Четырехквадрантный умножитель сигналов постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИН

3(5П 06 6 7 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ll4TOPCNOMV СВИДВТВЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ)Ф (2 1) 3 4 96858/18-24 (22) 05 ° 10.82 (46) 23.12.83. Бюл. р 47 (72) А.Н.Шаров (53) 684.335(088.8) ,(56) 1. Алексеенко A.Ã. и др.

Применение прецизионных аналоговых

ИС, Радио и связь, 1981, с. 99, рис. 3..21

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 3305031/18-24, кл. Ф 06 6 7/16, 1981 (протртип). (54)(57) ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНЫИ УИНОЖИТЕЛЬ СИРНАЛ03 ПОСТОЯННСГО ТОКА, содержащий инвертор, вход которого является первьва информационнмж входсм четырехквадратного умножителя, первый клич, вход которого подключен к выходу инвертора, первый, второй и третий масштабные резисторы, первые выводы которых соединены с входом второго.клняа, второй вывод первого масштабного резистора подключен к входу инвертора, второй вывод Второго масштабного резистщэа является выходом четщэехквадрантного умножителя, второй:"

-4йвод третьего масштабного резистора соединен с выходом первого ключа, третий ключ, выход которого че,SU„„! 2725 А рез запоминающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, интегратор, компаратор, первый и второй входы которого являются соответственно вторьм информационным и тактовым входамиГчетырехквадрантного умножителя, выход компаратора подключен к.управляющему входу первого ключа, формирователь импульсов, вход .которого соединен с тактовым входом четырехкв адрантн ого умножителя, выход формирователя импульсов подключен к входу триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, отличающийся тем, что, 3 с целью повышения точности, в него введены повторитель напряжения и, двусторонний ограничитель, причем выход второго ключа соединен с входам интегратора, выход которого подключен к входу третьего ключа, ф выход которого соединен с входом повторителя напряжения, подключенного выходом к второму выводу второго масштабного резистора, вход второго ключа через двусторонний ограничитель соединен с шиной нулевого потенциала.

1062725

Изобретение относится к электри-. ческим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Изв ест ен" четырехквадратный умножитель сигналов постоянного тока, содержащиий соединенные последова-. тельно шарнирно-импульсный модулятор и фильтр f 1 J °

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является четырехквадрантный« умножитель сигналов постоянного тока, содержащий инвертор, вход кото-, . рого является первым входом умножи- 15 теля, первый ключ, вход которого подключен к выходу инвертора, первый> второй и третий масштабные резисторы, соединенные между..собой одним из выводов, который соеди- 20 нен с входом второго ключа, а вторые выводы первого, второго и третьего масштабных резисторов соединены соответственно с первым входом устройства и вторым входом первого ключа, третий ключ одним иэ выводов подключен к выводу запоминающего иомпаратора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, интегратор, входы которого являются 30 соответственно вторым и тактовым входами умножйтеля„, а выход подключен к управляющему входу первого ключа, формирователь импульсов, выход которого подключен к входу тригге- 35 ра, прямой и инверсный выюоды которого соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего ключей.

Этот умножитель позволяет полу- 40 чить высокое быстродействие и отсутствие пульсаций несущей частоты в выходном сигнале (2).

Однако точность известного умножителя недостаточна иэ-за наличия взаимовлияния изменения номиналов 45 масштабных резисторов на коэффициенты передачи, так как коэффициенты передачи s данном умножителе определяются параллельным соединением всех трех масштабных резисторов. 50

Целью изобретения является повышение точности умножителя.

Цель достигается тем, что в известныйчетырехквадрантный умножитель сигйалов постоянного тока, 55 содержащий инвертор, вход которого является первьм информационным входом четырехквадрантного умножите-. ля, первый ключ, вход которого подключен к выходу инвертора, первый, второй и третий масштабные резисторы, первые выводы которых соединены с входом второго ключа, второй вывод первого масштабного резистора подключен к входу инверто« ра, второй вывод второго масштабного резистора является вйходом четырехквадрантного умножителя, r второй вывод третьего масштабного резистора соединен с выходом первого ключа, третий ключ, выход которого через запоминающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, интегратор", компаратор, первый н второй входы которого являются соответственно вторым информационным входом и тактовым входом четырехквадрантного умножителя, вы" ход компаратора йодключен к управляющему входу первого ключа, формирователь импульсов, вход которого, соединен с тактовым входом четырех квадрантного умирителя, выход формирователя импульсов подключен к входу триггера, прямой и инверсный выходы которога соединены с управляющими входами соответственно вто.рого и третьего ключей, введены повторитель напряжения и двусторонний ограничитель„ причем выход второго ключа соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу третьего ключа, выход которого соединен с входом повторителя напряжения, подклк«ченного выходом к второму выводу вторбго масштабного резистора, вход второго ключа через двусторонний ограничитель соединен с шиной нулевого потенциала.

На чертеже .изображена схема предлагаемого четырехквадрантного умножителя сигналов постоянного тока

Четырехквадрантный умножитель содержит инвертор 1, интегратор

2, повторитель 3 напряжения,, первый, второй и третий ключи 4 — б, первый, второй и третий масштабные резисторы 7 - 9, запоминающий конденсатор 10, компаратор 11, формирователь 12 импульсов, триггер. 13, двусторонний ограничитель 14, шину 15 нулевого потенциала,.первый

16 и второй 17 информационные входы, тактовый вход 18 выход 19.

Кроме того, в состав умножителя входят дополнительный широтноимпульсный модулятор 20, содержащий компаратор 21, инвертор 22, ключ 23, первый и второй масштабные резисторы 24 и 25, первый и второй входы 26 и 27, выход 28 дополнительного широтно-импульсного модулятора, а также дифференциаль ные операционные усилители 29, резисторы 30, конденсатор 31.

Четырехквадрантный умножитель сигналов постоянного тока работает следующим образом.

На тактовый вход 18 поступают импульсы, например треугольные.

1062725

На интервале разомкнутого состояния первого ключа 4 60

U 0

8Х, 8Ыко й.; С„R8 С„

11 1

U" =UI1 1

Яа выходе компаратора 11 формируются прямоугольные импульсы, относительная длительность которых пропорциональна напряжению постоянного тока со второго входа 17

Е=К 1) +0,S (>

8к2 где 0eq - напряжение постоянного тока со второго входа

17;

k коэффициент пропорциональности.

Причем К„ выбирается таким, чтобы 04881.

Частота прямоугольных импульсов на выходе триггера 13 вдвое ниже . частоты импульсов на тактовом входе 18.

Относительная. длительность замкнутого состояния первого ключа 4 определяется величиной 20

t (2>

9=—

Т

/ б я где + - время заЪ4кнутого состояния

1 первого ключа -4;.,25

Т - период тактовых импульсов.

Второй и .третий ключи 5 и 6 замыкаются в противофазе, а время замкнутого состояния какдого из них равно.Т . 30

Рассмотрим процессы в установившемся режиме. Нредполоким, что в первом таФте работы второй ключ 5 замкнут, третий ключ 6 разомкнут, напряжение на запоминающем конденсаторе

10 Ucо ()зым

На интерВале замкнутого. состояния

nepsoro ключа 4 напряжение на выходе интегратора 2 равно

1 ()@(1)8„ t О 40

U„=-) р Ж- dt- < сИ-+О, (e) в к 9и . Э .О э о где Iil „- напряжение постоянного то= ка. на первом входе 16у 45

R1,R8,Р - сопротивления первог6, вто-, рого и третьего масштабных резисторов 7 — 9; (Ц - емкость конденсатора интегратора 2; 50

Ю" - напряжение на эапоминаю10 щем конденсаторе 10;

Ощ„„- напрякение на выходе 19.

При f. =t б

55 вв„! вв вы»в

R „. !!g!» R!! »

При 1=Т

"Sx„" è "аы („ п "Вк„ в! 1 1 +Ц (6)

Для установившегося режима (с (х

8 1

-U =-u — 1- — — ° () Sex eX1 R R T

1 9 !"в

При К =2РЗ

2 8

@ 18к

8ых0 ь(1 R1 1 1 2

= КО8„0Щ

Из выражения (8) следует, что при

8=0 коэффициент передачи однозначно подстраивается первым или (и) вторым масштабными резисторами 7 и 8, а при 8=1 - третьим масштабным резистором 9. В результате может быть установлен необходимый коэффициент передачи с.,высокой точностью.

Во втором такте второй ключ 5 разомкнут, а третий ключ 6 замкнут и напряжение на выходе интегратора

2 на момент размыкания второго клю ча 5 запоминается на запоминающем конденсаторе 10 и через повторитель 3 напряжения является выходные напряжением. Поскольку второй ключ 5 разомкнут, то напряжение на выходе интегратора 2 не изменяется во втором такте и не изменяется пряжение на выходе 19. Таким образом, s установившемся режиме пульсации напряжения на выходе 19 отсутствуют °

В переходном процессе при выполнении условия т2К вЂ” (в! т2 где К вЂ” коэффициент передачик

Т вЂ” постоянная времени»

=RsC„

Четырехкв адрантный умноки тель имеет максимальное быстродействие, моделируется звеном с чистьэе запаздыванием, постоянная времени которого равна периоду ШИМ сигнала, и время переходного процесса при скачкообразном изменении входного сигнала равно периоду IIIHM — сигнала (или периоду сигналов с тактового входа).

Двусторониий ограничитель 14 при разомкнутом втором ключе 5 обеспечивает низкий уровень напряжения и,, как следствие, отсутствие тока че-. рез конечное значение сопротивления

1062725

{ю) Составитель О. Отраднов

Редактор Н.Лазаренко Техред С.Мигунова, Корректор М Шарсши е

Заказ 10220/51 Тираж 706 - Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, Г. ужгород, ул. Проектная, 4 разомкнутого ключа, который может внести погрешность выполнения операции умножения.

Дополнительный эффект применения четцрехквад >антного умножителя.сигналов постоянного тока заключается в упрощении вычислительного устройства, выполняющего операции сложения произведений.

Если необходимо реализовать sчислительную операцию

1 вь!х " эх„ вх "2Ðàê ЬХ4 то эта операция реализуется путем подключения дьполнительного широтно-импульсного модулятора 20. Функциональные связи его показаны на чертеже пунктиром. Коэффициенты . в выражении (10) независимы друг от друга, что недостижимо в известном устройстве. Число суммируемых произведений практически может быть достаточно большим. г

Таким образом, предлагаемый четырехквадрантнйй умножитель сигналов постоянного тока по сравнению с известным устройством характеризуется более высокой точно-.: стью работы.