Использование в устройствах с частотным выходом раздельных интегрирующего и дозирующего элементов, кроме преимуществ, от­меченных в § 4, позволяет также расширить функциональные воз­можности рассматриваемых схем. Так, например, отсутствие влияния входных цепей устройства на входной ток позволяет подавать на вход устрой­ства несколько входных токов без их взаимного влияния.

Устройства, выполняющие различного вида нелинейные преобра­зования, могут быть выполнены по блок-схемам, сходным с пред­ставленной на рис. 27. Схема содержит управляемое дозирующее устройство ДУ и преобразователь частоты в напряжение ПЧН, управляющий дозирующим устройством.

Если при этом дозирующее устройство формирует заряд, про­порциональный напряжению, подаваемому на его вход, то выходная частота устройства определяется как корень уравнения:

/С[/(/)=/вх!

где U(f) — выходное напряжение ПЧН.

Простейшим устройством подобного типа является устройство для извлечения квадратного корня, содержащее линейный преобра­зователь частоты в напряжение. Если преобразователь частоты

в напряжение выполнен на формирователе импульсов постоянной амплитуды Е и длительности іИу то его характеристика имеет вид:

U=fEtn

и в соответствии с (54) функциональная характеристика устройства имеет вид:

(56)

Если выходная частота подается на счетчик импульсов, то число, зафиксированное счетчиком, равно интегралу частоты по времени. Это позволяет одновременно с выполнением рассмотренных выше операций осуществлять интегрирование результата и преобразовы­вать его в цифровой код. Последнее может быть использовано для построения аналого-цифровых вычислительных устройств, реализую­щих как статические, так и динамические операции.

На рис. 28 приведена принципиальная схема устройства, реали­зующего операцию деления [Л. 21]:

/®х

Дозирующее устройство по рис. 28 содержит дозирующий кон­денсатор С, амплитудный компаратор Л/С, сравнивающий входное напряжение и напряжение на конденсаторе С, триггера Тг и ключе­вом транзисторе Т. Схема работает следующим образом. До сраба­тывания порогового элемента ПЭ триггер Тг находится в состоянии, при котором транзистор Т открыт. При срабатывании порогового элемента триггер перебрасывается и транзистор Т запирается. Кон­денсатор С начинает заряжаться от источника питания через диод Д и сопротивление RK. При равенстве входного напряжения и напряжения на конденсаторе С срабатывает амплитудный компара­тор ЛК. При этом импульс на его выходе перебрасывает триггер Тр и транзистор Т отпирается. Дозирующий конденсатор С разряжается через диод Д2 на интегрирующий конденсатор Сп. Величина напря­жения срабатывания порогового элемента и соотношение между

емкостями С и Си выбираются таким же образом, как и в преобра­зователях тока в частоту.

Аналогично может быть построена схема преобразователя отно­шения токов в частоту (рис. 29) [Л. 21]. Схема отличается от рас­смотренной выше тем, что вместо амплитудного компаратора в нее включены цепочка из сопротивления R и диодов Дз и Д4 и порого­вый элемент ПЭ2. Схема работает следующим образом. Входящий ток / 1вх заряжает интегрирующий конденсатор Си до уровня сраба­тывания порогового элемента ПЭ, выбираемого нулевым или близ­ким к нему. До срабатывания порогового элемента ПЭ триггер Те находится в положении, при котором ключевой транзистор Т открыт. При срабатывании порогового элемента триггер перебрасывается в противоположное состояние и транзистор Т запирается. При этом начинается заряд дозирующего конденсатора С. По мере заряда кон­денсатора С возрастает ток IR в сопротивлении R. Пока ток IR мень­ше тока /2вх, их разность протекает через диод Д4, создавая на вхо­де порогового элемента ПЭ2 напряжение положительной полярности. При возрастании тока /д до величины /2вх напряжение на входе порогового элемента меняет знак. При выборе напряжения срабаты­вания порогового элемента ПЭ2 близким к нулю последний срабаты­вает в момент равенства токов IR и /2ВХ, перебрасывая триггер в исходное состояние, при котором транзистор Т отпирается. Дози­рующий конденсатор С разряжается на интегрирующий конденса­тор С и, компенсируя заряд, переносимый входным током. Затем про­цесс повторяется. При выборе емкости С и много больше емкости С и при пренебрежении падениями напряжения на диодах Д и Д2 пе­репад напряжения AUc на дозирующем конденсаторе определяется соотношением

A uc=RI2bx. (57)

При этом выходная частота

с____ 11 вх

1~ ЯС/2Вх •

Падения напряжения на диодах Д и Д2 в схеме (рис. 26) при­водят к систематической погрешности, которая частично компенси­руется путем включения в цепь зарядки или разрядки дозирующего конденсатора источника компенсирующего напряжения (равного па­дению напряжения на диодах). Такой источник может быть включен в цепь диода Дх или в цепь эмиттера транзистора Т.

На рис. 30 приведена принципиальная схема устройства, реали­зующего операцию извлечения квадратного корня из отношения двух

величин [Л. 21]. Схема содержит два дозирующих устройства (на конденсаторах С{ и С2). Выходы дозирующих устройств присоедине­ны к интегрирующему конденсатору С4, в который поступают токи зарядки конденсатора Сі и разрядки конденсатора С2. В цепь заряд­ки конденсатора С2 включена цепочка /?іС3. Схема работает следую­щим образом. Входной ток заряжает интегрирующий конденсатор С3 до напряжения срабатывания £/ср порогового элемента ПЭ, которое, как и в предыдущих схемах, выбирается достаточно малым. При

срабатывании порогового элемента триггер Тг перебрасывается в tto - ложение, при котором транзистор Т запирается и конденсаторы Сі и С2 заряжаются, пока напряжения на обоих выходах компаратора АК не станут равными. В момент срабатывания компаратора им­

пульс на его выходе перебрасывает триггер Тг в положение, при ко­тором транзистор Т отпирается, и конденсаторы С і и Сг разряжают­ся. Можно показать, что при емкостях дозирующих конденсаторов, много меньших емкости интегрирующего, выходная частота f опре­деляется как корень квадратного уравнения:

/вх = (С,—Ся)/+C, C2£/bx/?i/2. (58)

При С — Сп = С имеем:

f = ,59>

В качестве выходной величины может использоваться также на­пряжение Uвых на сопротивлении Ru определяемое по соотношению

U ВЫХ = ^/вх^вх^ • (

При необходимости извлечения квадратного корня из одной ве­личины схема устройства может быть упрощена (компаратор и триг­гер заменяются стабилитроном).

Описанное устройство для извлечения квадратного корня может быть применено при вычислении расхода жидкостей и газов в ком­плекте с преобразователем перепада давлений в напряжение или ток. При этом обеспечивается получение как аналогового, так и цифрово­го выходных сигналов. Наличие цифрового сигнала может быть ис­пользовано при построении интеграторов, предназначенных для изме­рения количества жидкости или газа.