Функциональный преобразователь

 

ФУНКдаОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий входной источник тока, управляемый напряжением, выходной сумматорf,(п-1) .шунтирующих диодов (п - количество участков аппроксимации ), а транзисторных повторителей тока, (п-1) источников .опорного тока, первые выводы которых объединены и подключены к. шине , а вторле выводы подключены к катодам соответствующих шунтирующих диодов. отлич ающийся тем, что, с целью повьдшения точности преобразования :н упрощения,В; него дополните/тьно введены п-й шунтирующий диод и резистивный делитель напряжения, причем кра.йяие выводы резистивного делителя напряжения подключены соответственно к кмне питания и шине нулевого потенциала, а средние вавоДы 1резисэ: «.§ного делителя напряжения соединяй с ба.зами соответствующих TpaH3HGfQp:iteix повторителей тока, коллектор Kotopax соединены с соответств рорими .входами выходного сумматора ,ан0д первого шунтирующего диода срединеч,,е шиной питания,а катод п-го шунтирующего Диода соединен с выходом входного источника тока, управW ляемого напряжением и эмиттером п-по чфанзисторного повторителя тока, а эмитте|Ж1 i-x транзисторных повтордателей тока (i 1,2,...,п-1) соединены соответственно с анодами (j+l)-x (i 1,2,... h) шунтирующих диодов.

09) (ll) СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗШG 06 7 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3410 870/1 8-24 (22) 24.03.82 ,(46) 07.08.83. Бюл. В 29

-(72) Ю,И. Петренко (71) Ордена Ленина иститут проблем управления (53) 681.335(088.8) (56) 1. Патент Японии М 50-30416, кл. G 06 G 7/26, опублик. 1975.

2. Патент Японии Р 52-12018, кл. G 06 G 7/26, опублик. 1977 (прототип). (54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, .содержащий входной источник тока, управляемый напряжением, выходной сумматор,,(п-I) шунтирующих диодов (и - количество участков аппрок симации), и транзисторных повторителей тока, (и-I) источников .опорного тока, первые выводЫ которых объединены и подключены к,шине питания, а вторые выводы подключены к катодам соответствующих шунтирующих диодов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования:и упрощения,в: него дополнительно введены и-й шунтирующий диод и. резистивный делитель напряжения, причем крайние выводы резистивного: делителя напряжения подключены соответственно к шине питания и шине нулевого потенциала, а средние выводы резис йвного делителя напряжения соединены.с базами соответствующих транзисторных повторителей тока, коллекторы:которых соединены с соот» ветств)ефимы..входами выходного сумма.тора, анод перврго шунтирующего диода соединен е.шиной питания,а катод и-го шунтирурщего Диода соедийен с выхо- ф дом входного источника тока, управляемого напряжением и эмиттером и-по транзисторного повторителя тока, а эмиттеры i-х транэисторнйх { повторителей тока (1 = 1,2,...,n-1) соединены соответственно с анодами а ()+1)-х () - "1,2,... а) шунтирующих диодов.

1034051

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для нелинейных преобразований мгновенных значений сигналов.

Известен функциональный преббразователь, воспроизводящий произвольные функции в виде сумм ограниченных с двух сторон выходных напряжений операционных усилителей 1 1 ).

Недостатком данного преобразова- 10 теля является сложность и малое быстродействие, так как в нем использовано по два прецизионных ограничителя на операционных усилителях на каждый участок аппроксимации ° 15

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь с кусочно-линейной аппроксимацией, содержащий входной источник тока, управляемый входным напряже- . нием, выходной сумматор, (n-i) диодов, и транзисторов и (и-Х) источников тока, и источников ограничивающего напряжения.

Лля получения огРаниченных напря. жений испояьзуются двухсторонние ограничители напряжений на транзисторах и диодах 1. 23.

Недостатками известного функционального преобразователя являются сложность и недостаточная точность, обусловленная дрейфом напряжений эмиттерно-базовых переходов транзисторов и рассогласованием точек отпирания и запирания транзисторов в различных двухсторонних ограничителях. 35

Цель изобретения - повышение точности преобразования и упрощение.

Поставленная цель достигается тем„ что в функциональный преобразователь, содержащий входной источник тока, управляемый напряжением, выходной сумматор, (и-T.) шунтирующих дио« дов (n — количество участков аппроксимации), и транзисторных повторителей тока, (n-Х) источников опорно- 45

ro тока, первые выводы которых объединены и подключены к шине питания, а вторые выводы подключены к катодам

cooTâeTñòíóþùHõ шунтирующих диодов, введены и-й шунтирующий диод и резистивный делитель напряжения, причем50 крайние выводы резистивного делителя . напряжения подключены соответственно к шине питания и шине нулевого потенциала, а средние выводы резистивного делителя напряжения соединены с базами соответствующих транзисторных повторителей тока, коллекторы которых соединены с соответствующими входами выходного сумматора, анод первого шунтирующего диода соединен с шиной 60 питания,а катод и-ro шунтирующего диода соединен с выходом входного источника тока, управляемого напряжением, и эмиттером и-го транзисторного повторителя тока, а эмиттеры i-ых 6, а. + 3х, 2вм, (х) где a.y 0 и и) 0 — заданные масштабные коэффициенты, которые выбираются так, чтобы в крайней левой точке излома х,, принадлежащей области определейия функции f(x), входной ток аб был равен сумме выходн тоВ ков источников 5, - 5,.„ опорного тока н-1 (х ) зу, 1 к а в крайней правой точке излома х нулю, Х (х ) =0 въ и

При х х входной ток больше суммы токов Л,Б,..., й„ „ (по абсолютной величине) и все шуйтирующие

I диоды 7 -7д открыты, а напряжение на эмиттере каждого транзисторного повторителя тока примерно на 0,50,6 В (т.е. на величину прямого падения напряжения на шунтирующем диоде) меньше, чем на, эмиттере редыдущего. Напряжение 4и, подаваемое на шину 3 питания, и параметры резистивного делителя 2 напряжения выбираются таким образом, чтобы напряжения, подаваемые на базы транзисторных повторителей 6„, -6д тока, обеспечивали их полное запирание, а напряжение 0„ было несколько выше, чем напряжения в суммирующих точках выходного сумматора 8.

При увеличении х до значения х„ разность токов 2в„ " Я Jx уменьшается до нуля. В точке х„ диод 7 за- пирается и происходит скачкообразное транзисторных повторителей тока (i =" 1,2,...,и-1) соединены соответ ственно с анодами (1+1)-х () = 1,2 ...,и) шунтирующих диодов.

На .фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — форма выходных токов транзисторных повторителей тока.

Преобразователь содержит входной источник 1 тока, резистивный делитель 2 напряжения, шину 3 питания, шину 4 нулевого потенциала, источники 5,, - 5 опорного тока, транзисторные повторители 6 -би тока, диоды

7 — 7 и выходной сумматор 8 °

Преобразователь работает следующим образом.

При показанной на фиг ° 1 полярности шунтирующих диодов 7А -7 и использовании в схеме транзисторов типа р-и-р на шину 3 питания подается положительное напряжение, а входной источник 1 тока преобразует входное напряжение х в ток 2><, пропорциональный х

1034051 увеличение напряжения на эмиттере первого транзисторного повторителя б тока, в результате чего он отпирается. Затем тах.:эмиттера транзистора б линейно нарастает", достигая значения З„в точке х < (фиг. 2) . При этом выходной ток коллектора транзисторного повторителя тока с точностью до 1/В (где 6- статический коэффициент усиления тока базы транзистора) равен току эмиттера и образует линейно возрастающую функций от х ограниченную с двух сторон: О. Х -„а Д

При х .) х входной ток 3> становится по абсолютной величине меньше, VI =-1 чем сумма токов 5, поэтому шунтирующий диод 7 " запирается, на эмиттере транзистора б происходит скачок напряжения, он отпирается и часть тока источника 5 опорного тока начинает поступать .на его эмиттер. При x. » x» х ток эмиттера транэситора бр линейно растет от нуля до 2 (оставаясь в дальнейшем на этом уровне), соответственно растет и ток коллектора транзис— тора б (фиг. 2)..Если входной сигнал продолжает расти, скачком отпирается следующий транзисторный повторитель тока и так далее вплоть до и-го транзисторного повторителя б„, который отпирается после скачкообразного запирания шунтирующего диода 7 при х = х„ . В дальнейшем при х х,„ ток транзисторного повторителя б„ растет без ограничения.

Используя дополнительный {n+I)-й шунтирующий диод и и-й источник опорного тока (не показано) можно

;было бы аналогичным образом ограни-. чить и ток эмиттера транзисторного повторителя 6 д тока, однако обычно это не нужно, так как входное напряжение ограничено.

Суммируя коллекторные токи транзисторных повторителей б — б тока

1 с разными знаками и весами при по-. мощи выходного сумматора 8, получают на его выходе произвольные заданные функции -методом кусочно-линейной аппроксимации ° Требуемое разбиение области определения фукнции .на интервалы аппроксимации обеспечивается заданием величин токов 21,Т.

„, . Если в точке х„ воспроизводимая функция не равна нулю, можно считать областью определения отрезок f х, х„, „j (фиг. 2),уменьшив количество отрезков аппрокси мации на единицу, либо увеличить количество входов выходного сумматора 8 на один и подать на этот вход постоянную величину (что предпочтительнее).

Изменяя тип транзисторов на п-р-а, полярность включения диодов., источников тока и напряжения, подаваемого на шину питания, можно йзменить порядок чередования точек излояа х х ...,x> на противоположный, Этот же результат можно получить, изменяя знаки масштабных коэффициентов вход»

5 ного источника тока а и б на проти-. воположные.

При малом количестве отрезков аппроксимации (примерно до 5-8) резистивный делитель 2 напряжения не нужен, так как базы всех транзистор10 ных повторителей б„ -б тока можно сое-. динить непосредственно с шиной 3 питания. При этом, если х » х,, на эмиттерный переход n-ro транзйсторного повторителя тока подается обратное напряжение, равное сумме прямых напряжений всех и шунтирующих диодов 7, - 7И, что может вызвать пробой перехода. Увеличить допустимое количество отрезков аппроксимации можно, выбирая транзисторы с большим допустимым обратным напряжением база— эмиттер либо r. äàâàÿ на базы транзисторных повторителей б -б тока

1 напряжения с резистивного делителя

2 напряжения так, чтобы для всех

k = 1,2..., разность f g < - „ (фиг.2) равнялась примерно среднему значению прямого падения напряжения на открытых диодах 7 — 7 (порядка 0,4-0,6 В для кремниевых диодов).

Можно также увеличить допустимое количество отрезков аппроксимации, включив последовательно в цепи эмиттеров последних транзисторов, которым угрожает пробой эмиттерного пере35 хода, диоды. При этом резистивный делитель 2 напряжения также не нужен, но несколько снижается быстродействие устройства.

Преимуществом предлагаемого устрой40 ства является значительное (почти двукратное) упрощение по сравнению с прототипом. Так, в устройстве-прототипе для воспроизведения одной базисной функции используются в сред45 нем два диода два транзистора два источника тока и один источник спор.ного напряжейия, а в предлагаемом устройстве - по одному резистору, диоду, транзистору и источнику опорного тока, а входной источник тока является общим.

Предлагаемый преобразователь характеризуется повышенной точностью, небольшой дрейф напряжения, подавае.мого на шину 3 питания, практически не влияет на точность устройства, так как при этом изменяются лишь напряжения, подаваемые на базы транзисторов б -бд, а на эмиттерные токи этот дрейф не влияет. Кроме того, 69 в данном преобразователе автоматичес ки обеспечивается совпадение изломов базисных функций {фиг. 2) что полностью устраняет аппаратурную погрешность, возникающую при рассогла

65 совании источников опорных напряже1034051 л-г л «nr т

Xf Ai Хт ю-т А Ам.г

Jr «i Xy

«и-r 4 Ъ 1

4Ьл 2

ВНИИПИ Заказ 5627/52 Тираж 706 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ний и входных токов в устройствепрототипе. Влияние температурного дрейфа статического коэффициента усиления тока базы. транзисторов 6 -бн можно уменьшить, используя транзис-, торы с большим 6 (при и = 500)соответ-з ствующие нестабильности воспроизведения базисных функций составляют примерно 10 / С), либо практически полностью устранить, применяя термостатирование или используя составные 10 транзисторы, включенные по схеме

Дарлингтона.

Кроме того, в предлагаемом устрой- .стве транзисторы 6 -6„ включены по схеме с общей базой, что обеспечивает улучшение их динамических характеристик по сравнению с устройсхвомHDoToTHIIoM в котором транзисторы включены по схеме с общим коллектором.

Таким образом, технико-экономическиф эффект устройства заключается в

j; почти двукратном упрощении, повышении точности за счет уменьшения àïïàратурной погрешности и улучшении динамических характеристик.