SU714416A1 - Генератор логарифмической функции - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электрических вычислительных устройств и может быть использовано в вычислительных машинах.

Одно из известных устройств, предназначенных для генерирования логарифмической функции содержит генератор прямоугольных импульсов, компаратор, интегратор [1].

Это устройство имеет низкую точность воспроизведения логарифмической функции.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является генератор логарифмической функции, содержащий генератор пилообразного напряжения, к входу которого подключен хронизатор, соединенные последовательно компаратор, ключевой элемент, зарядно-разрядный блок, выход которого подключен ко входу накопительного элемента, повторитель напряжения, выходной интегратор^, источник опорного напряжения, к выходу которого подключен делитель напряжения [2].

Это устройство также имеет сравнительно невысокую точность работы.

Целью изобретения - повышение точности.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в него введены перемножитель и блок задержки, вход которого соединен с выходом хронизатора, а выход подключен ко входу запуска выходного интегратора, сигнальный вход которого соединен с выходом повторителя напряжения и с одним входом перемножителя, другой вход которого присоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, ко входам компаратора подключены выходы соответственно перемножителя и делителя напряжения, выход накопительного элемента соединен со Входом повторителя напряжения, выход источника опорного напряжения подключен к дополнительным вхо¹⁵ дам генератора пилообразного напряжения и повторителя напряжения.

Функциональная схема предложенного генератора логарифмической функции изображена на чертеже, где обозначены хронизатор 1, источник опорного напряжения 2, генератор пилообразного напряжения 3, перемножитель 4, делитель напряжения 5, компаратор 6, ключевой элемент 7, зарядно-разрядный блок 8j на(6) '714416 копительный элемент 9, повторитель напряжения 10, блок задержки 11, выходной интегратор 12.

Устройство работает следующим образом.

До момента поступления импульса запуска с хронизатора 1 на выходах генератора пилообразного напряжения 3, зарядно-разрядного блока 8, накопительного элемента 9, выходного интегратора 12 и повторителя напряжения 10 напряжение равно ’’нулю”.

В момент поступления запускающего импульса с хронизатора 1 на выходе генератора пилообразного напряжения 3 формируется напряжение:

и₃=4г-^г, *з « ..........

где U₃ - напряжение на выходе генератора пилообразного напряжения; “ *

Е_о - напряжение источника опорного напряжения 2;

Т₃ - постоянная времени времязадающей цепи генератора пилообразного напряжения 3.

Выходное напряжение выходного интегратора 12 за время действия импульса с хронизатора Ϊ: ‘ ?^Sc»P^{dt (Ό}

- выходное напряжение выходного интегратора 12; 30

- зарядная емкость выходного интегратора 12;

- зарядный

Учтем, что:

О) . где Ui2 . C12 •зар

TOK.

(3) где U_BX(t) — напряжение сигнала, поступающее на сигнальный вход выходного 'интегратора Ϊ2; - -зарядньт ток является функцией

To есть времени.

Тогда выражение (2) можно записать с учетом выражения (3) как ^U<2‘R~c .*

- J’JrkW’H ⁽⁴⁾

Таким образом, напряжение выходного интегратора 12, т. е. его форма и параметры, опре. деляются напряжением, поданным на сигнальный вход, а длительность - действием импульса управления от хронизатора 1.

ί Для определения закона изменения напряжения в цепи сигнального входа выходного интегратора 12 рассмотрим процесс его формирования.

Выходное напряжение генератора пилообразного напряжения 3, описываемое выражением' (1), пощупает на вход перемножителя 4 и на его выходе формируется сигнал: и₄=и₁₀-и₃ где U₄ - выходное напряжение перемножителя 4;

Uto - выходное напряжение повторителя напряжения 10.

С учетом выражения (1) запишем:

. U₄ =4^ ^т3

Выходное напряжение перемножителя 4 дается на вход компаратора 6, на выходе может принимать значения: ^пор ^пор ^пор напряжение компаратора 6;

noKOTO10

U₄ U₄ U₄

VO рогО напряжение

1+Е, при О, при -Е, при где U₆ - выходное +Е; -Е, О - значения выходного напряжения компаратора 6 в зависимости от соотношения входного сигнала с порогом сравнения·.

Выходное напряжение компараторов через ключевой элемент 7 управляет зарядно-разряд_ ным блоком 8, на выходе которого включен накопительный элемент 9, таким -образом, что при выходном напряжении перемножителя 4, большем порога срабатывания компаратора 6 (см. выражение (7), напряжение на накопи- ^! тельном элементе 9 уменьшается вследствие его разряда через зарядно-разрядный блок 8. При выходном напряжении перемножителя 4 меньшем порога срабатывания' компаратора 6, напряжение на накопительном элементе 9 увеличивается благодаря заряду через зарядно-разрядный блок 8. При равенстве выходного напряжения перемножителя 4 величине порога срабатывания компаратора 6 напряжение на ' накопительном элементе 9 остается постоянным.

Вышесказанное можно записать в виде: 1U? = Е_о[1—ехр(- i-)], при U₆ < 0 N ’ Q и₉ ;= Const; при и* = о

Ug = U, exp (- , при и₆ > О (о) где Ug — напряжение на накопительном элементе 9;

Тд — постоянная времени зарядно-разрядного блока 8;

t₀ - момент времени сравнения.

, Напряжение на выходе повторителя напряжения 10 равно напряжению на накопительном ⁵⁰ элементе 9.С учетом этого И выражений (6) и (8) можно записать:

Из вышесказанного следует, что перемножитель 4, компаратор 6, ключевой элемент 7, зарядно-разрядный блок 8 с накопительным элементом 9, повторитель напряжения 10 — через (9) '55 (5) · 714416 обратную связь с выхода повторителя напряжения 10 на вход перемножителя .4, образуют замкнутую систему' регулирования и поэтому в такой системе напряжение на выходе перемножителя 4 будет поддерживаться постоянным и 5 равным пороговому напряжению, т. е.

^Епор = ^и-» = ’ 4^{2- + Ul}° ^{= Const} β°)

Таким образом, напряжение на выходе повторителя напряжения 10 будет изменяться по за- 10 напряжения 10 будет изменяться по закону, в соответствии с выражением (15).

Использование данного принципа формирования сигнала, закон изменения которого имеет логарифмический характер, позволяет получить выражение идеальной математической записи логарифмического закона.

При равенстве постоянных времени генератора пилообразного напряжения 3 и выходного интегратора 12 выражение (16) принимает вид:

кону:	Е т ι. спор S . 10' Е„-Ь ’	(Н)
' ИЛИ	*4 О ♦
	II _ К U,o ~	(12) 15
где К =	Е пор · Тэ Ео ‘	(13)

С учетом того, что с выхода повторителя

(11) и не зависит от нестабильности напряжения источника опорного напряжения 2, так как величина коэффициента по выражению (17) зависит только от отношения указанныхнапряжений.

напряжения 10 поступает напряжение на сигналь-20 ный вход выходного интегратора 12 и, Имея в виду выражение (4), можно записать:

- К г <3t К „' ^U42 ‘ К- с J Т~(14)

112^V12 © *’-I2 где Т12 - постоянная времени выходного интегратора 12.

Выражение (14) можно записать в виде: ^ивых = ^и12 - mint,(15) где m ^Епор Тз

(16).

Таким образом, при поступлении импульса запуска от хронизатора 1, на выходе повторителя напряжения 10 установится напряжение за время, определяемое постоянной времени зарядно-разрядного блока 8. Постоянная времени этого блока выбирается малой, так как в момент появления запускающего импульса напряжение на выходе повторителя напряжения 10 равно нулю и напряжение на выходе генератора пилообразного напряжения 3 также равно нулю· Таким образом, выходное напряжение перемножителя 4, определяемое выражением (6), будет равно нулю, т. е. меньше порогового напряжения..

В этом случае на выходе компаратора 6 появится напряжение, воздействующее на зарядно-разрядный блок 8 таким образом, что накопительный элемент 9 быстро зарядится, так как постоянная времени заряди о-разрядного блока 8 значительно меньше постоянных времени выходного интегратора 12 и генератора пилообразного напряжения 3. Затем при росте напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения 3 по закону, определяемому выражением (1), напряжение да выходе повторителя

Варьирование величины коэффициента m (17)' позволяет менять скорость нарастания выходного напряжения при сохранении высокой точности моделирования логарифмического закона.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области электричес ких вычислительных устройств и может быть использовано в вычислительных машинах. Одно из известных устройств, предназначенных дл  генерировани  логарифмической функ ции содержит генератор пр моугольных импуль сов, компаратор, интегратор (1. Это устройство имеет низкую точность воспроизведени  логарифмической функции. Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению  вл етс  генератор логарифмической функции, содержащий генератор пилообразного напр жени , к входу которого подключён хронизатор, соединенные по.спедовательно компаратор, ключевой элемент , зар дно-разр дный блок, выход которого подключен ко входу накопительного злемента, повторитель напр жени , выходной интегратор, источник опорного напр жени , к выходу которого подключен делитель напр жени  2. Это устройство также имеет сравнительно невысокую точность работы. Целью изобретени  - повышение точности. Предложенное устройство отличаетс  от известных тем, что в него введены перемножитель и блок задержки, вход которого соединен с выходом хронизатора, а выход подключен ко входу запуска выходного интегратора, сигнальный вход которого соединен с выходом повторител  напр жени  и с одним входом перемножител , другой вход которого присоединен к выходу генератора пилообразного напр жени , ко входам компаратора подключены выходы соответственно перемножител  и делител  напр жени , вьtxoд накопительного элемента соединен со йходом повторител  напр жени , выход источника опорного напр жени  подключен к дополнительным входам генератора пилообразного напр жени  и повторител  напр жени . Функциональна  схема предложенного генератора логарифмической функции изображена на чертеже, где обозначены хронизатор 1, источник опорного напр жени  2, генератор пилообразного напр жени  3, перемножитель 4, делитель напр жени  5, компаратор 6, ключевой элемент 7, зар дно-разр дный блок 8j на3714 . копительный элемент 9, повторитель напр жени  10, блок задержки П, выходной интегратор 12. Устройство работает следующим образом. До момента поступлени  импульса запуска с хронизатора 1 на выходах генератора пилообразного напр жени  3, зар дно-разр дного блока 8, накопительного элемента 9, выходного интегратора 12 и повторитеп  напр жени  10 напр жение равно нулю. В момент поступлени  запускающего импульса с хронизатора 1 на выходе генератора пилообразногб напр жени  3 формируетс  напр жение: . из Ьгде Us - напр жение на выходе. генератора пи лообразногб напр жени ; ЕО - напр жение источника опорного напр жени  2; Тз - посто нна  времени врем задамщей цепи генератора пилообразного напр нсенй  3. Выходное напр жение выходного интегратора 12 за врем  действи  импульса с хронизатора 1: л. где Ui2 - выходное напр жение выходного ин тегратора 12; . Ci2 - зар дна  емкость выходного интегра тора 12; .. зар зар дный ток. Учтем, что: . вх bqp R,,,: где UBX(O - напр жение сигнала, пос1упающее на сигнальный вход выходного интегратора Г2; - - То есть зар дньш ток  вл етс  функцией времени.. Тогда выражение (2) можно записать с учетом выражени  (3) как, IuB(t)at (4) о. г 1Д2-12 Таким образом, напр жени выходного интегратора 12, т. е. его форма и параметры, опре , дел ютс  1шпр жением, поданным йа сигнальны вход, а длительность - действием импульса управлени  от хронизатора 1. Дл  определени  закона изменени  напр жени  в цепи сигнального входа выходного интегратора 12 рассмотрим процесс его формировани  Выходное напр жение генератора пипообраздюго напр жени  3, описываемое выражением (l)i пбступает на вход перемножител  4 и на его выходе формируетс  сигнал: U4 и,о-из(5) де Ua - выходное напр жение перемножител  4; Uto - выходное напр жение повторител  напр жени  10. С учетом выражени  (1) запищем: U4 Uio-t э Выходное напр жение перемножител  4 поаетс  на вход компаратора 6, на вь1ходе которого напр жение может принимать значеш 1 : {+Е, при U4 ВПОР . Ue j О, при U4 ЕПОР и; ( -Е, при U4 Брор . где Ug - выходное напр жение компаратора 6; +Е; -Е, О - значени  выходного напр женй  компаратора 6 в зависи мости от соотношени  входного сигнала с порогом сравнени . Выходное напр жение компараторов через ключевой элемент 7 управл ет зар дно-разр дным блоком 8, на )выходе которого включен накопительный элемент 9, таким образом, что при выходном напр жении перемножител  4, больпгем порога срабатывани  компаратора 6 (см. выражение (7), напр жение на накопи- тельном элементе 9 уменьшаетс  вследствие его разр да через эар дно-разр дный блок 8. При выходном напр жении перемножйтел  4 меньщем порога срабатывани  компаратора 6, напр жение, на накопительном элементе 9 увеличиваетс  благодар  зар ду через зар дно-разр дный блок 8. При равенстве выходного напр жени  перемножител  4 величине порога срабатывани  компаратора 6 напр жение на гакопительном э ементе 9 остаётс  посто нным. Выщесказаьщое можно записать в виде: и Ео11-ехр(- ф-), при Ue 0 и Р.. U9 Const, при Ufr о и, и;, ехр (- ),прииб 0 где Ug - напр жение на накопительном элементе 9; Тд - посто нна  времени зар дно-разр д .ного блока И; tp - момент времени сравнени . Напр жение на выходе повторител  напр жени  10 равно ндор жениК) на накопительном элементе 9.С учетом этого И выражений (6) и (8) можно записать: Е (9 U,-.t U lu Из вышесказанного следует, что перемножитель 4, компаратор 6, ключевой элемент 7, зар днр-разр дный блок 8 с накопительным элементом 9, повторитель напр жени  10 - через обратную св зь с выхода повторител  напр же ни  10 на вход перемножнтсл  .4, образуют , замкнутую систему регулировани  и поэтому в такой системе напр жение на выходе перемножител  4 будет поддерживатьс  посто нным и равным пороговому напр жению, т. е. - + и,о Const U4 Э Таким образом, напр жение на вьисоде повто рител  напр жени  10 будет измен тьс  по закону: F т - пор ъ . ЕО -Ь Uio ЕПОР Та где К С учетом того, что с выхода повторител  напр жени  10 поступает напр жение на сигнал ный вход выходного интегратора 12 и. Име  в виду выражение (4), можно записать: Ji-J -jf-tni, (14) -iuSa о .-1 где Ti 2 посто нна  времени выходного инте гратора 12. Выражение {14) можно записать в виде: и,2 mfnf Тз . к где m : -12. 42 Таким образом, при поступлении импулбса запуска от хронизатора 1, на выходе повторител  напр жени  10 установитс  напр жение за врем , определ емое посто нной времени зар дно-разр даого блока 8. Посто нна  времени зтого блока выбираетс  малой, так как в. момент по влени  запускающего импульса напр жение на выходе повторител  напр жени  10 равно нулю и напр жение на выходе генератора пилообразного напр жени  3 также равно нулю Таким образом, выходное напр жение перемножител  4, определ емое выражением (6), будет равно нулю, т. е. меньше порогового напр жени .. В этом случае на выходе компаратора 6 по витс  напр жение, воздействующее на зар Д но-разр дный блок 8 таким образом, что накопительный элемент 9 быстро зар дитс , так как посто нна  времени зар дно-разр дного блока 8 значительно меньще посто нных времейи выходного интегратора 12 и генератора пилообразного напр жегт  3. Затем при росте напр жени  на выходе генератора пилообразного напр жени  3 по закону, определ емому выражением (1), напр жение на выходе повторител  напр жени  10 будет измен тьс  по закону, в соответствии с выражением (15). Использование данного принципа формировани  сигнала, закон изменени  которого имеет логарифмический характер, позвол ет получить выражение идеальной математической записи логарифмического закона. При равенстве посто нных времени генератора пилообразного напр жени  3 и выходного и гтегратора 2 выражение (16) принимает вид: - .пор и не зависит от нестабильности напр жени  источйика опорного напр жени  2, так как величина коэффициента по выражению (17) зависит только от отношени  указанныхнапр жений. Варьирование величины коэффициента m (17) позвол ет мен ть скорость нарастани  выходного напр жени  при сохранении высокой точности моделировани  логарифмического закона. Формула изобретени  Генератор логарифмической функции, содержащий генератор пилообразного напр жени  ко входу которого подключен хронизатор, соединенные последовательно компаратор, ключевой элемент, зар д но-разр дный блок, выход которого подключен ко входу накопительного элемента , повторитель напр жени , вы}{оДной интегратор , источник опорного напр жени , к выходу которого подключен делитель напр жени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены перемножитель и блок задержки, вход которого соединен с выходом хронизатора, а выход подключен к входу запуска выходного интегратора, сигнальный вход которого соедин1гн с выходом повторител  напр жени  И с бднИм входов Пёрёмножйтел , другой вход которого присоединен к вЫходу генератора пилообразного напр жени , ко входам компаратора подключены выходы соответственно перемножител  и делител  напр жени , выход накопительного элемента соединен со входом повторител  напр жени , выход источника опорного напр жени  подключен к дополнительным входам генератора пилообразного .напр же:ни  и повторител  напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США N 3648043, кл. 235-197, 1972..
2. 2.Авторское свидетельство СССР N 450190, кл. G 06 G 7/24, 1973 (прототип).