DE1474122C - Schaltung zur Multiplikation zweier Analogsignale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur F i g. 2 zeigt an Hand einer Verstärkungskennlinie

Multiplikation zweier Analogsignale mit einem über die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung, einen Phasendetektor im Verstärkungsgrad regelbaren Die in F i g. 1 gezeigteSchaltung dient zur Multipli-

vorzeichenumkehrenden Verstärker sowie einer diesem kation eines ersten Analogsignals E₁ und eines zweiten Verstärker nachgeschalteten Summierschaltung, wobei 5 Analogsignals E₃. Aus einem Signal E₂ wird außerdem das erste Analogsignal dem Eingang des Verstärkers über einen 90"-Phasenschieber 26 ein Bezugssignal E₀ und das zweite Analogsignal mit einer zur Phasenlage gebildet. Die drei Signale E₁, E₂, E₃ sind Wechseleines Bezugssignals gleichen Phase zusammen mit dem Stromsignale gleicher Frequenz und gleicher Phase.
Ausgangssignal des Verstärkers der Summierschaltung Die Schaltung umfaßt einen phasenumkehrenden

zugeführt wird und dem Phasendetektor das Aus- io Verstärker 10, der mit einem Rückkopplungswidergangssignal der Summierschaltung und das gegenüber stand 13, beispielsweise einem Feldeffekttransistor, zudem ersten Analogsignal phasenverschobene Bezugs-: sämmengeschaltet ist. An seinem Eingang ist ein signal zugeführt wird. Summiernetzwerk in Form der Eingangswiderstände 11

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art (britische und 17 vorgesehen. Diesem Verstärker 10 ist eine Patentschrift 757 251) wird dem regelbaren Verstärker 15 Summierschaltung 19' nach geschaltet, die einen Verjeweils nur das eine Analogsignal zugeführt. Wenn das stärker 19a mit hoher Verstärkung umfaßt, welcher zweite Analogsignal null ist, wird das Ausgangssignal über einen Widerstand 32 rückgekoppelt ist und dem nicht zwangläufig ebenfalls null, wie es an sich Voraus- ebenfalls ein Summiernetzwerk in Form der Widersetzung wäre. stände 28, 29 und 30 vorgeschaltet ist. Das zweite

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird^ ausgehend ao Analogsignal E₃ wird dem Verstärkereingang über eine • von einer Schaltufig-der eingangs erwähnten Art, erfin- Reaktanz, den Kondensator 27, um 90° phasenverdungsgemäß vorgeschlagen, dem Eingang des Ver- schoben zugeführt.

stärkers zusätzlich zum ersten Analogsignal noch das Der Rückkopplungswiderstand 13 ist über seinen

Bezugssignal zuzuführen und der Summierschaltung Eingang 14 durch den Verstärker 16 regelbar. Dem neben dem Ausgangssignal des Verstärkers und dem 25 Eingang dieses Verstärkers 16 wird das Ausgangssignal zweiten Analogsignal das Bezugssignal sowie das un- eines Phasendetektors 31 zugeführt, dem eingangsseitig verstärkte erste Analogsignal zuzuführen. das Ausgangssignal e₀ der Summierschaltung 19' so-

Es ist an sich bei Multiplikatoren bekannt (Buch von wie das Bezugssignal E_c zugeführt wird. Zwischen Korn & Korn, »Electronic Analog Computers«, Phasendetektor 31 und Verstärker 16 ist noch ein Tief-McGraw-Hill Book Company Inc., New York, 1956, 30 paßfilter vorgesehen. Der Phasendetektor 31 unter-S. 252 und 253), zunächst das Produkt zwischen dem drückt Komponenten der Phase Null, die in der Ausersten und zweiten Analogsignal, als auch zwischen dem gangsspannung der Summierschaltung 19' enthalten ersten Analogsignal und einem Bezugssignäl zu bilden sind und die dem ersten Analogsignal E₁ entsprechen, und anschließend die Differenz aus diesem Produkt Der Phasendetektor 31 erzeugt ferner aus der Aus- und dem vorzeichenumgekehrten verstärkten ersten 35 gangsspannung der Summierschaltung 19' eine zur Analogsignal zu bilden, um hierdurch das Bezugssignal Steuerung des Rückkopplungskreises geeignete Spanwieder zu eliminieren. nung. Da sämtliche Wechselspannungen gleiche Fre-

Bei der erfindungsgemäß weitergebildeten Multipli- quenzooj besitzen, können die Verstärker 10 und 19a katorschaltung wird bei Abwesenheit des zweiten relativ kleine Bandbreite besitzen.
Analogsignals über das Bezugssignal und das in der 4° Der Verstärker 10 wird durch Einstellen seiner Phase umgekehrte und verstärkte Bezugssignal (beide Rückkopplungsschleife bei fehlendem ersten Analogsignale werden in der Summierschaltung zusammen- signal E₁ und zweiten Analogsignal E₃ auf den Vergeführt) ein Fehlersteuersignal dem Eingang des Ver- Stärkungsgrad Eins eingestellt. Das Bezugssignäl aus stärkers zugeführt, und der Verstärkungsgrad wird da- dem Phasenschieber 26 kompensiert sich mit dem mit so geregelt, daß dieses Fehlersteuersignal zu null 45 phasenverschobenen Ausgangssignal des Verstärkers wird. In diesem Regelzustand besitzt das phasenumge- 10. Wenn sich die Kennlinie des Rückkopplungswidergekehrte und verstärkte Bezugssignal die gleiche stands 13 ändert, wird über das Ausgangssignal e₀ und Größe wie das ursprüngliche Bezugssignal selbst. Der den Rückkopplungsverstärker 16 auch die Verstärkung im Verstärkungsgrad geregelte Verstärker wird also des Verstärkers 10 in einer die Änderung der Kennlinie auf seinem Verstärkungsgrad Eins gehalten, wenn das 50 kompensierenden Weise nachgestellt, d. h., es wird zweite Analogsignal fehlt, während durch das Anlegen auch in diesem Fall wieder der Verstärkungsgrad Eins des ersten Analogsignals am Eingang des Verstärkers hergestellt. Wenn die Verstärkung in der Regelschleife nur eine Null-Komponente im Ausgangssignal der genügend hoch gewählt wird, ist nur ein vernachlässig-Summierschaltung erzeugt wird. Wenn das zweite barer kleiner Restfehler erforderlich, um die Einstel-Analogsignal angelegt wird, wird hierdurch eine 55 lung des Rückkopplungswiderstandes 13 aufrechtzu-Änderung der Verstärkungsgradregelung erzeugt, was erhalten. Für die Kombination E₁ = 0 und E₃ = O eine Änderung des auf dem Verstärkungsgrad Eins ge- wird damit auch die Ausgangsspannung e₀ der Sumhaltenen Verstärkers bedeutet und wodurch ein von Null mierschaltung 19' im wesentlichen Null, was dem Zuabweichendes, d. h. endliches Ausgangssignal entsteht, stand E₁-E₃ = 0; 0 = 0 entspricht,
das dem Produktder beiden Ausgangssignale entspricht. 60 Wenn die Verstärkung des Verstärkers 10 auf dem Hierdurch wird eine genauere Multiplikation auch von Wert Eins gehalten wird, gleicht das phasenverkleinen Analogsignalen möglich, da der Verstärker stets schobene Ausgangssignal des Verstärkers 10 die beiden in der Mitte seiner linearen Kennlinie arbeitet. Eingangssignale E₁ (0°) und E_c (90°) für die Summier-

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- schaltung 19' aus, so daß ein Ausgangssignal e₀ = 0 tischer Zeichnungen an einem AusfUhrungsbeispiel 65 erzeugt wird. Dies_ entspricht dem Zustand E₁ · E₃ näher erläutert. = E₁ · 0 = 0. Eine Änderung des ersten Analogsignals

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungs- E₁ kann somit keine Änderung des Ausgangssignals e₀ gemäßen Multiplikatorschaltung; der Summierschaltung 19' oder der Verstärkung des

Claims (1)

1. Verstärkers 10 bewirken; denn dieses erste Analogsignal E₁ besitzt ja eine 90 "-Phasenverschiebung gegenüber dem Bezugssignal des Phasenschiebers 26, über welchen der Phasendetektor 31 angesteuert wird und welcher demnach keine Ausgangssignale durchläßt, die 90 "-phasenverschoben gegenüber dem Bezugssignal sind.

   Wird dagegen ein zweites Analogsignal E₃ gleicher Frequenz und Phase wie das erste Analogsignal Ji₁ über den Kondensator 27 der Summierschaltung dazugeführt, so wird dieses Signal E₃ zunächst um 90° gegenüber dem Signal E₁ phasenverschoben, so daß der Phasendetektor 31 hierauf ansprechen kann. Die Verstärkung des Verstärkers 10 kann also über das Signal E₃ geändert werden. Auf diese Weise können die Signale E₁ und E₃ miteinander multipliziert werden. Weiter wird durch das Signal E₃ auch noch die Größe einer restlichen 90 "-Komponente im Ausgangssignal e₀ der Summierschaltung 19' verringert, denn die Regelschleife kann ja auf das Signal E_c ansprechen. Die Größe der Ausgangsspa-nnung e₀ ist damit im wesentlichen gleich E₁ ■ E₃.

   F i g. 2 zeigt den Zusammenhang der Steuerspannung Ef der Regelschleife und des Verstärkungsgrades ß. Die Verstärkung β kann auch durch das Ver- hältnis von Rückkopplungswiderstand zu normiertem Eingangswiderstand (Widerstand 11) ausgedrückt werden. Die Steuerspannung Ef entspricht der Ausgangsspannung des Verstärkers 16. Die Verstärkung β = 1 entspricht der vorbestimmten Amplitude des Signals Ee, durch welche der gewünschte Verstärkungsgrad Eins herbeigeführt wird.

   Dieser Werte β = 1 entspricht die Bedingung

   weiter berücksichtigt. Wenn die Phase des Ausgangssignals e₀ gegenüber dem ersten Analogsignal E₁ bestimmt würde, könnte im Ausgangssignal keine 90°- Komponente enthalten sein. Dies ist jedoch nicht nötig, da die 90 "-Komponente im Ausgangssignal e₀ der Summierschaltung 19' einen sehr kleinen Prozentsatz des vollen Bereiches der Schaltung ausmacht. Die Änderung der Verstärkung, die auf die Zufuhr des zweiten Analogsignals E₃ mit einer 90 "-Komponente zurückzuführen ist, erzeugt eine Kompensation in Größe der 90 "-Komponente des phasenverschobenen Ausgangssignals des Verstärkers 10, und diese Kompensationsgröße besitzt ein Vorzeichen, das demjenigen der 90°- Komponente des Analogsignals E₂ entgegengesetzt ist. Hierdurch wird der Unterschied zwischen diesen beiden Signalen nahezu auf Null herabgesetzt. Diese Verstärkungsregelung ähnelt der 90 "-Regelung der Ausgangsspannung e₀ in Abhängigkeit von deren 90 "-Phasenkomponente beim Fehlen eines Analogsignals E₃, wie dies oben beschrieben ist. Daraus ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung keine zusätzlichen Einrichtungen nötig sind, die im Ausgangssignal die richtige Phase bestimmen.

   F i g. 2 zeigt, daß die Verstärkung β des Verstärkers 10 sich in der Regelschleife umgekehrt zur angelegten Bezugsspannung E_c ändert. Daraus ergibt sich, daß die Amplitude der Ausgangsspannung e₀ nach F i g. 1 der arithmetischen Operation

   entspricht.

   e₀ = K- (E₁
   Patentanspruch:

   = E₁-O =

   35

   Der Arbeitspunkt β = 1, welcher der Steuerspannung Ef zugeordnet ist, die dem vorbestimmten Wert von Ec entspricht, liegt innerhalb des mittleren Bereiches der Kennlinie des Rückkopplungswiderstandes 13. Hierdurch werden nichtlineare Verzerrungen vermieden. Eine Änderung AEf der Steuerspannung führt zu einer Änderung der Verstärkung um —Aß. Wenn dies auf die Zufuhr eines zweiten Analogsignals E₃ zurückzuführen ist, ist diese Änderung der Verstärkung proportional. Es gilt:

   e₀ = β [E₁ (0°) + E₂ (90°)] - E₁ (0") - E₂ (90°)
   - E₃ (90°) = - Δ β [(E₁ (0°) + E_t (90°)]
   -£3 (90°),

   e₀ (0°) = - Aß E₁ (0°) ^KE₃E₁ (0").

   Bei obiger allgemeiner Analyse wurden die im Ausgangssignal e₀ erscheinenden 90°-Komponenten nicht Schaltung zur Multiplikation zweier Analogsignale mit einem über einen Phasen detektor im Verstärkungsgrad regelbaren vorzeichenumkehrenden Verstärker sowie einer diesem Verstärker nachgeschalteten Summierschaltung, wobei das erste Analogsignal dem Eingang des Verstärkers und das zweite Analogsignal mit einer zur Phasenlage eines Bezugssignals gleichen Phase zusammen mit dem Ausgangssignal des Verstärkers der Summierschaltung zugeführt wird und dem Phasendetektor das Ausgangssignal der Summierschaltung und das gegenüber dem ersten Analogsignal phasenverschobene Bezugssignal zugeführt wird, d adurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Verstärkers (10) zusätzlich zum ersten Analogsignal (E₁) noch das Bezugssignal (E₀) zugeführt wird und der Summierschaltung (19') neben dem Ausgangssignal des Verstärkers und dem zweiten Analogsignal (E₃) das Bezugssignal (E₀) sowie das unverstärkte erste Analogsignal (E₁) zugeführt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen