FI105620B - Kytkentäsovitelma epälineaarisen siirtofunktion approksimoimiseksi - Google Patents

Description

105620

Kytkentäsovitelma epälineaarisen siirtofunktion approksimoimiseksi 5 Tämä keksintö koskee kytkentäsovitelmaa, jota käytetään logaritmisen tai antilogaritmisen/eksponen-tiaalisen siirtofunktion approksimoimiseksi patenttivaa-10 timuksen 1 lajimääritelmän mukaan. Se koskee lisäksi patenttivaatimuksen 9 mukaista valaistusjärjestelmää, jolla säädetään tai ohjataan yhden tai useamman valonlähteen valoisuutta.

Ihmissilmän kuten ihmisen kuulonkin herkkyys on 15 epälineaarinen. Tämä epälineaarisuus on likimäärin logaritminen. Lineaaristen ohjaus- tai säätöjärjestelmien käyttö halutun valoisuuden tai halutun äänenvoimakkuuden saamiseksi ei sen mukaan tuota lainkaan vastaavaa line-v : aarista valoisuus- tai äänenvoimakkuushavaintoa ihmisen 20 aistimissa. Siten lähdettäessä esimerkiksi ennalta määrä-tystä valoisuudesta sähköisen tai toisaalta valotehon moninkertaistumisella saavutetaan ihmisen havaitseman

I I

1 I

valoisuusvaikutelman kaksinkertaistuminen. Sama pätee akustisen aistivaikutelman tapauksessa.

· 25 Lineaariset säätö- ja ohjausjärjestelmät soveltuvat . siksi vain rajoitetusti valoisuuden ja äänenvoimakkuuden ohjaamiseen ja säätämiseen näköä tai kuuloa tyydyttävällä • · · *·* * tavalla. Tähän tarkoitukseen käytetään esimerkiksi analo- ·*.. givahvistimia, joilla on toisaalta logaritminen siirto- • 30 ominaiskäyrä ja toisaalta eksponentiaalinen siirto-omi- • · * naiskäyrä. Näiden analogivahvistimien kytkeminen peräk- - · · · • y/ käin tuottaa uudelleen lineaarisen siirto-ominaiskäyrän.

• · *···’ Mainitut logaritmiset tai eksponentiaaliset analogivah- vistimet käyttävät tällöin yleensä virran kulkusuuntaan 2 105620 kytketyn diodin tai transistorin eksponentiaalista virta/ jännite -ominaiskäyrää. Operaatiovahvistimella, jonka takaisinkytkentähaarassa tai tulohaarassa on virran kulkusuuntaan kytketty diodi, on logaritminen tai eksponenti-5 aalinen siirto-ominaiskäyrä. Diodin ominaiskäyrän voimakkaan lämpötilariippuvuuden takia kuitenkin myös tämä on voimakkaasti lämpötilasta riippuva. Lämpötilariippuvuuden ohella syntyy myös tasausongelmia, koska eri diodien ominaiskäyrät eivät ole tarkasti yhtäpitäviä, ja siten 10 useiden logaritmisen tai eksponentiaalisen ominaiskäyrän omaavien rinnakkaisten vahvistimien tasakäynti on epätyydyttävä.

Esillä olevan keksinnön tehtävänä siksi on aikaansaada sellainen kytkentäsovitelma, jolla on logaritminen 15 tai antilogaritminen (eksponentiaalinen) siirto-ominaiskäyrä ja jossa lämpötilavakavuutta on parannettu. Keksinnön tehtävänä on lisäksi aikaansaada mielivaltaisen ennalta määrätyn epälineaarisen siirtofunktion approksimointi -| seksi sellainen menetelmä, jossa edellä mainittuja lämpö- 20 tilaongelmia ei esiinny. Lopuksi vielä keksinnön tehtä-\vänä on aikaansaada sellainen valaistusjärjestelmä, joissa

I ( I

: valoisuus on silmää tyydyttävällä tavalla muutettavissa '!"! lineaarisesti muutettavasta ohjaussuureesta riippuvasti.

Ensinmainittu tehtävä on ratkaistu patenttivaati-25 muksen 1 lajimääritelmän mukaisella kytkentäsovitelmalla ....j patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkien avulla. Toisena mai- nittu tehtävä on ratkaistu patenttivaatimuksen 9 laji- i · · määritelmän mukaisella menetelmällä sen tunnusmerkkiosassa • · :*·’ esitettyjen tunnusmerkkien avulla. Lopuksi vielä kolmante- • » · ·...· 30 na mainittu tehtävä on ratkaistu patenttivaatimuksen 13 :V. lajimääritelmän mukaisella valaistusjärjestelmällä patent- «·· ti vaatimuksen 13 tunnusmerkin avulla.

• · « ·

Keksinnön mukaisten oppien olennainen vaikutus on se, että kerran asetellulle epälineaariselle, erityisesti 3 105620 logaritmiselle tai antilogaritmiselle siirto-ominaiskäy-rälle on nyt saatavissa lämpötilavakavuus. Samalla keksintö tekee mahdolliseksi analogisen tai digitaalisen tu-losignaalin analogi-digitaali- tai digitaali-analogimuun-5 noksen, jolla on edellä mainittu ominaiskäyrä. Digitaaliset ohjaussuureet voidaan siten muuntaa analogisiksi oh-jaussuureiksi ja antaa ne ohjaussuureiksi analogisille ohjauksille tai säädöille, joilla on lineaarinen ominais-käyrä. Samalla tavoin on keksinnön mukaan mahdollista 10 vaihtaa analogisista ohjaussuureista digitaalisesti ohjat-tuihin tai säädettyihin järjestelmiin samalla kun taataan logaritminen tai eksponentiaalinen ominaiskäyrä.

Keksinnön eräs toinen olennainen vaikutus on tasa-käynnin mahdollisuus useilla rinnakkaisilla valaistusjär-15 jestelmillä, joita ohjataan yhdellä analogisella tai digitaalisella ohjaussuureella. Parannetun tasakäynnin ohella myös lämpötilavakavuus on olennainen tekijä eri valaistus-järjestelmien ajallisen vakavuuden ja ajallisen tasakäyn-'1' * nin ylläpitämiseksi.

] 20 Keksinnön tarkoituksena on myös analogi-digitaali- tai digitaali-analogimuuntimien toteutuksessa saavutettava : säästö. Tähän liittyvä keksinnön mukainen vaikutus on sa- maila mittausalueella herkemmän alueen suurentunut erotus- *.t: : tarkkuus. Tämä vastaa käytettävissä olevien digitaalisten 25 sanojen tiivistämistä pienellä alemmalla valoisuusalueel- ....: la.

• ·

Jos ensi aluksi lähdetään lineaarisesta järjes- • · · telmästä, niin digitaalisen ohjaussanan 10 % muutos vastaa « · : ” valaisimeen syötetyn tehon esimerkiksi noin 10 % muutosta.

• · · ·..,· 30 Ohjaussuureen 10 % muutos aikaansaa siten säännönmukaises- ti tehon 10 % muutoksen. Tämä pätee koko tehonohjausalu-eella. Digitaalisilla ohjaussuureilla sen arvoalueen, joka ohjaussuuresignaalilla voi olla, määrää digitaalisen sanan bittien lukumäärä. Esimerkiksi 8 bitin käyttäminen 4 105620 mahdollistaa 256 erilaista yksinapaista (0...+256) ohjaus-suureen arvoa. Edellä mainittua lineaarista siirto-omi-naiskäyrää vastaten saadaan siis myös 256 mahdollista tehoa ja siten 256 mahdollista valoisuusporrasta.

5 Ihmissilmän epälineaarisesta herkkyydestä johtuen tätä lineaarista riippuvuutta ei kuitenkaan havaita lineaarisena valoisuudenmuutoksena. Valoisuuden 1 % muutos täytyy aina suhteuttaa suoraan kulloiseenkin valoisuuden arvoon (nimellisarvoon), sitä ei saa suhteuttaa suurimpaan 10 mahdolliseen valoisuuden arvoon. Valoisuuden 1 % muutos jo ainoastaan 10 %:lla suurimmasta mahdollisesta valoisuudesta vastaa siten valoisuuden välttämätöntä 0,1 % muutosta kymmenesosalla suurimmasta mahdollisesta valoisuudesta. Tämä vaatii pienemmillä valoisuuden arvoilla valoisuuspor-15 rastuksen pienentämistä. Tämä voidaan lineaarisissa järjestelmissä saavuttaa kuitenkin vain suurentamalla koko-naiserotustarkkuutta, ts. suurentamalla käytettävien digitaalisten ohjaussanojen bittileveyttä. Alempien va- lii V ' loisuusalueiden erotustarkkuuden suurentamisen ohella 20 suurennetaan lineaarisella ominaiskäyrällä erotustarkkuut-

« I

ta samalla myös ylemmillä valoisuusalueilla suurimpaan : valoisuuteen asti. Suuremman valoisuuden alueilla tätä erotustarkkuutta ei kuitenkaan tarvita olkoonkin, että .‘j'; pyritään suurempaan kokonaisporrastukseen. Lisäksi se 25 nostaa tarpeettomasti kustannuksia. Edellä mainitussa i<t>; esimerkissä olisi valoisuusalueen alapäässä vaadittu 0,1 % • * valoisuusporrastus nyt käytettävissä myös valoisuusalueen *, yläpäässä. Siellä tällä ei ole mitään vaikutusta.

• · • *·· Keksinnön mukaan suurennetaan nyt tehoporrastusta 30 valoisuuden kasvaessa. Tämä saavutetaan yksinkertaisimmas-sa tapauksessa kahdella toisiaan leikkaavalla suoralla, joilla on eri kaltevuus. Erityisen edullinen on jatkuva ·” porrastuksen muutos likimäärin eksponentiaalisen eli anti- logaritmisen siirtofunktion muodostamiseksi. Ohjaus- ja 5 105620 säätöjärjestelmissä käyttämisen ohella tämän keksinnön mukaista menetelmää ja keksinnön mukaista kytkentäsovitel-maa voidaan edullisesti käyttää myös valomittausjärjestelmissä tai elektronisissa esikytkentälaitteissa kaasu-5 purkauslamppujen valoisuuden ohjaamiseksi. Samoin nykyisillä vaiheleikkaushimmennyksessä silmää tyydyttävä himmentäminen on mahdollinen tämän keksinnön avulla.

Huomattakoon että matemaattisesti oikealla eksponenttifunktiolla abskissa-arvolla 0 ordinaatta-arvo on 10 1. Keksinnön mukaisen menetelmän ja kytkentäsovitelman ohjaus-, mittaus- ja säätöominaiskäyrällä siirtofunktio lähtee kuitenkin säännönmukaisesti origosta. Tämä vastaa pystysuunnassa siirtynyttä likimäärin eksponentiaalisesti kulkevaa siirto-ominaiskäyrää. Logaritmisen ominaiskäyrän 15 omaava siirtofunktio on siirtynyt vaakasuunnassa tähän nähden peilikuvamaisesti siten, että myös se lähtee origosta.

Logaritmisen tai antilogaritmisen ominaiskäyrän • » » omaavan kytkentäsovitelman ohjaus- ja säätöjärjestelmässä ' ' 20 edullisen käytön ohella voidaan kustannusten säästämiseksi ja vaadittujen digitaalisten ratkaisujen helpottamiseksi « · < • edullisesti käyttää myös kahta mainittua kytkentäsovitel-maa. Nämä on sitten sovitettava peilikuvamaisesti; analo-gi-digitaalimuunnin muodostaa logaritmisen funktion tulo- « 25 puolella, sisäisesti ohjaus- tai säätöjärjestelmä toimii (logaritmisia suureita käyttäen) lineaarisesti, lähtöpuo-Ien siirto-ominaiskäyrä toteutetaan antilogaritmisena eli • · « eksponentiaalisena. Tällä tavoin järjestelmän sisäiset, : ·’ ohjelmateknisesti työläät kertolaskut ja jakolaskut tule- • · · *...* 30 vat mahdollisiksi yksinkertaisten yhteenlaskujen ja vähen- nyslaskujen avulla. Toiminnallisesti molempien kytkentä- .···. järjestelmien on silloin katsottava olevan sarjaankytke- • « tyt, jolloin niiden kokonaisvaikutus linearisoituu.

6 105620

Keksinnön mukaisen kytkentäsovitelman ja keksinnön mukaisen menetelmän edullisia suoritusmuotoja on esitetty alivaatimuksissa. Tämä koskee erityisesti puolen analogisesta tulosignaalista (analogi-digitaalimuuntimella) tai 5 puolen analogisesta lähtösignaalista kytkemistä (digitaa-li-analogimuuntimella) asianomaisen muuntimen asianomaiseen vertailusisäänmenoon. Tällöin saavutetaan mahdollisimman suuressa määrin ihmisen näköominaiskäyrän mukainen approksimaatio erityisen edullisella tavalla.

10 Digitaali-analogimuunnin ja analogi-digitaalimuun- nin voivat saada vertailusignaaleiksi sekä jännitteitä että virtoja. Sama pätee analogisille tulo- ja lähtösuu-reille.

Keksintö selitetään seuraavassa suoritusesimerkkei-15 hin liittyen. Piirustuksissa kuvio 1 esittää keksinnön ensimmäistä suoritus-esimerkkiä analogi-digitaalimuuntimena (ADM), jolla analogisen tulosuureen ja digitaalisen datasanan välinen siir-

I · I

' tofunktio on likimäärin logaritminen, '· ' 20 kuvio 2 esittää keksinnön toista suoritusesimerkkiä • i ·.’· digitaali-analogimuuntimena (DAM), jolla digitaalisten • · · \ ’ tulotietojen ja analogisen lähtösuureen välinen siirto- ·:· funktio on likimäärin eksponentiaalinen, ·*·*: kuvio 3 esittää tavallisen kaupallisen ADM:n tai 25 DAM:n lineaarisesti porrastettua siirto-ominaiskäyrää ja keksinnön mukaan mahdollisia ominaiskäyriä, • · ... kuvio 4 esittää kuvioissa 1 ja 2 asianomaisen • · * muuntimen analogisen tulo- tai lähtösignaalin yhdistämi- • · • ’·· seksi vertailusignaaliksi käytetyn kytkentäsovitelman «·· :...: 30 yksityiskohtaisen piirikaavion.

;·*·. Kuvio 1 esittää tavallisen kaupallisen ADM:n 20, johon on syötettävissä analoginen vertailusignaali Vref • · ja analoginen tulosignaali V^n. ADM 20 on liitetty positiiviseen apujännitteeseen Vcc ja maahan GND. Ulostuloonsa 7 105620 ADM 20 antaa ennalta määrätyn bittileveyden, esimerkiksi 8 bittiä, 10 bittiä tai 12 bittiä, omaavia digitaalisia datasanoja Wout. Nämä datasanat Wout vastaavat digitaalisessa esitysmuodossa analogista tulosignaalia V^n ottaen 5 huomioon digitaalimuunnokseen käytetyn vertailusignaalin Vref· ADM:ssä on muita ohjausliitäntöjä, joiden avulla muun muassa alustetaan analogi-digitaalimuunnokset, kytketään digitaaliset lähtöohjaimet virrallisiksi/virrattomik-si tai annetaan muita tietoja ADM:lie. Vertailutuloliitän-10 tä Vref on liitetty analogisen summauselimen 10 lähtölii-täntään. Summauselimessä 10 on kaksi analogisisäänmenoa, joista toiseen syötetään viitejännite Vg tai vastaava viitevirta Ig ja toiseen syötetään analoginen tulosignaali V^n vahvistuksen k omaavan suhde-elimen 11 kautta. Sum-15 mauselin 10 voi, kuten on mainittu, summata joko virtoja tai jännitteitä. Samoin ADM:n vertailusisäänmenoon Vref voidaan antaa vertailuvirtoja tai vertailujännitteitä.

... Tämä riippuu asianomaisesta ADM-tyypistä.

' ] Analoginen tulosignaali V^n, joka voi olla ohjaus- 20 suure- tai mittaussignaali, ohjaa nyt ensinnäkin ADM:n 20 ·: analogisisäänmenoa ja suhde-elimen 11 kautta analogista • summausvahvistinta 10. Tämä antaa lähtöliitäntäänsä paino- '!"! tetun analogisen tulosignaalin k*V^n ja viitesignaalin Vg summan. ADM:lie ominaisen lineaarisen siirto-ominaiskäy-25 rän, m • · :*·*: ^out=^max*^in/^0' (1) • · : ** mukaan analoginen tulosignaali V^n muunnetaan vastaavaan • · · ·...· 30 digitaaliseen lähtöesitysmuotoon Wout vaadittaessa A/D- muunnosta yhden ohjaus johtimen välityksellä. Suurin digi- .·*·. taalinen arvo Wmax riippuu ADM:n erotustarkkuudesta. Se määräytyy sanan bittileveydestä, 8 bitillä Wraax=256, 10 bitillä Wmax=1024. Tämä pätee yksinapaisilla tulosig- 8 105620 naaleilla V^n>0. Jos pitää käyttää symmetristä kaksinapaista tulosignaalia, puolittuu kulloinkin suurin lähtö-amplitudi, koska positiiviset ja negatiiviset analogisuu-reet täytyy esittää digitaalisina.

5 Lineaarisella ADM:llä suhdetekijä k=0, joten ver- tailusignaali Vref=Vg. Tämä vastaa muuttumatonta ja vakiota, erityisesti lämpötilan suhteen vakiota vertailuarvoa. Analoginen tuloarvo V^n muunnetaan rajojen 0<ν^η<νΓβ£ sisällä lineaarisin portain vastaavaksi digitaaliseksi 10 sanaksi Wout. Jos valitaan k>0, niin syntyy muuttuvasti tulosignaalista V^n riippuva vertailujännite Vref. Se riippuu — k:n suuruudesta riippuen — voimakkaammin tai vähemmän voimakkaasti tulosignaalista.

15 Wout=Vin/(Vref+k1Vin) (2) määrää nyt analogisuureen V^n muunnoksen digitaaliseen esitysmuotoon Wout. Tämä siirto-ominaiskäyrä eli siirto-"·,·'· funktio on epälineaarinen. Jos nyt valitaan suhde-elimen 20 11 kertoimelle k arvo k=0,5, niin siirto-ominaiskäyräksi :‘v voidaan saada yhden segmentin osalta logaritmifunktion |V; hyvä likiarvo.

• I

Tämä esitetään seuraavassa luonnollisen logaritmin • 2 ln(x) Taylorin potenssisarjakehitelmän avulla: 25 o.snn(x) - ^ 1 ... (3) « · · • I · * • · • · • · · * .***: 30 Se esittää luonnollisen logaritmin sarjakehitelmää, joka • · · konvergoi, kun x>0.

• a 1 φ 9 · 2 • · · 9 105620

Siirto vaakasuorassa suunnassa x' korvaa (x+l):n (4) 5 antaa siirtyneen logaritmifunktion seuraavan yhtälön mukaan (x^ jätetty huomioonottamatta) ln(x+1) - 1+0>5χ + 3(i+o,5x* (5) 10

Kun x<l, tulee jo kuutiollinen lauseke lineaariseen osaan verrattuna merkityksettömäksi. Yhtälön (5) ensimmäinen termi vastaa silloin (2):ta, jolloin suhde-elimeen 11 ja 15 summausvahvistimeen 10 kytketyn ADM:n 20 siirtofunktio likimääräisesti antaa siirtyneen logaritmifunktion.

Muilla k:n arvoilla voidaan approksimoida muuttuneen kaltevuuden omaavia logaritmisia funktioita tai muita r I · ' epälineaarisia siirtofunktioita. k:n mitoituksessa on 20 otettava huomioon ainoastaan vertailu jännitteen Vref maksimiarvo. Tämä ei saa suurimmalla tulojännitteellä V^n ·'·*: ja ennalta määrätyllä viitesignaalilla Vq ylittyä. Tällöin • i voidaan sekä viite jännitettä Vq että suhdetekijää k muut- /:*. taa laajoissa rajoissa.

« · · 25 Samalla tavoin voidaan kuvion 1 yhteydessä kuvattu . logaritmisen siirtofunktion muodostus "peilata" kuvion 2 ... mukaisen digitaali-analogimuuntimen (DAM) 30 antilogarit- • · * ' misen eli eksponentiaalisen siirto-ominaiskäyrän muodos- tamiseksi. DAM:llä 30 on myös tällöin vertailusisäänmeno • .***; 30 Vref sekä jo kuvion 1 yhteydessä selitetyt ohjaus- ja ··· tilasisäänmenot ja -ulostulot. Kuviossa 2 ainoastaan • · « ·„; tietoja välittävän datavuon suunta on käännetty. DAM:lie *·' syötetään digitaaliset tiedot ja se antaa analogisen lähtösignaalin Vout. Tämä syötetään puolestaan suhde- 10 105620 elimen 11 ja summausvahvistimen 10 välityksellä vertai-lusisäänmenoon Vref. Summausvahvistimeen 10 syötetään, kuten kuviosta 1 ilmenee, viitejännite Vq toisena tulosig-naalina. Se puolestaan muodostaa kummankin tulosignaalinsa 5 summan. DAM:llä 30 on ADM:ään 20 verrattuna muuttunut, lähes lineaarinen siirto-ominaiskäyrä. Tässä pätee ^out = vref*Win/(Wmax+1) vout " vref*^in/wmax (6) 10 Digitaaliset tulotiedot W^n muunnetaan (6):n mukaan analogiseksi lähtösuureeksi Vout. Wmax vastaa, kuten jo kuvion 1 yhteydessä on mainittu, suurinta digitaalista datasanaa. Arvolla k=0 saadaan lineaarinen siirto-ominaiskäyrä; jokainen digitaalinen tulosignaali W^n muunnetaan lineaa-15 rista siirto-ominaiskäyrää (jota kuvio 3 esittää) vastaavasti. Analogisen lähtösignaalin osittainen takaisinkytkentä vertailusisäänmenoon Vref suurentaa analogisen lähtösignaalin suuretessa jokaisen esiintyvän digitaa-

• · I

V '· lisen bitin vaikutusta. Tämä vastaa eksponentiaalista 20 siirto-ominaiskäyrää ♦ · • « < • « · » · • V ^out = (v0+^*vout)*Win/(wmax+1) (7) «

Arvolla k=0,5 antaa edellä (3):n, (4):n ja (5):n yhteydes- 25 sä esitetty potenssisarjakehitelmä nyt peilikuvamaisesti . likimäärin eksponentiaalisen siirto-ominaiskäyrän. Tämä • · ... on (4):n vaakasuuntaista siirtymää vastaten nyt peilikuva- • « · *·* maisesti siirtynyt pystysuunnassa.

·· Ϊ ’·· Suurenevalla k;n arvolla DAM:n 30 muodostama siir- 30 tofunktio tulee jyrkemmäksi. k:n lähestyessä 0:aa siirto-ominaiskäyrä lähenee (6):n lineaarista siirtofunktiota.

• · Tällainen lineaarinen siirto-ominaiskäyrä on kuviossa 3 • t ·" esitetty porrasmaisena.

11 105620

Kuvio 3 esittää tällöin riippuen siitä, onko valittu digitaalinen tulosignaali vai analoginen tulosignaali, ADM:n 20 (abskissa-akselilla analoginen tulosignaali) tai DAM:n 30 (ordinaatta-akselilla digitaalinen tulosignaali 5 Win) idealisoitua siirtofunktiota. Tulosignaalin valitusta lajista riippuen voidaan toiselta akselilta lukea suureen vastaava digitaalinen tai analoginen esitysmuoto. Katkoviivoin on piirretty kaksi funktiota a) ja b), jotka vastaavat niitä siirtofunktioita, jotka voidaan aikaansaa-10 da kuvion 1 tai kuvion 2 mukaisella kytkennällä, a) esittää tällöin summausvahvistimella 10 ja suhde-elimellä 11 varustetun ADM:n 20 likimäärin logaritmista siirtofunktiota. Jos kADM suurenee, niin siirto-ominaiskäyrä loive-nee nuolen osoittamaan suuntaan.

15 Samalla tavoin siirto-ominaiskäyrä b) esittää kuvion 2 samalla summausvahvistimella 10 ja suhde-elimellä 11 varustetun DAM:n 30 likimäärin eksponentiaalista siir-to-ominaiskäyrää. Kun kDAM suurenee, niin piirretty eks-V ' ponentiaalinen siirto-ominaiskäyrä tulee jyrkemmäksi.

20 Kumpikin funktio a) ja b) approksimoivat arvolla k=0 r ( <<'1; ideaalista lineaarista ja porrasmaista muuntimen ominais- i' ': käyrää.

« i >·: Arvo k=0,5 antaa kummallekin kuvion 1 ja kuvion 2 mukaiselle käytölle valaistus-, mittaus-, ohjaus- ja 25 säätötarkoituksissa erityisen edullisen siirto-ominais- p<t>; käyrän (siirtofunktion). Jos tällaisessa järjestelmässä • 9 ... käytetään sekä kuvion 1 mukaista analogi/digitaali-tulo- • i · *. muunnosta että kuvion 2 mukaista digitaali/analogi-lähtö- j ’·· muunnosta, niin tulo- ja lähtömuunnoksen vastaavien k:n 30 arvojen tulisi olla olennaisesti yhtäsuuret. Tällöin • · · molemmat ominaiskäyrät a) ja b) ovat peilisymmetriset.

• < ',.1 Kumpikin siirto-ominaiskäyrä, sekä kuvion 1 että * · kuvion 2, eli funktiot a) ja b) kuviossa 3 alkavat origosta. Tämä vastaa (4):n mukaan mainittua likimäärin logarit- 12 105620 misen funktion vaakasuuntaista siirtoa ja likimäärin eksponentiaalisen funktion pystysuuntaista siirtoa. Kumpikin funktio alkaa origosta likimäärin 45° kaltevuudella. Jos nyt haluttaisiin muuttaa alkukaltevuutta, tämä voidaan 5 aikaansaada viite jännitteen Vg valinnalla tai ennalta määrätyn V0:n eri painolla kg (Vg:n osalla). Arvon Vg pienentäminen tai Vg:n osan pienentäminen suhteessa ADM:-lle 20 ennalta määrättyyn (datalehden) arvoon suurentaa kuvion 3 funktion a) alkukaltevuutta (origossa) kuvion 1 10 mukaisella kytkentäsovitelmalla. Samalla tavoin DAM:n 30 viitejännitteen Vg pienentäminen datalehden antaman arvon suhteen tai pienennetty painotus summausvahvistimessa 10 pienentää kuvion 3 funktion b) alkukaltevuutta.

Suhteessa kg pienennetyn/suurennetun viitejännit-15 teen Vg ja suhde-elimen 11 (suhdekertoimella k) painotetun analogisen tulojännitteen Vin sovitetun yhteistoiminnan avulla voidaan asetella sekä likimäärin logaritmisen funktion a) kaltevuus että sen suurin päätearvo. Tällä tavoin tulee mahdolliseksi suurimmalla analogisella tulo-20 arvolla Vmax saavuttaa suurin digitaalinen lähtösana Wmax ; likimäärin logaritmisella ominaiskäyrällä. Jos suurin « t i .'i;' tulojännite V^n=Vmax ja jos nimellinen vertailu jännite • * ' Vref=0 V' ni*n edullisesti pienennetty viitejännitteen kerroin kg määräytyy seuraavan yhtälön mukaan • · · 25 ^*^max+^0*^0®^ref0 • e ·· · 5,· ’ vref0 kuvaa vertailu jännitteen Vref nimelliarvoa (data- ··* lehden antamaa arvoa).

* »· *...t 30 Se mitä edellä on sanottu, pätee soveltuvin osin • · *!* myös kuvion 2 mukaisella kytkentäsovitelmalla; tätä kos- • · · kee kuvion 3 funktio b), jonka alkukaltevuutta origossa on « « « pienennetty verrattuna lineaariseen siirto-ominaiskäyrään, jolloin samalla suurimmalla digitaalisella datasanalla 13 105620 win=wmax DAM:n 30 ulostulossa esiintyvä analogiarvo vout vastaa nimellis- eli maksimiarvoa Vmax. Kummassakin viimeksi mainitussa tapauksessa ei siis menetetä mitään erotustarkkuudesta, ja Wmax tai Vmax saavutetaan kummassa-5 kin tapauksessa.

Lopuksi vielä kuvio 4 esittää kytkentäesimerkin suhde-elimelle 11 ja summauselimelle 10, jotka kehittävät tarvittavan muuttuvan vertailujännitteen Vref. Analoginen tulo- tai lähtösignaali ohjaa vastuksen R ja potentiomet-10 rin T sarjakytkennän avulla operaatiovahvistimen 12 kääntävää (invertoivaa) sisäänmenoa. Kääntävään sisäänmenoon syötetään lisäksi virta Iq=Vq/R. Operaatiovahvistimen 12 lähtöliitäntä on toisen vastuksen R kautta liitetty kääntävään tuloliitäntään. Tällä tavoin kytketyn kääntävän 15 summausvahvistimen ulostulossa esiintyy viitejännitteen Vq ja painotetun analogisen tulo- tai lähtöjännitteen summa. Kun R=T, saadaan edellä erityisen edulliseksi kuvattu suhdetekijä k=0,5. Siinä tapauksessa, että inver-: toitu jännitesignaali ADM:n 20 tai DAM:n 30 operaatiovah- ·:·: 20 vistimen 13 ulostulossa täytyy syöttää positiivisen jän- nitteen tai virran muodossa, voidaan sen perään kytkeä • · toinen operaatiovahvistin 13. Tämä on tulo- ja takaisin- • a kytkentävastuksina olevilla kahdella vastuksella R kytket- • · #·... ty siten, että sen vahvistus on -1. Sen lähtöliitäntä • · · 25 ohjaa joko suoraan tai lisätyn virranantovastuksen kautta . ADM:n 20 tai DAM:n 30 vertailujännitesisäänmenoa Vref tai vertailuvirtasisäänmenoa Iref. Edullisesti voidaan lisäksi V * käyttää vertailujännitesignaalin Vref tai vertailuvir- tasignaalin Iref suodatusta. Tämä tasoittaa mahdollisia .·*·. 30 hyppäyskohtia kytketyn epälineaarisen ADM:n 20 tai DAM:n

«M

30 siirtofunktiossa. Suodatus voi tapahtua operaatiovavis- • i « *it|' timen 13 takaisinkytkentävastuksen R rinnalle kytketyn « · *··* suodatuskondensaattorin avulla; tämä suodatuskondensaat- 14 105620 tori voidaan kytkeä myös operaatiovahvistimen 12 takaisin-kytkentävastuksen R rinnalle.

Eräs toinen, vain vertailujännitesignaalin Vref muuttuvan osan suodattava, edullinen muunnos aikaansaadaan 5 operaatiovahvistimen sisäänmenossa olevan T-suotimen avulla. Tällöin suodatuskondensaattorin toinen tuloliitän-tä kytketään vastuksen R ja potentiometrin T välille, joka sarjakytkentä muodostaa kytkennän analogisen tulo- tai lähtösignaalin ν^η,νουΐ ja operaatiovahvistimen 12 kääntä-10 vän tuloliitännän välillä. Sen toinen tuloliitäntä kytketään maahan.

Valaistusjärjestelmässä, jossa tehonsäätö suoritetaan elektronisen esikytkentälaitteen (EVG) avulla, voidaan edullisesti käyttää sekä kuvion 1 mukaista että 15 kuvion 2 mukaista kytkentäsovitelmaa. EVG:ssä suoritettu tehonsäätö kehittää valaisimeen (kaasupurkauslamppuun) syötettävän tehon. Tämä aikaansaadaan tavallisilla lamppu-kuormituspiireillä, jotka ovat sarjaresonanssipiirejä, EVG:n antaman lähtevän vaihtojännitteen taajuuden muutok-20 sen avulla. Tehonsäätö edellyttää ohje-oloarvovertailua.

• ♦ · « Tämä suoritetaan ennalta määrätyllä ohjeteholla PQhje Ja . . lampulta tai EVGrstä mitatulla tehon oloarvolla P0i0· Jos ( i * oletetaan että olosuhteet ovat täysin lineaariset, ts.

· • ·* että EVG:llä on lineaarinen ohjausominaiskäyrä, niin * * 25 ennalta määrätty ohjeteho antaa lampuille lineaarisen V * riippuvuuden mukaan tehon lineaarisen oloarvon. Tämä ei vastaa ihmissilmän valoisuusaistimusta.

*!**! Tästä syystä ohjearvokanavaan voidaan edullisesti liittää kuvion 2 mukainen kytkentäsovitelma. Tällä on 30 likimäärin eksponentiaalinen ominaiskäyrä, jolla saavute- • · · taan silmää tyydyttävä — ihmisen aistihavainnon mukaan * t '·;· sovitettu — valoisuuden muutos. Tällöin ohjearvo voidaan « · * j V antaa digitaalisena, kuvion 2 DAM:n 30 jälkeen esiintyy analoginen ohjaussuure, joka sitten annetaan EVG:n sisäl- • · · is 105620 tävään analogiseen tehonsäätöpiiriin. Edullista on, että digitaalinen oloarvo on aseteltavissa ja että tavanomainen analoginen säätöpiiri toimii analogisen ohje-oloarvover-tailun (P0hje“polo) perusteella. Tämä on erityisen käytän-5 nöllistä, koska mitattu teho tavallisesti on käytettävissä analogisuureena P0lo1

Erään toisen edullisen muunnoksen — kuvion 2 kyt-kentäsovitelmassa käytettynä — muodostaa digitaalinen ohje-oloarvovertailu. Tässä tapauksessa annetaan digitaa-10 linen ohjearvo PDhje "tästä vähennetään digitaalinen oloarvo P0i0· Nyt digitaalisessa muodossa oleva erotus ohjaa EVG:tä ja EVG:ssä olevaa vaihtosuuntaajaa. Tämä on erityisen edullista silloin, kun vaihtosuuntaaja on vie-rasherätteinen ja kun sen lähtötaajuus on määrättävissä 15 digitaalisesti aseteltavan VCO:n (voltage controlled oscillator; jänniteohjattu oskillaattori) tai digitaalisella laskurilla ohjatun taajuusgeneraattorin avulla.

Samoin mitattu analoginen tehon oloarvo muunnetaan summauselimen 10 ja suhde-elimen 11 sisältävällä ADMillä ·/": 20 20 digitaaliseksi mittausarvoksi P0lo1 mittausarvol- la on siten likimäärin logaritminen ominaiskäyrä. Silmää ; tyydyttävä valoisuuden muutos saavutetaan aikaisemmin • « · .’ ·' mainitulla muunnoksella vaihtoehtoisesti oloarvokanavan v · vaikutuksen avulla.

... 25 Edellä selitetyt säätötekniset kytkentäsovitelmat • · · *·1 1 muodostavat edullisia suoritusmuotoja. Muodostettujen kytkentäkaavioiden muutokset puhtaasti säätöteknillisten muunnosten puitteissa ovat mahdollisia, joten näitä ei • · · ϊ.ϊ : erikseen lähemmin selitetä.

·· • · • · · « , Ml « 1 « · * · • · • · · «

Claims (10)

16 105620

1. Kytkentäsovitelma logaritmisen tai antilogarit-misen siirtofunktion approksimoimiseksi digitaalisen 5 tulosignaalin (Win) likimäarin logaritmisen tai antilo-garitmisen siirto-ominaiskäyrän omaavan digitaali-ana-logimuunnoksen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että digitaali-analogimuuntimeen (DÄM,30) on johdetta-10 vissa analoginen vertailusuure (Vref) ja digitaalinen/ binäärinen (Win) tulosignaali, muunnin (20,30) kehittää analogisen lähtösignaalin (Vout) olennaisesti lineaarisen muunninominaiskäyrän perusteella, 15 lineaariselle muuntimelle (30) on ennalta annetta vissa ei-vakio, analogisesta lähtösignaalista (Vout) riippuva vertailusuure (Vref) , ja on järjestetty analogisen lähtösignaalin (Vout) ohjaama vahvistinkytkentä, jonka ulostulojännite (Vout) 20 muodostaa sekä kytkentäsovitelman (10,11,20) analogisen lähtösignalin (Vout) että takaisinkytkentäsignaalin ana- ·:··· logiseksi kytkennäksi vertailusuureeseen (Vre£) . • · • · · • · · • ·

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäsovitel- • · 25 ma, tunnettu siitä, että ei-vakiovertailusuure • · (Vref) käsittää ensimmäisen osan, joka on kytkentäsovi- • · · telmaa käytettäessä muuttumaton viitesuure (V0), sekä toisen osan, joka on kytkentäsovitelmaa käytettäessä · · ,···, asianomaisen muuntimen (30) muuttuvan lähtösignaalin « « * t 30 (Vout) osa (k) . • » * * '· 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäsovitel ma, tunnettu siitä, että ensimmäinen osa on olennaisesti yksi ja että toinen osa (k) on olennaises- • t · • · « · · 105620 ti 0,5, jolloin muodostuu kytkentäsovitelman (10,11,30) olennaisesti logaritminen tai antilogaritminen siirto-funktio-ominaiskäyrä.

4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mu kainen kytkentäsovitelma, tunnettu siitä, että käytetään summauskytkentää (10,11,12,13;1), joka antaa muuntimelle (30) analogisen vertailusuureen (Vref) samalla kun sille (1) syötetään sekä analoginen 10 lähtösignaali (Vout) , jonka tuloamplitudi on aseteltu ensimmäisen kiintovastuksen (R) ja aseteltavan vastuksen (T) avulla, että muuttumaton viitesuure (V0) toisen kiintovastuksen (R) kautta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kytkentäsovitel ma, tunnettu siitä, että summauskytkentäsovitelma(1) käsittää ensimmäisen-summausvahvistimen/operaatiovahvistimen (12) vertailusuureen (Vref) ensimmäisen ja toisen osan virta- tai 20 jännitesumman muodostamiseksi ja riippuen muuntimen (30) tarvitsemasta vertailusuu-·;·; reen (Vref) etumerkistä ensimmäisen vahvistimen (12) jälkeen on kytketty kääntävä toinen vahvistin (13), « · •V. jonka vahvistus on mieluimmin -1, jolloin joko ensim- • · ..... 25 mäinen vahvistin (12) tai toinen vahvistin (13) antaa /r. muuntimelle (30) jännite- tai virtasignaalin analogi seksi vertailusuureeksi (Vref) .

6. Patenttivaatimuksen 4 tai patenttivaatimuksen 5 i i · mukainen kytkentäsovitelma, tunnettu siitä, että • · · / 30 aseteltavan vastuksen (T) vastusarvo olennaisesti • · ' * vastaa samanarvoisten ensimmäisen ja toisen kiintovas- * ** tuksen (R) vastusarvoa tai että aseteltavan vastuksen : V (T) muodostaa kolmas samanarvoinen kiintovastus (R) . « · · • · • · «« « 18 105620

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kytkentäsovitel-ma, tunnettu siitä, että muuntimen (30) analoginen lähtösignaali (Vout) 5 muodostuu lähtövirrasta ja vahvistin on kytketty virta- j ännitemuuntimeksi .

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kytkentäsovitel-ma, tunnettu siitä, että 10 summauskytkentäsovitelma(1) digitaali-analogimuun- timessa (30) , jonka analogisen lähtösignaalin (Vout) lähtövirta muodostaa, käsittää ensimmäisen virta- jännitemuuntimeksi kytketyn vahvistimen (12) ja tämän perään kytketyn, summausvahvistimeksi ensimmäisen 15 vahvistimen (12) lähtösignaalin osalle ja viitesuureen (V0) osalle tarkoitetun toisen vahvistimen (13), jolloin osat määräävät vahvistuskertoimet valitaan kiintovastusten (R) ja/tai aseteltavien vastusten (T) avulla siten, että koko kytkentäsovitelma (10,11,30) 20 antaa likimääräisesti eksponentiaalisen riippuvuuden 4 4 4 ·.· · digitaalisen tulosignaalin (Win) ja ensimmäisen vahvis- timen (12) antaman analogisen lähtöjännitteen (Vout) vä-Iillä. • · • · * 4 · * · • ·

9. Valaistusjärjestelmä, jossa yhden tai useamman : : valonlähteen, erityisesti yhden tai useamman kaasunpur- kauslampun, valoisuutta (Polo) ohjataan tai säädetään valoisuuden tai tehon ohjesuureeesta (Pohje) riippuvas-ti, tunnettu siitä, että 4 ; 30 valoisuuden ohjesuuretta (Pohje) tai olosuuretta (Polo) ohjataan patenttivaatimuksen 1 mukaisen kytken- • 4 täsovitelman avulla. • · · 4 4 4 • · • · · • 4 105620

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen valaistusjärjestelmä, tunnettu siitä, että tehonsäädössä joko ktehon ohjesuureen (Pohje) lineaarisuutta muutetaan epälineaariseksi, erityisesti 5 eksponentiaaliseksi, tai tehon olosuureen (Polo) lineaarisuutta muutetaan, erityisesti logaritmiseksi. • * · » · · • · a a * m a • a • a a • · · • a a • a a a a • •a a#« « I I p t 2t°k 105620