SU945871A1 - Аналоговый умножитель - Google Patents

Description

(5) АНАЛОГОВЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ

1

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сигналов, измерительных приборах и системах св зи.

Известны аналоговые умножители, основанные на принципе управлени  коэффициентом передами управл емого аттенюатора, в состав которых вход т элементы с регулируемым сопротивлением , например полевые транзисторы П.

Известные умножители характеризуютс  низкой точностью и узким частотным диапазоном входных сигналов.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  аналоговый умножитель, содержащий входной дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен через первый и второй масштабные резисторы соответственно к источнику первого перемножаемого сигнала и источнику напр жени  смещени , а неинеертирующий - через

третий масштабный резистор к шине нулевого потенциала, первый и второй управл емые резисторы, выполненные , например, на полевых транзисторах , масштабные резисторы, делитель напр жени  и выходной дифференциальный усилитель f2 J.

Недостатками известного умножител   вл ютс  снижение его точности

Claims (2)

1. ,Q при расширении спектров входных сигналов , невысока  температурна  стабильность коэффициента преобразовани  и начального выходного уровн . Это св зано е тем, что в нем примен ют 5 с  дифференциальные усилители, внос щие значительные фазовые сдвиги высокочастотных составл ющих спектров сигналов и обладающие дрейфом нул , а также тем, что в области высоких частот сопротивлени  межэлектродных емкостей полевых транзисторов , уменьшаютс ,и через эти емкости протекают сравнительные большие токи. Так, например, через емкость затворсток полевого транзистора протекает ток, обусловленный подводимым к цепи затвора сигналом. Указанный ток протекает через участок исток-сток полевого транзистора и вызывает по вление на этом участке напр жени , складывающегос  с выходным сигналом управл емого аттенюатора. Это ведет к повышению погрешности умножени , увеличивающейс  с ростом частоты сигнала, действующего в цепи затвора Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение частотного диапазона входных сигналов. Эта цель достигаетс  тем, что в аналоговый умножитель, содержащий .дифференциальный усилитель, выход которого  вл етс  выходом умножител  и два управл емых делител  напр жени , введены инвертирующий и неинвер тирующий масштабные преобразователи, корректирующий преобразователь, симметрирующий переменный резистор и два нейтрализующих конденсатора, вход корректирующего преобразовател   вл етс  первым входом умножител , а выход - подключен к среднему выводу сим метрирующего переменного резистора, крайние выводы которого соответственно подключены к информационным входам управл емых делителей напр жени , вхо ды инвертирующего и неинвертирующего масштабных преобразователей объединены и  вл ютс  вторым входом умножител , выход инвертирующего масштабного преобразовател  подключен к управл ющему входу первого управл емого делител  напр жени  и через первый нейтрализующий конденсатор подключен к выходу второго управл емого делител  напр жени  и к. первому входу дифферен циального усилител , выход неинвертирующего масштабного преобразовател  подключен к управл ющему входу второго управл емого делител  напр жени  и через второй нейтрализующий конденсатор подключен к выходу первого управл емого делител  напр жени  и к второму входу дифференциального усилител .. Корректирующий преобразователь содержит последовательно включенные пер вый усилительный блок, цепь коррекций температурной погрешности, второй усилительный блок и фазосдвигающую выход которой  вл етс  Bbixoдом преобразовател , вход первого уси лительного блока  вл етс  входом преобразовател . Цепь коррекции температурной погрешности содержит два последовательно соединенных посто нных резистора, первый вывод первого посто нного Резистора  вл етс  входом цепи коррекции температурной погрешности, а второй вывод второго посто нного резистора подключен к щине нулевого потенциала , и терморезистор, включенный параллельно второму посто нному резистору , второй вывод первого посто нного резистора  вл етс  выходом цепи коррекции температурной погрешности . На фиг, t приведена функциональна  схема аналогового умножител ; на фиг. 2 - функциональна  схема корректирующего преобразовател . Аналоговый умножитель содержит два управл емых делител  напр жени  Iи 2, состо щих из посто нных резисторов 3 и и полевых транзисторов 5 и 6, дифференциальный усилитель 7 корректирующий преобразователь 8, симметрирующий переменный резистор 9, неинвертирующий 10 и инвертирующий IIмасштабные преобразователи и нейтрализующие конденсаторы 12 и 13. Корректирующий преобразователь 8 содержит два усилительных блока Н и 15 цепь коррекции температурной погрешности 16, выполненную на резисторах 17 и 18 и терморезисторе 19, фазосдви гающа  fiC-цепь 20, вы полненную на резисторе 21 и конденсаторе 22. Аналоговый умножитель работает следующим образом. Управл емые делители напр жени  1 и 2 выполн ют операции аналогового перемножени , формиру  выходной сигнал , содержащий составл ющую, пропорциональную произведению их входного и управл ющего напр жений. Усилитель 7 служит дл  выделени  и усилени  разности выходных сигналов управл емых делителей напр жени , пропорциональной произведению входных сигналов умножител . . Корректирующий преобразователь 8 обеспечивает коррекцию частотной и температурной погрешностей перемножител  и преобразование масштаба пер-, вого перемножаемого сигнала, поступакйцего через Него на входы управл емых делителей напр жени . Коррекции температурной погрешности умножител  можно достигнуть, введ  в канал преобразовани  одного ИЗ входных сигналов умножител  цепь, коэффициент передачи которой уменьшаетс  при увеличении температуры. В данном умножителе такую цепь содержит корректирующий преобразователь 8. Частотна  погрешность перемножител  определ етс  неравномерностью амплитудно-частотных характеристик масштабных преобразователей (они идентичны) и корректирующего преобразовател  8. Разность фазо-частотных характеристик указанных узлов пе ремножител  измен ет величину посто нной составл ющей выходного, напр жени  перемножител , пропорциональной cos Ч. Дл  коррекции частотной погрешности перемножител ., св занной с изменением разности фазо-частотных характеристик каналов преобразовани  первого и второго входных сигналов, в один из этих каналов должен быть введен фазовый корректор, обеспечивающий коррекцию фазо-частотной характеристики одного из каналов. Коррекци  заключаетс  в достижении иден тичности фа30-частотных характеристи каналов в полосе частот входных сиг налов. В качестве такого корректора используетс  фазосдвигающа  RC-цепь 22, котора  входит в состав корректи рующего преобразовател . Усилительные блоки 1 и 15 обеспе чивают усиление первого перемножаемо го сигнала. Цепь 16 коррекции температурной погрешности представл ет собой делитель напр жени , коэффициент передач которого падает с -увеличением темпер туры. Резистор 18 введен дл  выравни вани  относительного изменени  коэфф циента передачи делител . Это  вл ет с  необходимым в виду того, что зави симость сопротивлени  терморезистора 19 от температуры обычно бывает нелинейной . Фазосдвигающа  RC-цепь 22 обеспечивает отрицательный фазовый сдвиг первого перемножаемого сигнала, возрастающий с увеличением частоты. Така  цепь позвол ет корректировать ча тотную погрешность широкополосного умножител , содержащего масштабные преобразователи 10 и 11, представл ю щие собой широкополосные резисторные усилители, комплексный коэффициент передачи которых описываетс  линейны дифференциальным уравнением первой степени, а фазова  характеристика в области высоких частот такова, что усиливаемый сигнал получает положительный фазовый сдвиг. Введение в схему симметрирующего переменного резистора 9 позвол ет выравнивать коэффициенты передачи управл емых делителей напр жени  по входному сигналу дл  подавлени  в выходном сигнале перемножител  составл ющей , пропорциональной входному напр жению управл емых делителей напр жени . Неинвертирующий 10 и инвертирующий 11 масштабные преобразователи обеспечивают преобразование масштаба второго входного перемножаемого сигнала. Они имеют одинаковые по величине, но отличающиес  по фазе на 180 выходные напр жени . Нейтрализующие конденсаторы 12 и 13 введены дл  нейтрализации в цеп х исток-сток полевых транзисторов токов , протекающих через емкости затвор-сток под действием выходных си|- налов масштабных преобразователей и вызывающих по вление погрешности перемножени , возрастающей с частотой этих сигналов. Зависимость сопротивлени  истоксток полевых транзисторов с р-п переходом при малых напр жени х между истоком и стоком выражаетс  формулой . fv , где RQ - сопротивление материала канала ; Uj - напр жение на затворе; и 3Q - напр жение на затворе, соответствующее перекрытию канала; Чц - контактна  разность потенциалов . При посто нном напр жении смешени  UQ и малых по отношению сумме DC. иЧц значени х напр жени  Ua, действующего в цепи затвора, зависимость сопротивлени  исток-сток полевых транзисторов с каналом п-типа от величины иJ может быть достаточной точностью аппроксимирована выражением uc-Ruco t- эг где RUCO сопротивление при нулевом значении Uji завис щее от величины напр жени  смешени , а коэффициент fi- S ЗЩ отрицателен и определ етс напр жением смещени . Если в схеме перемножител  обеспечено выполнение услови  R.,j.«R, где R - сопротивление посто нных резисторов управл емых делителей на пр жени , то входной ток делителей бХА Т exA входное на ьпр жение управл емого делител . При этом выходное напр жение делител  вых В перемножителе напр жени  сигна лов и и, в цеп х затворов полевых транзисторов 5 и 6 управл емы делителей пропорциональны произведе ни м напр жени  второго перемножаемого сигнала и коэффициентов преобразовани  l,v нейнвертирующего и инвертирующего масштабных преобразова телей 10 и 11. Входные напр жени  управл емых делителей напр жени  1 и 2. BXAl eXAl S где Ug напр жение первого перемножаемого сигнала; Kg - коэффициент преобразовани  корректирующего преобразовател  8; К - посто нный коэффициент, учитывающий падение части выходного напр жени  преоб разовател  8 на симметрирующем резисторе 9. Разность выходных напр жений упра л емых делителей напр жени  при один ковых R.jf.Q и cL полевых транзисторов одинаковых сопротивлени х Р резистор делителей напр жени  U и -и 1, 8ЫХА ВЫХА вЬ1ХА«г %А1Т Фъ5Лу..п, .К к ЗЬ / ехАа Лк- с- в вхч- вха. Выходное напр жение перемножител  . 8b.,x iFVVKV eX BxV 718 где К - коэффициент усилени  усилител  7. . Поскольку полевые транзисторы управл емых делителей напр жени  не могут иметь абсолютно одинаковых параметров , а посто нные резисторы делителей имеют разброс вели« IH сопротивлени , на выходе перемножител  будет присутствовать напр жение, пропорциональное входному напр жению делител , пропорциональному первому перемножаемому сигналу. Подавлени  этого напр жени  можно достигнуть с помощью симметрировани  делителей напр жени  переменным резистором 9. Если входные сигналы перемножител  представл ют собой напр жени  синусоидальной формы одной частоты вX. n-tsir,) () то входное напр жение умножител  должно представл ть собой сумму посто нного напр жени , пропорционального косинусу угла сдвига фаз Ч - Чп-tf входных сигналов, и синусоидального напр жени  удвоенной частоты. { oos f-cos(о.ч .+ч;), Фазовые сдвиги вносимые масштабными преобразовател ми, эквивалентны изменению фазы второго перемножаемого сигнала и привод т к отклонению величины посто  нного составл ющей выходного напр жени  перемножител  от расчетного значени  и сдвигу фазы синусоидального напр жени  удвоенной частоты.. Дп  компенсации погрешности, св занной с фазовым сдвигом сигнала в масштабных преобразовател х, фазова  характеристика корректирующего преобразовател  должна быть близка к фазовым характеристикам масштабных преобразователей , а дл  компенсации температурной погрешности перемножител  относительные температурные изменени  коэффициента передачи корректирующего преобразовател  должны быть равны по величине сумме относительных температурных изменений коэффициентов передачи , вход щих в формулу дл  выходного напр жени  перемножител  ((i иметь знак, обратный знаку названной суммы. Введение в схему умножител  кон- . денсаторов нейтрализации позвол ет нейтрализовать токи, протекающие через емкости затвор-сток полевых тран зисторов и выходные цепи управл емых делителей напр жени . Нейтрализаци  объ сн етс  тем, что каждый из конденсаторов имеет емкость, равную емкости затворусток и подключен к выхо ду масштабного преобразовател , на выходе которого напр жение в любой момент времени имеет пол рность, про тивоположную пол рности напр жени , поступающего с выхода другого масшта ного преобразовател  на нейтрализуемую емкость затвор-сток. Нейтрализаци  емкостей затвор-сток снижает св  занную с НИМИ частотнозависимую погрешность умножени . Введение в схему корректирующего преобразовател , симметрирук цего переменного резистора, неинаер тирующего и инвертирующего масштабных прербрадователей (их можно заменить одним преобразователем с парафазным выходом), а также нейтрализующих кон денсаторов позвол ет значительно сни зить погрешности умножител  и расширить его частотный диапазон до дес т ков МГц. Формула изобретени  1. Аналоговый умножитель, содержащий дифференциальный уо итель, выход которого  вл етс  выходом умно жител  и два управл емых делител  напр жени , отличающийс  тем, что с цельюповышени  точности и расширени  частотного диапазона входных сигналов, в него введены инвертирующий и неинвертирующий масшаб ные преобразователи, корректирующий преобразователь, симметрирующий переменный резистор и два нейтрализующих конденсатора, вход корректирующего преобразовател   вл етс  первым входом умножител , а выход - подключен к среднему выводу симметрирующего переменного резистора, крайние выводы которого соответственно подключены к информационным входам первого и второго управл емых делителей напр жени , входы инвертирующего и неинвертирующего масштабных преобразователей объединены и  вл ютс  вторым входом умножител , выход инвертирующего масштабного преобразовател  подключен к управл ющему входу первого управл емого делител  напр жени  и через первый нейтрализующий конденсатор подключен к выходу второго управл емого делител  напр жени  и к первому входу дифференциального усилител , выход неинвертирующего масштабного преобразовател  подключен к управл ющему входу второго управл емого делител  напр жени  и через второй нейтрализующий конденсатор подключен к выходу первого управл емого делител  напр жени  и к второму входу дифференциального уси;мтел . 2.Умножитель по п. 1, о т л И ч а ю щи и с   тем, что корректирующий преобразователь содержит последовательно включенные первый усилительный блок, цепь коррекции температурной погрешности, второй усилительный блок и фазосдвигающа  RC-цепь, выход которой  вл етс  выходом преобразовател , вход первого усилительного блока  вл етс  входом преобразо .вател . 3.Умножитель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что цепь коррекции температурной погрешности содержит два последовательно соединенных посто нных резистора, первый вывод первого посто нного резистора  вл етс  входом цепи коррекции температурной погрешности, а второй вывод второго посто нного резистора подключен к шине нулевого потенциала, и терморезистор, включенный параллельно второму посто нному резистору, второй вывод первого посто нного резистора  вл етс  выходом цепи коррекции темпе| атурной погрешности. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР If 53703, кл. G Об G 7/16, 1973.
2. 2.Miller А.К.Н. TemperatureCompensated analog multiplier. Electronics letters, 9 th, Spptember , 1971, Vol. 7, № 18 (прототип ). ff fou/3/ C3dcfftefta3HMn3)i

   u

   to

   gjssyi

   «V

   dh