Устройство для извлечения квадратного корня

Устройство для извлечения квадратного корня

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и> 4665l7 (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 16.11.73 (21) 1970577/18-24 (51) М. Кл, G 06g 7/20 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (32) Приоритет

Опубликовано 05.04.75. Бюллетень № 13 (53) УДК 681.335(088.8) Дата опубликования описания 18.07.75 (72) Авторы изобретения

М. Д. Гафанович, В. У. Кизилов и P. Кэргер (71) Заявитель

Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И. Ленина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КВАДРАТНОГО КОРНЯ

Предлагаемое устройство относится к аналоговым функциональным измерительным преобразователям и может быть использовано в качестве элемента аналоговых вычислительных систем и в качестве вторичного преобразователя при измерении расхода жидкостей и газов через перепад давления на сужающем устройстве.

Известны устройства для извлечения квадратного корня, содержащие операционный усилитель, выход которого соединен со входом квадратора, резисторы, источник входного сигнала и источник опорного напряжения.

Однако все устройства с квадратором в цепи обратной связи операционного усилителя имеют значительные погрешности при малых значениях сигнала, так как обратная связь при малых сигналах практически отсутствует.

В результате положение нуля неустойчиво, что ограничивает рабочий диапазон таких устройств, При отрицательной полярности входного сигнала обратная связь через квадратор становится положительной. Для устранения этого явления в цепи обратной связи включают вместо квадраторов устройства с функцией преобразования (sign#) (Х ), выполняемые либо на варисторах (НПС), которые имеют низкие метрологические свойства, либо по методу кусочно-линейной аппроксимации, что не технологично, Целью изобретения является обеспечение устойчивого значения нуля на выходе устройства, .повышение точности при малых значениях сигнала на входе и устранение положи5 тельной обратной связи при отрицательных значениях входного сигнала.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство дополнительно содержит два ключа, компаратор и фазоинвертор. Суммирующая

10 точка операционного усилителя соединена со входами ключей, выход первого ключа соединен с выходом квадратора, а выход второго ключа через первый резистор подключен к выходу операционного усилителя, ко входу

15 которого через второй резистор подключен источник входного сигнала, управляющий вход .первого ключа через фазоинвертор и третий резистор подключен к выходу компаратора, к которому через четвертый резистор под20 ключен управляющий вход второго ключа, а вход компаратора подсоединен через пятый резистор к источнику входного сигнала и через шестой резистор к источнику опорного напряжения.

Схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.

Устройство содержит операционный усилитель 1, в обратной связи которого включен

30 квадратор 2, компаратор 3, ключи 4, 5 на по466517

% вх (внх — )/

+R7

) (3) U,„= 4Ь* (4) 3. левых триодах, резисторы 6 — 13, диод 14 и транзистор 15.

Квадратор 2 подключен к суммирующей точке усилителя 1 через ключ 4. Другая цепь обратной связи усилителя 1 состоит из резистора 6 и ключа 5.

На вход усилителя 1 через резистор 7 подается входной сигнал, который через резистор 9 подается также на выход компаратора

3. На вход компаратора через резистор 10 подключен источник опорного напряжения

U . Резистор 8 создает дополнительную положительную обратную связь. К выходу компаратора через резистор 11 подключен управляющий вход ключа 5, к которому также подключен предохраняющий диод 14. Управляющий вход ключа 4 подключен к выходу компаратора через инвертор на транзисторе 15.

Резисторы 12 и 13 — токоограничивающие.

При больших значениях сигнала на входе, когда ток через резистор 9 больше тока через резистор 10, определяемого U„ на выходе компаратора 3 имеется положительный относительно земли потенциал. Диод 14 и ключ

5 закрыты, а транзистор 15 и ключ 4 открыты. В цепи обратной связи делителя 1 включен квадратор 2 и, следовательно, на выходе делителя 1 имеется напряжение, связанное с напряжением на входе соотношением если ток на выходе квадратора 2 связан с напряжением на его входе соотношением

2 х — К вых.

При уменьшении величины сигнала на входе усилителя 1 до некоторого значения, определяемого U, компаратор 3 переключается, транзистор 15 и ключ 4 закрываются, диод 14 и ключ 5 открываются. В этом случае связь напряжения на выходе устройства и входе определяется соотношением (2)

На участке характеристики, соответствующем формуле (1), сильно сказывается смещение нуля Ь на входе усилителя 1. На участке, определяемом формулой (2), определяющей является погрешность из-за замены параболы прямой линией. Минимум результирующей погрешности по всей характеристике имеет место, если компаратор 3 переключается при относительном значении входного напряжения и составляет (8„,„),„)„— — 50 У Ь я.

4

Погрешность, определяемая формулой (4), значительно меньше, чем при отсутствии переключения при том же значении Л". Но особенно важным следствием переключения является устойчивость нуля, что существенно даже в тех случаях, когда не требуется высокая точность при малых значениях входного сигнала.

При отрицательных значениях входного сигнала ключ 4 закрыт, а ключ 5 открыт по-прежнему и обратная связь в усилителе 1 отрицательна.

Очевидно, что, так как напряжения на входе и выходе устройства связаны однозначной зависимостью, можно переключение обратной связи усилителя 1 осуществлять при определенном значении напряжения на выходе. В этом случае резистор 9 подключается к выходу делителя 1, изменяются величина и полярность U, и изменяются местами выводы компаратора 3. Такое включение предпочтительнее, так как переключение обратной связи осуществляется при относительном значении входного напряжения, равном 4Л ", что значительно меньше напряжения на выходе в этот момент, равного 2)/Р. Кроме этого, как правило, номинальное значение напряжения на выходе выше, чем на входе.

Устройство позволяет уменьшить погрешность при прежнем диапазоне изменения входного сигнала или при прежней погрешности расширить диапазон изменения входного сигнала. Последнее обстоятельство имеет важное значение для использования предлагаемого устройства при измерении расхода по методу переменного перепада давления.

Предмет изобретения

Устройство для извлечения квадратного корня, содержащее операционный усилитель, выход которого соединен со входом квадратора, резисторы, источник входного сигнала и источник опорного напряжения, о т л и ч а юще е ся тем, что, с целью увеличения точности при малых значениях входного сигнала, устройство дополнительно содержит два ключа, компаратор, фазоинвертор; суммирующая точка операционного усилителя соединена со входами ключей; выход первого ключа соединен с выходом квадратора, а выход второго через первый резистор — к выходу операционного усилителя, ко входу которого через второй резистор подключен источник входного сигнала; управляющий вход первого ключа через фазоинвертор и третий резистор подключен к выходу компаратора, к которому через четвертый резистор подключен управляющий вход второго ключа, а вход компаратора подсоединен через пятый резистор к источнику входного сигнала и через шестой резистор к источнику опорного напряжения.

466517

Составитель В. Кизилов

Техред Е. Подурушина Корректор Л. Врахнина

Редактор Л. Утехина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1608/1 Изд. № 640 Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5