SU898451A1 - Функциональный преобразователь (его варианты) - Google Patents

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и служит для воспроизведения функции интеграла вероятности (функции ошибок) или обратной к ней функции.

Известен функциональный преобразователь, содержащий множительно-делительный блок и'операционный усилитель. Преобразование осуществляется путем аппроксимации требуемой зависимости другой, более простой функцией [1].

Недостатком данного устройства является низкая точность преобразования (порядка 2%) и наличие специализированной интегральной схемы множительно-делительного устройства, обеспечивающей возведение в степень. Кроме того, невозможно определить значение аргумента по известному значению функции ошибок.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является функциональный преобразователь, который содержит тактовый генератор, блок управляемой задержки, блок компенсации и компаратор мгновенных значений [2] .

Однако устройство характеризуется недостаточной точностью преобразования (среднеквадратическая ποι— решность составляет не менее 2%).

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем формирования обратной функциональной зависимости.

Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий задающий генератор, выход которого связан с информационным входом блока управляемой задержки, и управляемый компаратор, выход которого соединен с входом блока компенсации, выход которого соединен с первым входом управляемого компаратора, содержит формирователь пилообразного напряжения и блок постоянной задержки, через который выход задающего генератора соединен с вто10 рым входом управляемого компаратора, выход блока управляемой задержки через формирователь пилообразного напряжения связан с управляющим входом управляемого компаратора, управляющий вход блока управляемой задержки является входом преобразователя, а выход блока компенсации - выходом преобразователя.

Кроме того, цель достигается также тем, что функциональный преобразователь, содержащий задающий генератор,· выход которого связан с информационным входом блока управляемой задержки , и управляемый компаратор, выход которого соединен с входом блока компенсации, содержит формирователь пилообразного напряжения и блок постоянной задержки, через который выход задающего генератора соединен с первым входом управляемого компаратора, второй вход которого является входом преобразователя, выход блока компенсации, являющийся выходом преобразователя, соединен с управляющим входом . блока управляемой задержки, выход которого через формирователь пилообразного напряжения-связан с управляющим входом управляемого компаратора.

При этом управляемый компаратор , выполнен на двух транзисторах, эмиттеры· которых соединены с управляющим входом управляемого компаратора, коллекторы транзисторов соответственно через первый и второй резисторы связаны с шиной питания, а через третий и четвертый резисторы - с базой другого транзистора, базы транзисторов через соответсвующие конденсаторы соединены с шиной нулевого потенциала , а через пятый и шестой резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, коллектор одного из транзисторов является выходом компаратора.

На фиг. 1 и 2 представлены аарианты функционального преобразователя', на фиг. 3 ~ компаратора.

Функциональный содержит задающий управляемой задержки, ной задержки, формирователь 4 пилообразного напряжения,управляемый компаратор 5, блок компенсации 6. Управляемый компаратор 5 содержит два транзистора 7 и 8, конденсаторы 9 и 10, резисторы 11-16. Позициями 17' 19 обозначены соответственно первый, го схема управляемого преобразователь генератор 1, блок 2 блок 3 постоян50 второй и управляющий'входы компаратора 5, 20 - шина питания компаратора 5· Номиналы всех резисторов и конденсаторов попарно равны, что обеспечивает симметрию схемы и требуемый вид ее передаточной характеристики. Блок управляемой задержки 2 может быть выполнен, например, в виде формирователя пилообразного напряжения с компаратором, на который поступает аналоговый входной сигнал, либо в виде делителя частоты с переменным коэффициентом деления, который определяется цифровым входным сигналом. Блок компенсации 6 может быть выполнен, например, в виде интегратора аналоговых сигналов, либо Содержать последовательно включенные реверсивный счетчик с цифроаналоговым преобразователем, что обеспечивает цифровой выход устройства.

δ отличие от известных устройств, указанная функция преобразования реализуется непосредственно (в виде динамической характеристики), а не путем аппроксимации. При этом возможно как аналоговое, так и цифровое представление входной и выходной величин.

Обратная функция преобразования erf^x) реализуется' в виде временной задержки, соответствующей заданному значению переходной характеристики системы, имеющей

Преобразователь по ту работает следующим

Задающий генератор прямоугольные импульсы, блок постоянной задержки 3 величиной 2дТ поступают на вход управляемого компаратора 5· На управляющий вход последнего поступают пилообразные импульсы длительностью 2дТ с выхода формирователя 4, начало которых задержано относительно переднего фронта импульсов задающего генератора 1 на время t = <£х , где х - входной сигнал устройства, ώ - коэффициент пропорциональности. Это время определяется блоком управляемой задержки 2. Компаратор 5 переходит в неустойчивое состояние и к окончанию переднего фронта пилообразного импульса тока оказывается в одном из двух состояний. Направление его переключения определяется как параметрами самого компаратора 5, так и соотношением напряжений на его сигнальных входах, соответствующих заданной фазе управвид H(t)~erf(t). первому варианобразом.

вырабатывает которые через |ляющих импульсов тока. Соответственно этому направлению на некоторую величину изменяется также и напряжение на выходе блока компенсации 6.. В результате через некоторое «исло периодов колебаний задающего генератора 1 напряжения на выходе блока компенсации 6 станет квазиопостоянным, зависящим от значения аргумента х, а срабатывания компаратора 5 в обоих направлениях станут вероятностными. В случае линейной зависимости положения полюса передаточной характеристики компаратора 5 от величины управляющего тока и симметричном расположении положительного и отрицательного полюсов переходная характеристика схемы, т.е. ее реакция на прямоугольный входной сигнал единичной амплитуды, описывается выражением to »5

где Р₄ - значение полюса передаточной характеристики компаратара 5 до начала переключения, причем ρ_ήΔΤ}12, a t₄ - задержка начального участка пилообразного тока относительно сигналов задающего генератора 1. При этом Н(0) = 0, а Η(2δΤ) = 1 с точностью не хуже 2*10“^. Таким образом, сигнал на выходе блока ^компенсации 6 равен

2$

(ώ Χ-ΔΤ)].· где Uо амплитуда сигнала на выходе блока 3, и связан с аргументом х требуемой функциональной зависимостью. Увеличение длительности пилообраз- ного участка управляющего тока приводит к дальнейшему повышению точности. При этом к нелинейности пилообразного тока не предъявляется жестких требований .

Работа второго варианта преобразователя отличается от рассмотренного выше тем, что блок компенсации б в установившемся режиме вырабатывает такой выходной сигнал у, что соответствующая ему временная задержка, создаваемая блоком управляемой.задержки 2, связана с входным сигналом х устройства равенством 1+ег£[ -(.ώϊ-ΔΤ)]

SO

I 6 · тонного характера функции y-erf(x), обратная к ней функция является однозначной , и устройство оказывается абсолютно устойчивым при любом значении аргумента.

Компаратор 5 работает следующим образом.

В исходном состоянии токи эмиттеров транзисторов 7 и 8 равны нулю, а напряжения на их коллекторах равны напряжению питания. Напряжения на базах транзисторов при этом соответствуют входным сигналам компаратора, прошедшим через фильтры нижних частот. Последние образованы конденсатором' 9(10), и резисторами схемы. При включении эмиттерного тока он перераспределяется между транзисторами 13 и 14 в соответствии с их базовыми напряжениями, причем начиная с некоторой величины этого тока начнет действовать положительная обратная связь через резисторы 15 и1б, вызывающая запирание одного из транзисторов и опрокидывание компаратора в одно из двух устойчивых состояний. Направление этого опрокидывания определяется величиной входных напряжений компаратора и их фазой относительно фронта управляющего тока. Расчеты показывают, что в неустойчивом состоянии схема имеет полюс передаточной характеристики в положительной полуплоскости, величина которого линейно зависит от управляющего тока компаратора, что и позволяет реализовать требуемый закон изменения полюса во времени и функциональные зависимости выходного сигнала устройства от входного сигнала.

Таким образом., функциональный прет образователь и варианты его исполнения обеспечивают с высокой точностью функциональное преобразование, соответствующее функции ошибок при минимальных аппаратурных затратах. Преобразователь обладает высокой технологичностью в изготовлении и не требует специализированных микросхем, что и обеспечивает технико-экономический эффект от использования изобретения.

x=

SI

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к вычислительной технике и служит дл  воспроизведени  функции интеграла веро тности (функции ошибок) или обратной к ней функции. Известен функциональный преобразо ватель, содержащий множительно-делительный блок иоперационный усилител Преобразование осуществл етс  путем аппроксимации требуемой зависимости другой, более простой функцией 11. Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность преобразовани  (пор дка 2%) и наличие специализированной интегральной схемы множительно-делительного устройства, обеспечивающей возведение в степень. Кроме того, невозможно определить значение аргумента по известному функции ошибок. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  функциональный преобразователь, кото рый содержит тактовый генератор, бло управл емой задержки, блок компенсации и компаратор мгновенных значений 2 . Однако устройство характеризуетс  недостаточной точностью преобразовани  (среднекеадратическа  погрешность составл ет не менее 2). Цель изобретени  - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем формировани  обратной функциональной зависимости. Поставленна  цель достигаетс  тем, что функциональный преобразователь , содержащий задающий генератор, выход которого св зан с информационным входом блока управл емой задержки , и управл емый компаратор, выход которого соединен с входом блока компенсации, выход которого соединен с первым входом управл емого компаратора , содержит формирователь пилообразного напр жени  и блок посто нной задержки, через который выход задающего генератора соединен с вторым входом управл емого компаратора, выход блока управл емой задержки через формирователь пилообразного напр жени  св зан с управл ющим входом управл емого компаратора, управл ющий вход блока управл емой задержки  вл етс  входом преобразовател , а выход блока компенсации - выходом преобразовател . Кроме того, цель достигаетс  также тем, что функциональный преобразо ватель, содержащий задающий генератор выход которого св зан с информационным входом блока управл емой задержки , и управл емый компаратор, выход которого соединен с входом блока ком пенсации, содержит формирователь пилообразного напр жени  и блок посто  ной задержки, через который выход задающего генератора соединен с первым входом управл емого компаратора, второй вход которого  вл етс  входом преобразовател , выход блока компенс ции ,  вл ющийс  выходом преобразовател  , соединен с управл ющим входом блока управл емой задержки, выход ко торого через формирователь пилообраз ного напр жени -св зан с управл ющим входом управл емого компаратора. При этом управл емый компаратор выполнен на двух транзисторах, эмитт ры, которых соединены с управл ющим входом управл емого компаратора, кол лекторы транзисторов соответственно через первый и второй резисторы св заны с шиной питани , а через третий и четвертый резисторы - с базой другого транзистора, базы транзисторов через соответсвующие конденсаторы соединены с шиной нулевого потенциала , а через п тый и шестой резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, коллек тор одного из транзистотов  вл етс  выходом компаратора. На фиг. 1 и 2 представлены варианты функционального преобразова тел  , на фиг. 3 - схема управл емого компаратора. Функциональный преобразователь содержит задающий генератор 1, блок управл емой задержки, блок 3 посто н ной задержки, формирователь А пилооб разного напр жени ,управл емый компа ратор 5, блок компенсации 6. Управл емый компаратор 5 содержит два транзистора 7 и 8, конденсаторы 9 и 10, резисторы 11-16. Позици ми 17 19 обозначены соответственно первый. второй и управл ющий входы компаратора 5, 20 - шина питани  компаратора 5- Номиналы всех резисторов и конденсаторов попарно равны, что обеспечивает симметрию схемы и требуемый вид ее передаточной характеристики. Блок управл емой задержки 2 может быть выполнен, например, в виде формировател  пилообразного напр жени  с компаратором, на который поступает аналоговый входной сигнал, либо в виде делител  частоты с переменным коэффициентом делени , который определ етс  цифровым входным сигналом. Блок компенсации 6 может быть выполнен, например, в виде интегратора аналоговых сигналов, либо Ьодержать последовательно включенные реверсивный счетчик с цифроаналоговым преобразователем, что обеспечивает цифровой выход устройства. В отличие от известных устройств, указанна  функци  преобразовани  реализуетс  непосредственно (в виде динамической характеристики), а не путем аппроксимации. При этом возможно как аналоговое, так и цифровое представление входной и выходной величин. Обратна  функци  преобразовани  (x) реализуетс в виде временной задержки, соответствующей заданному значению переходной характеристики системы, имеющей вид H(t)erf(t). Преобразователь по первому варианту работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает пр моугольные импульсы, которые через блок посто нной задержки 3 величиной 2дТ поступают на вход управл емого компаратора 5- На управл ющий вход последнего поступают пилообразные импульсы длительностью 2дТ с выхода формировател  4, начало которых задержано относительно переднего фронта импульсов задающего генератора 1 на врем  t clx , где х - входной сигнал устройства, cL - коэффициент пропорциональности . Это врем  определ етс  блоком управл емой задержки 2. Компаратор 5 переходит в неустойчивое состо ние и к окончанию переднего фронта пилообразного импульса тока оказываетс  в одном из двух состо ний . Направление его переключени  определ етс  как параметрами самого компаратора 5i так и соотношением напр жений на его сигнальных входах, соответствующих заданной фазе управ|л ющих импульсов тока. Соответственно этому направлению на некоторую величину измен етс  также и напр жение на выходе блока компенсации 6.. В результате через некоторое «исло периодов колебаний задающего генератора 1 напр жени  на выходе блока компенсации 6 станет квазиопосто нным , завис щим от значени  аргумента X, а срабатывани  компаратора 5 в обоих направлени х станут веро тностными . В случае линейной зави симости положени  полюса передаточной характеристики компаратора 5 от величины управл ющего тока и симметричном расположении положительного и отрицательного полюсов переходна  характеристика схемы, т.е. ее реакци  на пр моугольный входной сигнал единичной амплитуды, описываетс  вы (эажением ,) b.) где Ри значение полюса передаточной характеристики компаратара 5 ДО начала переключени , причем , а t - задержка начального участка пилообразного тока относительно СИ1 налов задающего генератора 1 . этом Н(0) О, а Н(2ДТ) 1 с точностью не хуже Таким образом сигнал на выходе блока укомпенсации 6 равен , Ь.,..н| (.,.„,}, где Uo - амплитуда сигнала на выход блока 3, и св зан с аргументом х тр буемой функциональной зависимостью. Увеличение длительности пилообразного участка управл ющего тока прив дит к дальнейшему повышению точност При этом к нелинейности пилообразно тока не предъ вл етс  жестких требо ваний . Работа второго варианта преобраз вател  отличаетс  от рассмотренного выше тем, что блок компенсации б в установившемс  режиме вырабатывает такой выходной сигнал у, что соот ветствующа  ему временна  задержка, создаваема  блоком управл емой.заде ки 2, св зана с входным сигналом х устройства равенством tli - t, т.е. реализуетс  обратное функциоiнальное преобразование. Из-за монотонного характера функции (x), обратна  к ней функци   вл етс  од нозначной, и устройство оказываетс  абсолютно устойчивым при любом значении аргумента. Компаратор 5 работает следующим образом. В исходном состо нии токи эмиттеров транзисторов 7 и 8 равны нулю, а напр жени  на их коллекторах равны напр жению питани . Напр жени  на базах транзисторов при этом соответствуют входным сигналам компаратора , прошедшим через фильтры нижних частот. Последние образованы конденсатором 9(10) , и резисторами схемы. При включении эмиттерного тока он . перераспредел етс  между транзисторами 13 и 14 в соответствии с их базовыми напр жени ми, причем намина  с некоторой величины этого тока начнет действовать положительна  обратна  св зь через резисторы 15 и1б, вызывающа  запирание одного из транзисторов и опрокидывание компаратора в одно из двух устойчивых состо ний. Направление этого опрокидывани  определ етс  величиной входных напр жений компаратора и их фазой относительно фронта управл ющего тока. Расчеты показывают, что в неустойчивом состо нии схема имеет полюс передаточной характеристики в положительной полуплоскости, величина которого линейно зависит от управл ющего тока компаратора, что и позвол ет реализовать требуемый закон изменени  полюса во времени и функциональные зависимости выходного сигнала устройства of входного сигнала. Таким образом., функциональный пpe образователь и варианты его исполнени  обеспечивают с высокой точностью функциональное преобразование, соответствующее функции ошибок при минимальных аппаратурных затратах. Преобразователь обладает высокой технологичностью в изготовлении и не требует специализированных микросхем, чТо и обеспечивает технико-экономический эффект от использовани  изобретени . Формула изобретени  1. Функциональный преобразователь, содержащий задающий генератор, выход которого св зан с инфомарционным входом блока управл емой задержки, и управл емый компаратор, выход которого соединен с входом блока компен сации, выход которого соединен с первым входом управл емого компарато ра, отличающийс  тем, что,с целью повышени  точности, преобразователь содержит формирователь пилообразного напр жени  и блок посто нной задержки, через который выход задающего генератора соединен с вторым в.ходом управл емого компара тора, выход блока управл емой задерж ки через формирователь пилообразного напр жени  св зан с управл ющим входом управл емого компаратора, управл ющий вход блока управл емой задерж ки  вл етс  входом преобразовател , а выход блока компенсации - выходом преобразовател . 2. Преобразователь, содержащий задающий генератор, выход которого св зан с информационным входом блока управл емой задержки, и управл емый компаратор, выход которого сое|динен с входом блока компенсации, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и расшире ни  функциональных возможностей путе формировани  обратной функциональной зависимости/преобразователь содержит форК1ирователь пилообразного напр жен и блок посто нной задержки, через который выход задающего генератора соединен с первым входом управл емо8 18 го компаратора, второй вход которого  вл етс  входом преобразовател , ход блока компенсации,  вл ющийс  выходом преобразовател , соединен с управл ющим входом блока управл емой, задержки, выход которого через , рователь пилообразного напр жени  св г зан с управл ющим входом управл емого компаратора. 3. Преобразователь по пп. 1 и 2„ отличающийс  тем, что управл емый компаратор выполнен на двух транзисторах, эмиттеры которых соединены с управл ющим входом управл емого компаратора, коллекторы транг зисторов соответств.енно через первый и второй резисторы св заны с шиной питани , а через третий и четвертый резисторы - с базой другого транзистора , базы транзисторов через соответствующие конденсаторы соединены с шиной нулевого потенциала, а через п тый и шестой резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, коллетор одного из транзисторов  вл етс  выходом компаратора. Источники информации, прин тые во BHkwaHMe при экспертизе 1.Electronic Design, 1977, f6, p. IQi.
2. 2.Херманис Э,Х., Карклиньш В.Г. Дискретные стробоскопические преобразователи . Рига, Зинатке, 1977, § 3-8 (прототип).