Формувач складних кусково-лінійних функцій

Реферат: Формувач складних кусково-лінійних функцій, що містить джерело опорних напруг, блок компараторів, три перемикальні матриці, підсумовуючий операційний підсилювач, блок завдання вагових коефіцієнтів, блок синхронізації, зовнішній керуючий вхід "Скид", диференціюючий ланцюг, тригер, три елементи І, генератор високочастотних імпульсів, елемент АБО, перетворювач одиничного коду в напругу та МДП-ключ. Додатково містить типовий перетворювач рівня напруги, який містить типові повторювач та підсилювач, вхід повторювача є входом перетворювача рівня напруги, а вихід повторювача підключений до входу підсилювача, вихід якого є виходом типового перетворювача рівня напруги і підключений до входу перетворювача одиничного коду в напругу. UA 88085 U (54) ФОРМУВАЧ СКЛАДНИХ КУСКОВО-ЛІНІЙНИХ ФУНКЦІЙ UA 88085 U UA 88085 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до обчислювальної техніки і може бути використана у спеціалізованих обчислювальних системах керування. Відомий генератор сигналів складної форми, що містить джерело опорних напруг, елемент І, елемент АБО, суматор, аналогові ключі. Його недоліком є складна структура та вузькі функціональні можливості [1]. Найбільш близьким по технічній суті та схемному рішенню до запропонованого є формувач складних кусково-лінійних функцій, що містить джерело опорних напруг, перша і друга групи виходів якого підключені відповідно до опорних входів блока компараторів та інформаційних входів першої перемикальної матриці, блок компараторів, підключений виходами до керуючих входів першої перемикальної матриці, виходи якої з'єднані з входами підсумовуючого операційного підсилювача, вихід якого є виходом пристрою, друга і третя перемикальні матриці, керуючі входи яких підключені до виходів блока компараторів, опорні входи якого з'єднані з відповідними інформаційними входами другої перемикальної матриці, підключеної виходами до інформаційних входів блока завдання вагових коефіцієнтів, виходи якого підключені до інформаційних входів третьої перемикальної матриці, виходи якої підключені до входів підсумовуючого операційного підсилювача, входи керування першої перемикальної матриці, другої перемикальної матриці, третьої перемикальної матриці підключені до першого виходу блока синхронізації, другий керуючий вихід якого підключений до відповідних керуючих входів запуску першої, другої, третьої перемикальних матриць, зовнішній керуючий вхід "Скид", який з'єднаний з входами скидання першої, другої, третьої перемикальних матриць, крім того, диференціюючий ланцюг, вхід якого підключений до виходу блока синхронізації, а виходи до відповідних входів тригера, вхід скидання якого підключений до керуючого входу "Скид", прямий вихід тригера підключений до першого входу першого елемента І, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора високочастотних імпульсів, вхід якого з'єднаний з зовнішнім керуючим входом "Запуск", вихід першого елемента І з'єднаний з першим входом другого елемента І, другий вхід якого з'єднаний з третім керуючим виходом блока синхронізації, який також з'єднаний з першим входом третього елемента І, другий вхід якого є зовнішнім цифровим входом, виходи другого елемента І і третього елемента І підключені до відповідних входів елемента АБО, вихід якого підключений до входу перетворювача коду в напругу, вихід якого підключений до інформаційного входу блока компараторів, інформаційний вхід якого також підключений до виходу МДП-ключа, вхід якого підключений до зовнішнього аналогового входу, а керуючий вхід МДП-ключа з'єднаний з третім керуючим виходом блока синхронізації (прототип) [2]. Недоліком даного пристрою є велика відносна похибка від пульсацій, яка виникає через малу амплітуду вхідного одиничного коду, що перетворюється в напругу, що негативно впливає на точність перетворення. Відомо [3], що при перетворенні одиничного коду в напругу виникає відносна похибка від пульсацій пульс , яка дорівнює: пульс  40 U~ m U0 , (1) де U~m - амплітуда пульсації, яка залежить від внутрішньої будови перетворювача одиничного коду в наругу; U0 - амплітуда на вході перетворювача одиничного коду в напругу. Із аналізу формули (1) та базового елемента АБО прототипу [2] видно, що підвищити 45 50 55 амплітуду U0 можливо за рахунок схемотехнічного удосконалення, тобто додаткового введення перетворювача рівня напруги. Задачею корисної моделі є зменшення відносної похибки від пульсацій, на виході перетворювача одиничного коду в напругу. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований формувач складних кусковолінійних функцій, що містить джерело опорних напруг 1, перша і друга групи виходів якого підключені відповідно до опорних входів блока компараторів 2 та інформаційних входів першої перемикальної матриці 3, блок компараторів 2, підключений виходами 4 до керуючих входів першої перемикальної матриці 3, виходи якої з'єднані з входами підсумовуючого операційного підсилювача 5, вихід якого є виходом пристрою, крім того, до виходів 4 блока компараторів 2 підключені керуючі входи другої 6 і третьої перемикальної матриці 7, опорні входи блока компараторів 2 з'єднані з відповідними інформаційними входами другої перемикальної матриці 6, підключеної виходами до інформаційних входів блока завдання вагових коефіцієнтів 8, виходи якого підключені до інформаційних входів третьої 7 перемикальної матриці, виходи якої 1 UA 88085 U 5 10 15 20 25 30 35 40 підключені до входів підсумовуючого операційного підсилювача 5, входи 9 керування першої перемикальної матриці 3, другої перемикальної матриці 6, третьої перемикальної матриці 7 підключені до першого 9 виходу блока синхронізації 10, другий керуючий вихід 11 якого підключений до відповідних керуючих входів 11 запуску першої 3, другої 6, третьої 7 перемикальних матриць, входи скидання першої 3, другої 6, третьої 7 перемикальних матриць підключені до зовнішнього керуючого входу "Скид" 12, диференціюючий ланцюг 13, вхід якого підключений до виходу 14 блока синхронізації 10, а виходи до відповідних входів тригера 15, вхід скидання якого підключений до керуючого входу "Скид" 12, прямий вихід тригера 15 підключений до першого входу першого елемента І 16, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора високочастотних імпульсів 17, вхід якого є зовнішнім керуючим входом "Запуск" генератора високочастотних імпульсів, вихід першого елемента І 16 з'єднаний з першим входом другого елемента І 18, другий вхід якого з'єднаний з відповідним виходом блока синхронізації 10, який також з'єднаний з першим входом третього елемента І 19, другий вхід якого є зовнішнім цифровим входом кусково-лінійного апроксиматора, виходи другого елемента І 18 і третього елемента І 19 підключені до відповідних входів елемента АБО 20, крім того, вихід перетворювача одиничного коду в напругу 21 підключений до інформаційного входу блока компараторів 2, інформаційний вхід якого також підключений до виходу МДП-ключа 22, вхід якого підключений до зовнішнього аналогового входу, а керуючий вхід МДП-ключа 22 з'єднаний з третім керуючим виходом блока синхронізації 10, додатково введений типовий перетворювач рівня напруги 23, який містить типовий повторювач 24 та типовий підсилювач 25, вхід типового повторювача 24 є входом перетворювача рівня напруги 23 і підключений до виходу елемента АБО 20, а вихід типового повторювача 24 підключений до входу типового підсилювача 25, вихід якого є виходом типового перетворювача рівня напруги 23 і підключений до входу перетворювача одиничного коду в напругу 21. В основу корисної моделі поставлено задачу зменшення відносної похибки від пульсацій на виході перетворювача одиничного коду в напругу, за рахунок збільшення рівня амплітуди одиничного коду, шляхом додаткового введення типового перетворювача рівня напруги, який містить типовий повторювач, вхід якого підключений до входу перетворювача рівня напруги, а виходом підключений до входу додатково введеного типового підсилювача, вихід якого з'єднаний з виходом перетворювача рівня напруги та підключений до входу перетворювача одиничного коду в напругу, це забезпечує збільшення рівня амплітуди і зменшення відносної похибки від пульсацій і, як наслідок, підвищується якість роботи формувача. Таким чином забезпечується надпідсумковий позитивний ефект, зумовлений сукупністю вказаних ознак, що задовольняє критерію "суттєві відмінності". На Фіг. 1 представлена функціональна схема формувача складних кусково-лінійних функцій. На Фіг. 2 представлена схема типового [3] перетворювача рівня напруги. Типовий перетворювач рівня напруги 23 виконаний на основі типового повторювача та типового підсилювача напруги [3]. Запропонований пристрій працює наступним чином: Основою формування складних кусково-лінійних сигналів аналогової форми є математична модель наступного виду G( X)  k 1 ( X j )  [a j  q1( j) X] n , (2) де G( X) - значення складних кусково-лінійних сигналів функції; ( X j )  0 або 1 в залежності від ділянки аргументу X ; 45 50 55 a j - кусково-ступінчаста функція уставок, пропорціональна цілим степеням основи системи числення; j - номер ділянки аргументу; q - константа основи системи числення; 1( j) - ціле число зі знаком (±), яке залежить від номера ділянки аргументу; X - вхідна змінна. Апаратурна реалізація формування складних кусково-лінійних сигналів аналогової форми на виході пристрою використовує математичну модель (2). Зберігаючи розширені функціональні можливості прототипу, запропонований формувач (Фіг. 1) працює в трьох режимах адекватно прототипу. Перед початком роботи в кожному режимі встановлюються в нуль елементи пам'яті формувача складних кусково-лінійних сигналів по керуючому сигналу "Скид" 12. 2 UA 88085 U Робота формувача складних кусково-лінійних сигналів у режимі перетворення аналогового вхідного аргументу в вихідну аналогову складну кусково-лінійну функцію здійснюється наступним чином. 1( j) 5 10 15 Припустимо, що в інтервалі зміни аргументу X j  X j 1 задана функція [a j  q X] , яка є складовою частиною функції G( X) . Вхідний аргумент аналогової форми X , під дією сигналу з третього керуючого виходу блока синхронізації 10, проходить через МДП-ключ 22 і надходить на інформаційний вхід блока компараторів 2. На опорні входи блока компараторів 2 надходить напруга з першої групи виходів джерела опорних напруг 1, пропорціональна величинам квантування аргументу X , на відповідному виході 4 блока компараторів 2 при співпаданні вхідного сигналу X з відповідним сигналом з джерела опорних напруг 1 встановлюється керуючий сигнал, який надходить на керуючі входи першої 3, другої 6 та третьої 7 перемикальних матриць. При цьому, під дією сигналів з виходів 4 блока компараторів 2, з першого 9 та другого 11 керуючих виходів блока синхронізації 10, стабілізована величина X надходить з джерела опорних напруг 1 на інформаційні входи другої перемикальної матриці 6, після проходження через яку, вказана стабілізована величина X надходить на вхід блока 8 завдання вагових 1( j) 20 коефіцієнтів, в якому X змінює своє значення в q разів, і поступає на вхід третьої перемикальної матриці 7, під дією керуючих сигналів з виходу 4 блока компараторів 2, виходів 9, 11 блока синхронізації 10 на виході третьої перемикальної матриці 7 з'являється сигнал 1( j) величиною q X , який надходить на вхід підсумовуючого операційного підсилювача 5, на який 25 також надходить значення уставки a j з другої групи виходів джерела опорних напруг 1 через першу перемикальну матрицю 3, під дією керуючих сигналів з виходу 4 блока компараторів 2, виходів 9, 11 блока синхронізації 10, на відповідний вхід підсумовуючого операційного підсилювача 5, на виході якого формується сигнал виду G j ( X)  a j  q1( j) X . Процес повторюється при появі на інформаційному вході нового значення аргументу в 30 35 40 45 50 55 інтервалі зміни аргументу X j 1  X j  2 . Робота формувача складних кусково-лінійних сигналів в режимі перетворення цифрового коду аргументу в вихідну аналогову складну кусково-лінійну функцію здійснюється наступним чином. Вхідний цифровий сигнал надходить на другий вхід третього елемента І 19, на перший вхід якого надходить сигнал з третього керуючого виходу блока синхронізації 10, вихідний сигнал третього елемента І 19 після проходження через елемент АБО 20 надходить на вхід перетворювача рівня напруги 23, на виході якого завдяки підсилювачу 25 збільшує амплітуду коду, що надходить на вхід перетворювача одиничного коду в напругу 21, який формує аргумент аналогової форми X на заданій ділянці аргументу. Подальший алгоритм роботи формувача складних кусково-лінійних сигналів здійснюється адекватно алгоритму режиму перетворення аналогового вхідного аргументу в вихідну аналогову складну кусково-лінійну функцію, що описаний вище. Робота формувача складних кусково-лінійних сигналів в режимі перетворення тривалості вхідних імпульсів у вихідну аналогову складну кусково-лінійну функцію здійснюється наступним чином. Генератор високочастотних імпульсів 17 запускається з приходом керуючого сигналу "Запуск". З блока синхронізації 10, через вихід 14, на диференціюючий ланцюг 13 надходять імпульси визначеної тривалості, диференціюючий ланцюг 13 під дією переднього фронту даного імпульсу встановлює тригер 15 в стан логічної одиниці, яка дозволяє проходження через перший елемент І 16, сигналів з генератора високочастотних імпульсів 17. Під дією заднього фронту імпульсу тригер 15 встановлюється в стан логічного нуля, в результаті чого через перший елемент І 16 припиняється передача високочастотних імпульсів з генератора високочастотних імпульсів 17. Високочастотні імпульси, що пройшли через перший елемент І 16, кількість яких пропорційна тривалості встановленого імпульсу, під дією сигналу з третього керуючого виходу з блока синхронізації 10, проходять через другий елемент І 18 та елемент АБО 20, і надходять на вхід типового перетворювача рівня напруги 23, який завдяки типовому повторювачу 24 та типовому підсилювачу 25 збільшує амплітуду коду, який надходить на вхід 3 UA 88085 U 5 перетворювача 21 одиничного коду в напругу, який перетворює його в напругу, що надходить на інформаційний вхід блока компараторів 2 з меншою відносною похибкою від пульсації. Подальший алгоритм роботи формувача складних кусково-лінійних сигналів здійснюється адекватно алгоритму режиму перетворення аналогового вхідного аргументу в вихідну аналогову складну кусково-лінійну функцію, що описаний вище. В результаті роботи, на виході підсумовуючого операційного підсилювача 5, формуються відповідні складні кусково-лінійні сигнали. Процес повторюється при появі на інформаційному вході нового значення аргументу в інтервалі зміни аргументу X j 1  X j  2 . 10 Припустимо, що у прототипу амплітуда пульсації U~m прот дорівнює амплітуді пульсації U~m винах , тобто U~m прот  U~m винах  1 . В Амплітуда на виході базового елемента АБО прототипу дорівнює U0 прот  5B , тоді пульс 15  U~m прот / U0 прот  1/ 5  0,2 . прот Нехай після додаткового введення типового перетворювача рівня напруги амплітуда на його виході приймає значення U0 винах  15В , тоді пульс 20 винах  U~m винах / U0 винах  1/ 15  0,07 . Отже, відносна похибка від пульсації у запропонованому пристрої пульс при порівнянні з пульс пульс 25 30 прот / пульс вин прот винах зменшується прототипу в  0,2 / 0,07  2,9 разу . Перевагою запропонованого формувача складних кусково-лінійних функцій є зменшення відносної похибки від пульсацій на виході перетворювача одиничного коду в напругу, за рахунок збільшення рівня амплітуди одиничного коду, як наслідок, підвищується якість роботи формувача, що збільшує конкурентоспроможність на ринку збуту. Джерела інформації: 1. А.С. № 417895, МПК Н 03 К 4/00 Кірюхін К.Н., Фроленков М.А. 2. Пат. 80851 УКРАЇНА, МПК G 06G 7/26 (2006.01). Формувач складних кусково-лінійних функцій/ А.Г. Лукашенко, Д.А. Лукашенко, І.А. Зубко, В. А. Лукашенко, В. М. Лукашенко; Заявник та власник Черкас, держ. технол.ун-т. - № U 2012 15113; заявл. 28.12.2012; опубл. 10.06.2013, бюл. № 11.(прототип). 3. Орандский ПП. , Автоматические измерения и приборы/ -К.: Вища школа, 1986. - 504 с. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Формувач складних кусково-лінійних функцій, що містить джерело опорних напруг, перша і друга групи виходів якого підключені відповідно до опорних входів блока компараторів та інформаційних входів першої перемикальної матриці, блок компараторів, підключений виходами до керуючих входів першої перемикальної матриці, виходи якої з'єднані з входами підсумовуючого операційного підсилювача, вихід якого є виходом пристрою, крім того, до виходів блока компараторів підключені керуючі входи другої і третьої перемикальної матриці, опорні входи блока компараторів з'єднані з відповідними інформаційними входами другої перемикальної матриці, підключеної виходами до інформаційних входів блока завдання вагових коефіцієнтів, виходи якого підключені до інформаційних входів третьої перемикальної матриці, виходи якої підключені до входів підсумовуючого операційного підсилювача, входи керування першої перемикальної матриці, другої перемикальної матриці, третьої перемикальної матриці підключені до першого виходу блока синхронізації, другий керуючий вихід якого підключений до відповідних керуючих входів запуску першої, другої, третьої перемикальних матриць, входи скидання першої, другої, третьої перемикальних матриць підключені до зовнішнього керуючого входу "Скид", диференціюючий ланцюг, вхід якого підключений до виходу блока синхронізації, а виходи до відповідних входів тригера, вхід скидання якого підключений до керуючого входу "Скид", прямий вихід тригера підключений до першого входу першого елемента І, другий вхід 4 UA 88085 U 5 10 15 якого з'єднаний з виходом генератора високочастотних імпульсів, вхід якого є зовнішнім керуючим входом "Запуск" генератора високочастотних імпульсів, вихід першого елемента І приєднаний до першого входу другого елемента І, другий вхід якого з'єднаний з відповідним виходом блока синхронізації, який також з'єднаний з першим входом третього елемента І, другий вхід якого є зовнішнім цифровим входом кусково-лінійного апроксиматора, виходи другого елемента І і третього елемента І підключені до відповідних входів елемента АБО, крім того, вихід перетворювача одиничного коду в напругу, підключений до інформаційного входу блока компараторів, інформаційний вхід якого також підключений до виходу МДП-ключа, вхід якого підключений до зовнішнього аналогового входу, а керуючий вхід МДП-ключа з'єднаний з третім керуючим виходом блока синхронізації, який відрізняється тим, що вихід елемента АБО підключений до входу додатково введеного типового перетворювача рівня напруги, який містить типові повторювач та підсилювач, вхід повторювача є входом перетворювача рівня напруги, а вихід повторювача підключений до входу підсилювача, вихід якого є виходом типового перетворювача рівня напруги і підключений до входу перетворювача одиничного коду в напругу. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5