Устройство для извлечения квадратного корня
Использование: в измерительной технике в качестве прецизионного функционального преобразователя для получения сигнала, пропорционального величине Цель: повышение точности измерений. Сущность изобретения: используется свойство системы с отрицательной обратной связью, когда система стремится сохранить сигнал рассогласования на выходе блока сравнения, при этом обеспечивается равенство сравниваемого сигнала
и сигнала
при равенстве этих сигналов на выходе устройства поддерживается сигнал, соответствующий величине
Точность преобразования достигается за счет больших величин сравниваемых сигналов даже при уменьшении величины самого сигнала x. Устройство содержит блок извлечения корня квадратного из суммы известной и неизвестной величин, вход которого является входом устройства, блок сравнения, усилитель, интегратор, сумматор и блок извлечения корня квадратного из суммы известной и квадрата неизвестной величин. Положительный эффект: повышение точности вычисления не менее чем в 2 раза по сравнению с прототипом в режиме малого сигнала. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве функционального преобразователя в различных устройствах, где требуется вычисление квадратного корня с высокой точностью.
Известно устройство для извлечения квадратного корня, основанное на принципе кусочно-линейной аппроксимации, представляющее собой преобразователь со ступенчатым переключением коэффициента передачи. Недостаток такого устройства низкая точность в режиме малого сигнала. Известно устройство для извлечения квадратного корня, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, интегратор, блок сравнения, ключ, сглаживающий фильтр, с выхода которого постоянная составляющая выходного сигнала поступает в обратную связь интегратора. Это напряжение пропорционально корню квадратному из входного напряжения и корню квадратному из постоянного множителя, определяемого значениями коэффициента передачи ФНЧ, напряжением опорного источника, коэффициентом передачи, временем интегрирования интегратора. Недостатком устройства являются большая погрешность преобразования в режиме малого сигнала. Известно устройство, содержащее операционный усилитель с масштабными резисторами, интегрирующий конденсатор, включенный в цепь обратной связи и ключа сброса, блок сравнения компаратор, RS-триггер, опорный генератор, RS-фильтр и импульсный измерительный преобразователь. Методическая точность устройства довольно высокая в режиме большего сигнала, однако погрешность возрастает при уменьшении величины сигнала. Известно устройство с использованием логарифмического и антилогарифмического усилителей. Устройство весьма простое, однако обладает температурной погрешностью из-за использования нелинейных участков характеристик р-n-переходов полупроводниковых приборов, особенно в режиме малого сигнала. Известно устройство для извлечения квадратного корня, содержащее блок деления, на первый вход которого поступает входное напряжение, а выход устройства подключен к второму входу блока деления в качестве обратной связи. Устройство простое, однако имеет значительные погрешности преобразования для сигналов малой величины. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для извлечения квадратного корня, содержащее блок сравнения (компаратор), усилитель, интегратор, сумматор, квадратор, вход которого соединен с выходом устройства, а выход квадратора поступает на вход блока сравнения, как обратная связь устройства. В установившемся режиме получают на выходе напряжение, пропорциональное корню квадратному из входного напряжения. Устройство, хотя и обладает в установившемся режиме небольшой погрешностью, однако погрешность возрастает в области малых сигналов, так как при уменьшении значений входного сигнала сравнение входного сигнала и квадрата выходного сигнала производится при малых величинах выходного напряжения квадратора. Квадратор с малой погрешностью в режиме малого сигнала обеспечить довольно сложно. Целью изобретения является повышение точности преобразования для сигналов малой величины. Цель в устройстве для извлечения квадратного корня, содержащем блок сравнения, усилитель, интегратор и сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходам усилителя и интегратора соответственно, входы усилителя и интегратора объединены и подключены к выходу блока сравнения, достигается тем, что в устройство дополнительно введен блок для извлечения корня квадратного из суммы известной и неизвестной величин, а также блок для извлечения корня квадратного из суммы известной и квадрата неизвестной величин, вход устройства через блок для извлечения корня квадратного из известной и неизвестной величин подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока для извлечения корня квадратного из суммы известной и квадрата неизвестной величин, вход которого подключен к выходу сумматора, который является выходом устройства. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит: блок 1 для извлечения корня квадратного из суммы известной и неизвестной величин; блок 2 сравнения, усилитель 3, интегратор 4, сумматор 5, блок 6 для извлечения корня квадратного из суммы известной и квадрата неизвестной величин. Блоки в устройстве для извлечения квадратного корня соединены следующим образом. Вход устройства соединен с входом блока 1 для извлечения корня квадратного из суммы известной и неизвестной величин, выход которого соединен с первым входом блока 2 сравнения. Выход блока 2 сравнения подключен к входам усилителя 3 и интегратора 4. Выход усилителя 3 и выход интегратора 4 подключены к первому и второму входам сумматора 5. Выход сумматора 5 подключен к входу блока 6 для извлечения корня квадратного из суммы известной и квадрата неизвестной величин, выход которого подключен к второму входу блока 2 сравнения. Выход сумматора 5 является выходом устройства. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве используется свойство системы с отрицательной обратной связью, когда система стремится сохранить сигнал рассогласования "е" на выходе блока 2 сравнения, равный е 0. При этом обеспечивается равенство сигнала![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819598.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819599.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819600.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819601.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819602.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819603.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819604.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819605.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819606.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819607.gif)
(4) Из выражения (4) определим величину напряжения U5 при Ux < Uоп:
U5=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819608.gif)
Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается напряжение U5 на выходе сумматора 5, равное Uвых U5
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/281/2819609.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1