Блоки функционального преобразования или функциональные преобразователи (ФП) предназначены для моделирования нелинейных зависимостей функций от одной или большего числа переменных. Входными и выходными переменными ФП являются аналоговые величины, представленные электрическими напряжениями, т. е. при входном напряжении на выходе ФП формируется .

Функциональные преобразователи делят на универсальные и специализированные.

Универсальные ФП позволяют воспроизводить широкий класс функций с помощью одной схемы путем ее перестройки. При создании универсальных ФП используется аппроксимация функции с помощью полиномов и функциональных рядов. Наибольшее применение благодаря простоте схемной реализации нашла кусочно-линейная аппроксимация функции.

Рис. 4.17. Кусочно-линейная аппроксимация функции

При этом методе (рис. 4.17) диапазон входных напряжений разбивается на интервалы , длина которых зависит от заданного значения максимальной ошибки аппроксимации ? и известного максимального значения второй производной исходной функции

.

Деление на интервалы возможно теоретически при заданном математическом выражении или графически. На каждом интервале исходная функция аппроксимируется полиномом 1-го порядка:

, где , .

Рис. 4.18. Схема диодного функционального преобразователя

Широкое применение нашли диодные ФП, состоящие из нескольких одинаковых диодных нелинейных элементов (ДНЭ) (рис. 4.18), позволяющих при определенном положении переключателей S₁ и S₂ формировать аппроксимирующую функцию на определенном интервале. Выходы всех ДНЭ подаются на входы суммирующего решающего усилителя, выход которого является выходом ФП. Вид воспроизводимых ДНЭ зависимостей представлен на рис. 4.19.Положение точки перегиба определяется положением движка потенциометра R₁ и полярностью подключенного к R₁ с помощью S₂ опорного напряжения U₀. Угол наклона зависит от положения движка потенциометра R₂; вид воспроизводимой функции — от положения переключателей S₁ и S₂.

Рис. 4.19. Зависимость, воспроизводимая ДНЭ

Рассмотрим работу ДНЭ для представленного на рис. 4.18 положения, т. е. S₁=0, S₂=0. При на движке потенциометра R₁ формируется отрицательное напряжение, смещающее диод VD1 в обратном направлении В. При диод VD1 окажется прямосмещен и рост входного напряжения вызывает линейный рост выходного напряжения. В процессе настройки ФП приходится учитывать совместную работу всех входящих в его состав ДНЭ, т. е. наклон конкретного ДНЭ зависит не только от угла наклона аппроксимирующей линии на данном участке, но и от настройки других ДНЭ. Специализированные ФП ориентируют­ся на воспроизведение одной функции и используются в случае, когда реализация этой функции с помощью универсального ФП затруднительна или нецелесообразна.

Схема специализированного ФП для воспроизведения параболической зависимости представлена на рис. 4.20.

Рис. 4.20. Схема специализированного ФП для воспроизведения параболической зависимости

Особый интерес представляют ФП, воспроизводящие функции времени. Для них справедливо: . Реализация различных функций времени может быть осуществлена или специально созданным для этой цели устройством, или интегрированием вспо­могательных дифференциальных уравнений. Например, для форми­рования функции достаточно решить дифференциальное уравнение 2-го порядка: .