SU955105A1 - Аналоговый умножитель переменных сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автомати ,ке и вычислительной технике, в частности к функциональным устройствам, осуществл ющих умножение аналоговых сигналов, и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах , в радиотехнических устройствах различного назначени  (в модул торах , детекторах и т.д.),а также в электроизмерительной технике.

Известен аналоговый умножитель, содержащий четыре интегратора в це/ п х обратной св зи, дес ть ключей, источники опорных и тестовых напр жений . Этот умножитель (при условии дополнени  его схемой программного управлени  ключами) может быть использован как четырехквадратный умножитель , работающий в режиме разделени  времени, когда в первую половину периода он настраиваетс  на минимальное значение статической ПОР решности, во вторую половину перио-j

да осуществл етс  собственно операци  перемножени  двух информационных сигналов, затем цикл настройкаперемножение повтор етс  и т.д.1. Недостатком умножител   вл етс  то, что дл  осуществлени  перемножени  сигналов в течение всего периода (чтобы исключить потерю информации во врем  цикла настройки ум ,Q ножител  на минимальную статическую погрешность) необходимо двухканальное устройство, действующее в режиме разделени  времени по каналам , т.е. аппаратурные затраты воз

15 растают примерно вдвое, т.е. устройство становитс  чрезмерно сложным. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  аналоговый умножитель, содержащий блок

20 умножени  с переменной крутизной, выход которого  вл етс  выходом устройства; а первый и второй информационные входы блока умножени   вл ютс  входами умножител , четыре задающих потенциометре, первые кpaй ние выводы которых объединены и под ключены к шине положительного напр жени  питани  и к первому входу пи тани  блока умножени  с переменной крутизной,вторые крайние выводы перв го, второго и третьего задающих потен циометров объединены и подключены к шине отрицательного напр жени  питани  и к второму входу питани  блока умножени  с переменной крутизной , средний вывод первого задающего потенциометра подключен квыходу дл  балансировки первого информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, средний вывод второго задающего потенциометра подключен к выходу дл  балансировки пер вого информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, средний вывод третьего задающего потенциометра подключен, к выходу дл  балансировки напр жени  сщемени  выходного каскада блока умножен и  с переменной крутизной, сред ний вывод и второй крайний вывод че вepтo o задающего потенциометра объединены и подключены к выходу установки коэффициента перемножени  блока умножени  с переменной крутизной 2J . Недостатком умножител   вл етс  то, что из-за наличи  временных и температурных дрейфов компенсирующих напр жений, потенциометров, параметров микросхем непосредственно перемножител  значение статической погрешности перемножени  нестабильно во времени и в диапазоне температур , кроме того, процесс настройки носит итерационный характер, длителен и трудоемок. Цель изобретени  - повышение точмости умножител . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в аналоговый умножитель переменных сигналов, содержащий блок умножени  с переменной крутизной, выход которого  вл етс  выходом умножител , а первый и второй информационный входы  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами умножител , три задающих потенциометра, первые крайние выводы которых объединены и подключены к шине положительного напр жени  питани  и к пер вому входу напр жени  питани  блока умножени  с переменной крутизной , вторые крайние выводы первого и второго задающих потенциометров объединены и подключены к шине отм рицательного напр жени  питани  и к второму входу напр жени  питани  блока умножени  с переменной крутизной , средний вывод первого задающего потенциометра подключен к выходу дл  балансировки второго информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, средний вывод второго задающего потенциометра подключен к выходу дла балансировки напр жени  смещени  выходного каскада блока умножени  с переменной крутизной, средний вывод и второй крайний выход третьего задающего потенциометра объединены и подключены к выходу установки заданного коэффициента перемножени  с переменной крутизной, введены ограничитель, выпр митель ый диод , два ключа, два зар дных конденсатора и дифференциальный усилитель, . выход которого подключен к выходу дл  балансировки первого информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, первый информационный вход блока умножени  с переменной крутизной подключен к входу orpai ничител  пр мой и инвертирующий выходы которого подключены к управл ющим входам соответственно первого и второго ключа, информационные входы которых объединены и подключены к катоду выпр мительного диода, анод которого подключен к информационному выходу блока умножени  с переменной крутизной,выходы ключей под, ключены к соответствующим входам дифференциального усилител  и через соответствующие зар дные конденсаторы подключены к шине нулевого потенциала . На фиг. 1 дана электрическа  схема аналового умножител  переменных . сигналов; на фиг. 2 и 3 - эпюры нап р жений, по сн ющие его работу. Аналоговый умножитель переменных сигналов содержит блок 1 умножени  с переменной крутизной, информационнЬ1е входы 2 и 3 которого  вл ютс  соответственно входами умножител , а информационный выход k  вл етс  выходом умножител , выход 5 дл  балансировки первого информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, выход 6 дл  балансировки второго информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, выход 7 дл  балансировки напр жени  смещени  выходного каскада блока умножени  с переменной крутизной,вы 8 установки коэффициента перемножени  блока умножени  с переменной крутизной, первый вход 9 напр жени  питани  и второй вход 10 нап р жени  питани  блока умножени  с переменной крутизной, выпр мительный диод 11, ограничитель 12, ключи 13 и И, зар дные конденсаторы 15. и 16, дифференциальный усилитель 17 задающие потенциометры 18-20, шины отрицательного 21 и положительного 22 напр жений питани . Аналоговый умножитель переменных сигналов работает следующим образом Выхддное напр жение четырехквадрантных аналоговых умножителей сигналов определ етс  выражением UBbu oUxtJy €o &KU UL, + iKo + uK)exUi,4. )Uxey4Ko- k,ec,4lu,Uy),(i где Uy, Uu входные сигналы, подаваемые на информационные входы; CQ- эквивалентное напр жение смещени , характеризующее неравновесие выходного каскада; Д - составл юща  выходного каскада, обусловленна  отклонением коэффициента перемножени  от номинального значени  эквивалентные напр жени  смещени , характеризующие неравновесие умножител  по выходам дл  балансировки информационных входов; f(U, Uy)-составл юща  выходного напр жени , обусловленна  нелинейной зависимостью коэффициента перемножени  от сигналов U и Uu. Полезна  составл юща  в выходном напр жении описываетс  первым слагае мым в (1) . 1бых.п(м. f oUjffi/. Остальные составл ющие выходного напр жени  в (1) обуславливают погрешность перемножени . При обычно выполн ющемс  условии lexjeyJAlUx; Ujl .слагаемым (),|В (1) можно пренебречь из-за незначительности вноси мой погрешности, компенсаци  нелинейной составл ющей, седьмое слагаесое в (1), как правило, не производи с . Уменьшение погрешности перемножени  умножител  достигаетс  подачей четырех напр жений компенсации т зкой величины, чтобы-второе, третье, четвертое , и п тое слагаемое в выходном напр жении стали бы равными нулю. На информационные входы 2 и 3 блока 1 умножени  с переменной крутизной подаютс  перемножаемые напр жени  Ux (фиг. 2а) и . 26). В результате на выходе умножител  вырабатываетс  напр жение (фиг.2в). ;При этом дл  нагл дности на фиг.2в в течение первого периода низкочастотного напр жени  U показано выходное напр жение умножител  при отсутствии погрешностей, а в течение второго периода - при наличии смещени  ех по входу X. На фиг. 2г представлено выходное напр жение умножител  после прохождени  его через выпр мительный диод 11. На ограничитель 12 подаетс  низкочастотное напр жение и. На выходах ограничител  . (фиг. 2д,е) формируютс  противофаз ыe пр моугольные напр жени , которые управл ют ключами- 13 и 14. При открытом состо нии ключей зар дные конденсаторы 15 и 16 зар жаютс  до амплитудного значени  напр жени  U, при этом напр жени  на упом нутых конденсаторах показаны на фиг. 2ж,з соответственно. Эти напр жени  при-, кладываютс  к входам дифференциального усилител  17,который и формирует компенсирующее напр жение U, прикладываемое к выходу 5 дл  балансировки первого информационного входа X. Под вЬздействием компенсирующего напр жени  U измен етс  смещение на выходе 5 блока 1 умноже ни , в результате чего амплитуды его выходного напр жени  в течение соседних полупериодов низкочастотного перемножаемого напр жени  выравниваютс  « т.е. погрешность перемножени  сводитс  к нулю. Ввиду того-, что непосредственно в блоке умножени  существует гальваническа  св зь между каскадами, то компенсирующее напр жение целесообразно подавать на выход дл  балансировки первого каскада блока умножени - . Как следует из (1) наибольшее вли ние на точность перемножени  оказывают четвертое и п тое слагаемые, так как при перемножении переменных сигналов при j( ,f tj 0 по вл ютс  новые спектральные составл ющие с частотами перемножаемых наЛр жений. Второе слагаемое погрешности Е приводит лишь к добавлению посто нной составл ющей в выходной сигнал ум-; ножител , а третье слагаемое AKU,UO оказывает вли ние на амплитуду выходного сигнала перемножител , т.е. эти слагаемые не внос т дополнительных частотных искажений (дополнительных спектральных состав л ющих) в выходной сигнал АПС. На фиг. 2а,б изображены перемножаемые сигналы, на фиг. 2в представлен выходной сигнал умножител  при отсутствии статической погрешности. На фиг. За приведена составл юща  погрешности, обусловленна  напр жением смещени  g по информационному входу X, на фиг. 36 - выходной .сигнал умножител  с учетом указанной выше погрешности, на фиг. Зв - состй л юща  погрешности, вызванна  напр  жением смещени  ц по информационному входу у., на фиг. Зг - выходной си нал умножител  при наличии смещени  на информационном входе У. При отсутствии напр жений смещений ,6 у фиг. 2в максимальные амплитуды выход ного напр жени  умножител  в каждо полупериоде низкочастотного напр же ни  равны. Как видно из фиг. напр жени  смещени  ,у-информацион ных входов X, У вызывают изменение максимального значени  амплитуды вы ходного напр жени  умножител  в течение каждого полупериода низкочас тотного перемножаемого напр жени  Uj/. Это обсто тельство позвол ет при по влении смещени  на йнформационных входах х ,и автоматически сформировать компенсирующее напр жение такой величины, чтобы свести нулю составл ющие погрешности выход ;ного напр жени , обусловленные напр жени ми смещени  В предлагаемом умножителе настро ка на минимальное значение статической погрешности происходит автоматически , режима разделени  во вре мани не требуетс , дополнительные тестовые напр жени  также не нужны. Схема не критична к изменению параметров элементов, так как выходное напр жение умножител  через -ключи прикладываетс  как к зар дному конденсатору 15, так и к зар дному кон денсатору 1б через один и тот же выпр мительный диод 11, изменение емкостей конденсаторов 15 и 1б не оказывает заметного вли ни , так как зар д их происхопйт до. амплитудного значени  напр жени  Ugy.,, при этом посто нна  времени зар да ма;ла , а посто нна  разр да обеспечиваетс  достаточно большой ввиду высокого входного сопротивлени  усилител  17 посто нного тока и большого сопротивлени  ключей 13 и 1 в .запертом состо нии. Экономический эффект от использовани  изобретени  обусловлен его техническими особенност ми, приведенными выше. Формула , изобретени  Аналоговый умножитель переменных сигналов, содержащий, блок умножени  с переменной крутизной, выход которого  вл етс  выходом умножител , а первый и второй информационные входы  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами умножител , три задающих потенциометра, первые крайние выводы которых объединены и подключены к шине положительного напр жени  питани  и к первому входу напр жени  питани  блока умножени  с переменной крутизной, вторые крайние выводы первого и второго задающего потенциометров объединены и . подключены к шине отрицательного напр жени  питани  и к второму входу напр жени  питани  блока умножени  с Переменной крутизной, средний вывод первого задающего потенциометра подключен к выходу дл  балансировки второго информационного входа блока умножени  с переменной крутизной, средний вывод второго задающего потенциометра подключен к выходу дл  балансировки напр жени  смещени  выходного каскада блока умножени  с переменной крутизной, средний вывод и второй крайний вывод третьего задающего потенциометра объединены и подключены к выходу установки заданного коэффициента перемножени  блока умножени  с переменной крутизной, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности умножени , в него введены ограничитель, выпр мительный диод, два клюма, два зар дных конденсатора и дифференциальный усилитель , выход которого подключен к выходу дл  балансировки первого инфор-, мационного входа блока умножени  с переменной.крутизной, первый информационный вход блока умножени  с пере менной крутизной подключен к входу ограничител , пр мой и инвертирующий выходы которого подключены к управл ющим входам соответственно первого и второго ключей, информационные входы которых объединены и подключены к катоду выпр мительного диода, анод которого подключен к информационному выходу блока умножени  с переменной крутизной, выходы ключей подключены IK соответствующим входам дифференциального усилител  и через соответствующие зар дные конденсаторы подключены к шине нулевого потенциала.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Тимрнтеев В. Н. и др. Устройство автоматической настройки четырехквадратных аналоговых перемножителей сигналов.- Измерительна  техника ,; 1978, № 10, с. 17, рис. 1.

2.Тимонтеев В. Н., Ткаченко В.А. Аналоговый перемножитель сигналов К525ПС1.- Электронна  промышленность , Vf 7, с. 10-13 (прототип). ЛЛл лЛЛ

С Ж U(i}((}i U,f(f}-U ii ti Uf 4rUK(Jy svV «J i

и

(риг.1

гт

V/ sAA/A /AV

Claims (2)

1. Формула . изобретения

   Аналоговый умножитель переменных сигналов, содержащий, блок умножения с переменной крутизной, выход которого является выходом умножителя, а первый и второй информационные входы являются соответственно первым и вторым выходами умножителя, три задающих потенциометра, первые крайние выводы которых объединены и подключены к шине положительного напряжения питания и к первому входу напряжения питания блока умножения с переменной крутизной, вторые крайние выводы первого и второго задающего потенциометров объединены и подключены к шине отрицательного напряжения питания и к второму входу напряжения питания блока умножения с Переменной крутизной, средний вывод первого задающего потенциометра подключен к выходу для балансировки второго информационного входа блока умножения с переменной крутизной, средний вывод второго задающего потенциометра подключен к выходу для балансировки напряжения смещения выходного каскада блока умножения с переменной крутизной, средний вывод и второй крайний вывод третьего задающего потенциометра объединены и подключены к выходу установки заданного коэффициента перемножения блока умножения с переменной крутизной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности умножения, в него введены ограничитель, выпрямительный диод, два ключа, два зарядных конденсатора и дифференциальный усилитель, выход которого подключен к вы955Ю5 ходу для балансировки первого информационного входа блока умножения с переменной.крутизной, первый информационный вход блока умножения с переменной крутизной подключен к входу ограничителя, прямой и инвертирующий выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго ключей, информационные входы которых объединены и подключены к катоду выпрямительного диода, анод которого подключен к информационному выходу блока умножения с переменной крутизной, выходы ключей подключены ,к соответствующим вхо10 дам дифференциального усилителя и через соответствующие зарядные конденсаторы подключены к шине нулевого потенциала. ·

   5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

   1. Тимонтеев В. Н. и др. Устройство автоматической настройки четырехквадратных аналоговых перемножи-

   Ю телей сигналов.- Измерительная тех ника,‘ 1978, Ν’ 10, с. 17, рис. 1.
2. 2. Тимонтеев В. Н., Ткаченко В.А Аналоговый перёмножитель сигналов К525ПС1.- Электронная пррмышлен-

   15 ность, Ν’ 7, с. 10-13 (прототип).

   Составитель Т. Сапунова /Редактор С. Тараненко Техред ·Τ.Маточка Корректор Г. Огар Заказ 6440/56 Тираж 731 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

   113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

   Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4