Умножитель электрических сигналов

 

УМНОЖИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, соцержаший беэынерционньй блок умножения, первый информационный вхоа которого является первым вхоцом умножителя, фазочувствительный выпрямитель, поцсоециненный управляющим входом к первому выходу блока управления, инвертор, фильтр нижних час тот, выход которого является выходом умножителя, и первый переключатель, подключенный управляющим входом к второму выходу блока управления, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия умножителя , он содержит второй переключатель, подсоединенный управляющим входом к третьему выходу блока управления, и сумматор, выход которого подключен к второму входу безынерииОнного блока умножения, а два входа через инвертор и непосредственно соединены соответ - ственно с первыми выводами первого и второго переключателей, подключенными . вторыми выводами к шине нулевого по (О тенциала, третий вывод первого переключателя соединен третьим выводом второго переключателя и является вторым входом умножителя, вход фазочувствительного выпрямителя подключен к выходу безынерционного блока умножения, а его выход соединен с входом фильтра нижних частот. 00 о 00 со

1 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) З(5)) G06 G 7/161

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3429259/18-24 (22) 23.04.82 (46) 23.07.83. Бюл. М 27 (72) В. С. Попов, В. И. Исаев и И. Н. Желбаков (71) Ордена Ленина институт проблем управления и Ордена Ленина и ордена

Октябрьской Революции московский энергетический институт (5 3 ) 681.3 (088. 8 ) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N(. 583447, кл. G06 G 7/16, 1976.

2. Скрипник-Ю. А. Методы преобразования и выделения измерительной информации из гармонических сигналов. Киев, Наукова думка", 1971, с. 66, рис. 16б

{прототип). (54) (57) УМНОЖИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕС

KHX СИГНАЛОВ, соцержаший безынерционный блок умножения, первый информаци» онный вхоц которого является первым входом умножителя, фазочувствительный вь)прямитель, поцсоециненный управляюшим входом к первому выхоцу блока управления, инвертор, фильтр нижних час» тот, выхоц которого является выхоцом умножителя, и первый переключатель, подключенный управляюшим вхоцом к второму выхоцу блока управления, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия умножи» теля, он соцержит второй переключатель, поцсоециненный управляюшим вхоцом к третьему выхоцу блока управления, и сумматор, выхоц которого подключен к второму вхоцу безынерционного блока умножения, а два вхоца через инвертор и непосредственно соецинены соотнес» ственно с первыми вывоцами первого и второго переключателей, подключенными . вторыми выводами к шине нулевого потенциала, третий вывод первого переклю» чателя соединен третьим вывоцом второго переключателя и является вторым входом умножнтеля, вхоц фазочувствительного выпрямителя подключен к выходу безынерционного блока умножения, а его выход соецинен с входом фильтра нижних частот.

1030813

Цель изобретения - повышение быстродействия умножитвля.

Поставленная цель постигается тем, что умножитель электрических сигналов, соцержаший безынерционный блок умножения, первый информационный вход коИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в различных измерительных устройствах и системах автоматического управления пля перемножения двух вели- 5 чин, зацанных в виде электрических сигналов, например, при определении их интегральных характеристик (средиеквадратических значений, активной мощности, корреляционной функции).

Известен умножитель, содержащий сумматор, квацратор, два инввртора с переключателями на выходах, блоки усреднения и управления Pl) .

Однако это устройство облацает недостаточным быстродействием умножителя, ограниченным инерционностью квацратора, которая необходима для по давления пульсаций при переменных вхоц ных сигналах.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является умножитель электрических сигналов, сопержаший две входные шины сомножителей, первая иэ которых соецинена с первым вхопом

25 безынерционного умножителя, инвертор, первый переключатель, фазочувствительный выпрямитель, блок усреднения, выход которого является выходной шиной уст» ройства, шину нулевого потенциала, блок З0 управления, первый выход которого соединен с управляющим вхоцом фазочувзтвительного выпрямителя, à его второй выход - с управляющим вхоцом первого переключателя (2) .

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие умножения, обусловленное инерционностью фильтра, необходимого для поцавления на выходе фаэочувствительного выпрямителя 40 пульсаций от коммутационного инвертирования одного иэ сомножителей с частотой, значительно более низкой, чем его нижняя граничная частота. Уменьшение частоты коммутации необходимо для 4 удовлетворения противоречивых требований к инерционности другого фильтра, который должен не только поцавлять пульсации с частотами выше нижних граничных частот сомножителей, но и пропускать переменный сигнал с частотой коммутационного инвертирования. торого является первым вхопом умножи галя, фазочувствительный выпрямитель, подсоединенный управляющим входом к первому выходу блока управления, инвертор, фильтр нижних частот, выхоц которого является выходом умножителя, и первый переключатель, подключенный управляюшим входом к второму выходу блока управления, соцержит второй переключатель, подсоединенный управляюшим входом к третьему выходу блока управления, и сумматор, выход которого поп» ключен к второму вхоцу безынерционного блока умножения, а пва входа через инвертор и непосредственно соединены соот» ветственно с первыми вывоцами первого и второго переключателей, подключенными вторыми выводами к шине нулевого потенциала, третий вывод первого переключателя соединен с третьим выводом второго переключателя и явлются вторым входом умножителя, ехоп фазочувствительного

«ыпрямителя подключен к выходу безь1нерционного блока умножения, а его выход соединен с входом фильтра нижних частот.

На фиг. 1 прецставлена функциональная схема умножителя электрических сигналов; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления.

Включение фазочувствительного выпря» мителя между выходом безынерционного блока умножения и входом фильтра нижних частот позволяет исключить необходимость пропускания через фильтр нижних частот переменного сигнала, пропорционального произведению сомножителей с частотой, равной частоте коммутационного инвертирования, Поочередное подключение инверсных. и неинверсных значений сомножителя с помощью сумматора, инвертора, первого и второго переключателей к входу безынерционного блока умножения позволяет сделать смешение на его входе незави» симым от коммутационного инвертирования и тем самым исключить составляющую погрешности, сильно снижающую точность умножителя. Эта составляющая . погрешности может возникать от измене» ния смешения на вхоце безынерционного блока умножения при коммутировании и резко возрастать с приближением частоты коммутации к нижней граничной частоте сомножителя, из за усиления корреля:ционной связи между этими сигналами.

Таким образом, исключение переменных сигналов с частотами коммутации на входах фильтра нижних частот и беэынерК К ХЗ+К О У4. 0 ), (4)

?О гце К З - коэффициент перецачи сумматора 3б (1 . - смешение на выхоце сумматоЪ ра 3 °

К„- коэффициент умножения беэынер?5 ционного блока умножения 9;

- смешение на выхоце беэынерци9 онного блока умножения 9.

Во втором такте работы умножителя блок управления 10 переводит переключаЗО тели 6 - 8 в положения, противоположные указанным на фиг. 1.

В этом случае на вхоце фильтра нижних частот 11 имеем сигнал

3 1030 ционного блока умножения позволяет yseличить частоту коммутационного инвертирования до нижней граничной частоты со множителей и тем самым сушественио повысить быстроцействие умножителя.

Умножитель (фиг. 1) содержит вхо цы 1 и 2 для сомножителей Х, и У соот ветственно, сумматор 3; инверторы 4 и 5, переключатели 6, 7, 8, безынерционный блок умножения 9, блок управ . 10 ления 10, фильтр нижних частот 11, шину нулевого потенциала 12, фаэочувствительный выпрямитель 13, включаюший в себя инвертор 5,и переключатель 8, и выхоц 14. 15

Блок управления (фиг. 2) имеет выхоцы 15 - 17 и содержит мультивибратор 18, выход которого соединен со счетных входом триггера 19. Первый выход триггера 19 соецинен с выходами 15 и 16 блока управления, а второй фаэоинверсный выхоц триггера 19 - с выхоцом 17.

Вход 2 сомножителя У соецинен с первым вхоцом безынерционного блока умножения 9, между выхоцом которого и вхоцом фильтра нижних частот 11 включен фаэочувствительный выпрямитель 13.

BxoQoM фаэочувствительного выпрямителя 13 является вхоц инвертора 5, который в свою очерець соецинен с первым вывоцом переключателя 8, второй BblBog которого соединен с выхоцом инвертора 5. Третий вывоц переключателя 8 является выхоцом фазочувствительного выпрямителя 13. Выхоц сумматора 3 поцключен к второму входу безынерционного блока, умножения 9. С первым вхоцом сумматора.3 соединен через инвертор 4 первый вывоц переключателя 7, 4О а с вторым его входом - первый вывоц переключателя 6. Шина нулевого потенциала 12 соецинена с вторыми вывоцами, а вхоц 1 сомножителя - с третьими вывоцаыи первого 7 и второго 6 переклю- 45 чателей, Первый выход 15 блока. управления 10 соединен с управляюшим вхоцом фаэочувствительного выпрямителя 13, а имен но с унравляюшим вхоцом переключатеJIsK 8. Второй 16 и третий 17 выхоцы блока управления 10 соединены с управляюшими входами переключателей 7 и 6 соответственно. Фильтр нижних частот 11 используется в качестве блока усредне ния и его выхоц. является выхоцом 14

- умножителя. С выхоца 14 умножителя снимается постоянный по уровню сигналЪ, пропорциональный проиэвецению сомно813 4 жителей Х9В качестве безынерционного блока умножения 9 может быть исполь зовано, например, четырехквацрантное множительное устройство на управляемых провоцим остях.

Цикл работы умножителя "îñòîèò из цвух тактов.

В первом такте его работы с блока управления 10 на управляюшие входы переключателей 6 — 8 поцаются такие сигналы управления, при которых переключатели 6 - 8 нахоцятся в положени« ях, указанньи на фиг. 1.

На входе фильтра нижних частот 11

I. имеем. сигнал 7, опрецеляемый выраже2. =K (K È+Î )Ч 0 =

X =-К ЕК (-Х) () У Ц

К К ХУ -Кд О У-0 (у) Появление знака минус перед слагае» мыми обусловлено прохожцением сигналов через инверторы 4 и 5. Если период пе.реключения переключателей 6 - 8 намного меньше, чем постоянная времени фильтра нижних частот 11, на выхоце 14 имеем гце К,и - коэффициент перецачи фильтра нижних частот 11;

Т - время усреднения.

После поцстановки выражений (1) и (2) в выражение (3) и провецения необхоцимых преобразований получим, что =К 1(К

me С=К„ к К - коэффициент передачи

+ 9 Ъ умножителя в целом;

y, среднее значение произведения сомножителей Х,Д.

Из последнего выражения видно, что выходной сигнал пропорционален произве дению сомножителей g, и не зависит от смешений на выходах безынерционного блока умножения 9 и сумматора 3. Быстродействие умножителя определяется в дан ном случае олько постоянной времени фильтра нижних частот 13..

В результате экспериментальных исследований макета умножителя электрических сигналов было установлено, что при десятикратном изменении сигналов сомножителей, прецставляюших собой переменные синусоицальные напряжения, от кх максимальных значений, равных 300 мВ, относительная погрешность умножения не превышает 0,2% в циагазоне частот от 20 Гц go 100 кГц, а время установления выходного сигнала при скачкообразном изменении любого из сигналов сомножителей составляет не более 0,5 с.

ЗНИИПИ Заказ 5214/49

Тираж 706 Подписное

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