряжения, а подвижными контактами через соответствующие дополнительные резисторы задания напряжения смещения - к входам соответствующих ключей, неподвижные контакты дополнительных потенциометров задания крутизны подключены к выходам источника опорного напряжения, а подвижные контакты через соответствующие дополнительные резисторы задания крутизны - к входам соответствующих дополнительных ключей, выходы которых через дополнительный переменный входной резистор соединены с входом инвертора и через дополнительный ключ с инвертирующим входом выходного операционного усилителя, входной резистор включен между первым входом дополнительного компаратора, который является входом преопразователя, и входом входного операционного усилителя, который через(и+2) последовательно соединенных дополнительных ключа и масштабный резистор подключен к выходу источника опорного напряже-. ния отрицательной полярности, дополнительнйй резистор обратной связи включен между входом и выходом входного операционного усилителя, выход

1. которого соединен с входом инвертора, второй вход дополнительного компаратора соединен со свободным входом делителя напряжения и через переменный масштабный резистор с выходом источника опорного напряжения отрицательной полярногти, управляющие входы (И+1)-ro и >+2)-ro дополнительных ключей соединены с выходом дополнительного компаратора.

980108

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 598092, кл. С 06 6 7/26, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке I . 2648436/18-24, :,кл. 6 06 G 7/26, !979 (прототип).

980108

u++

Составитель Н. Балабошко

Редактор В. Стащишина Техред А.Бабинец Корректор О. Билак

Заказ 9361/39 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-35 Рамшская наб. д. "/5

„. д ° филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Ч