10.3. Функциональные преобразователи с кусочно-линейной аппроксимацией

Данный способ позволяет аппроксимировать большинство функций. Он заключается в разбиении исходной функции на отрезки прямых с разными наклонами (рис. 10.12). Точность приближения зависит от числа отрезков прямых и скорости изменения наклона самой функции (т.е. от величины ее второй производной — прим. ред.). На участках с быстрым изменением наклона разбиение на отрезки должно быть более мелким. Схема преобразователя при использовании этого метода довольно проста и строится на основе ОУ и диодов. Однако приведенную на рис. 10.126 схему не стоит использовать для прецизионных преобразований из-за большой температурной нестабильности напряжения пробоя стабилитронов. Стабилитроны мало пригодны для этого случая и по другим причинам: они дороже обычных диодов, кроме того, стабилитроны выпускаются с дискретным набором напряжений стабилизации (например, 2,7 В, 3,0 В, 3,3 В, 3,6 В, 3,9 В и т.д.), и напряжения точек изломов могут принимать только такие значения. Кроме того, могут быть аппроксимированы только те функции, которые возрастают при увеличении аргумента (рис. 10.12а). Сейчас схемы этого типа применятюся реже из-за появления таких устройств, как умножители, многофункциональные преобразователи, АЦП и ЦАП. Однако иногда они оказываются полезными благодаря своей дешевизне.

В другом варианте, изображенном на рис. 10.13, для задания напряжения каждой точки излома применяется ОУ. В этой схеме ОУ действует как дифференциальный входной каскад, а ОУ — как инвертор. При разомкнутом ключе сигнал передается с входа на выход без изменений. Замыкание ключа включает в цепь передачи сигнала схему функционального преобразования, которая состоит из нескольких параллельно включенных каскадов формирования точек изломов. Схема одного из них обведена штрих-пунктирной линией. Для входных напряжений, меньших, чем вклад каскада в выходное напряжение равен нулю. Однако для входных напряжений, больших указанного, каскад может уменьшить или увеличить наклон передаточной характеристики на величину Каждый каскад может быть видоизменен одним из следующих способов.

— Изменение полярности включения диодов инвертирует функцию каскада (т.е. его вклад в выходное напряжение равен нулю, когда превышает напряжение излома, а не ниже его).

— Использование отрицательного напряжения позволяет вводить точки изломов в области отрицательных значений

(см. скан)

Рис. 10.12. Кусочно-линейная аппроксимация: а) передаточная характеристика, б) простейшая схема для кусочно-линейной аппроксимации.

(см. скан)

Рис. 10.13. Универсальный диодный функциональный преобразователь.

— Если исключить из схемы резистор выходное напряжение будет определяться только каскадами формирования точек изломов.

— Работу схемы можно сделать более наглядной, добавив в каждый каскад по компаратору со светодиодом для индикации выходного напряжения ОУ , что позволит при настройке схемы визуально контролировать положение точек изломов. Ну а напоследок можно установить большой тумблер для выключения индикации после окончания настройки.

Еще одним примером использования данного способа является микросхема функционального генератора 8038 фирмы Inteisil, которая вырабатывает сигналы прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы. Прямоугольные и треугольные сигналы получить довольно просто. Синусоидальный же сигнал в микросхеме 8038 получают из треугольного с помощью диодного блога, имеющего 16 точек изломов (8 положительных и 8 отрицательных).