Аналоговый перемножитель

 

АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ , содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя , а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигналасомножителя , выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертируюи1ему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор , выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода , выход которого соединен с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика , формирователь разнополярных импульсов , выход которого соединен с третьим входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй накопительные конденсаторы , первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого ключей соединены с первыми обI кладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые об (Я кладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом форО5 мирователя разнополярных импульсов и с 05 вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управ4 ляющим входам третьего и четвертого клюСО чей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора периода и формирователя тактового импульса , выход которого подключен к управляющему входу переключателя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3695084/24-24 (22) 26.01.84 (46) 07.07.85. Бюл. № 25 (72) А. Б. Андреев, В. А. Баранов и Н. Г. Жегалин (71) Пензенский филиал Всесоюзного научно-исследовательского технологического института приборостроения (53) 681.335 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании № 1285192, кл. G 4 G, опублик. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 631835, кл. G 01 R 21)06, 1977 (прототип). (54) (57) АНАЛОГОВЫЛ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигналасомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода, выход которого соединен с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчи„„ 1) „„1166143 А ка, формирователь разнополярных импульсов, выход которого соединен с третьим входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй накопительные конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого ключей соединены с первыми обкладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые обкладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к . первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам. третьего и четвертого ключей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора периода и формирователя тактового импульса, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.

1166143

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен аналоговый перемножитель, содержащий генератор треугольных импульсов, компаратор, инвертор, переключатель и интегратор (1).

Однако это устройство характеризуется низкой точностью работы.

Наиболее близким к предложенному является аналоговый перемножитель, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нульоргана, выход которого через элемент калиброванной задержки соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом формирователя разнополярных импульсов и с третьим входом сумматора, вход повторителя напряжения с парафазными выходами соединен с входом селектора периода, выход которого подключен к управляющим входам переключателя и реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом схемы совпадения, выход реверсивного счетчика является выходом перемножителя (2).

Недостатком известного устройства является невысокая точность работы вследствие наличия методической погрешности.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговый перемножитель, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода, выход которого соединен

З0

55 с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого подключен к входу управления реверсОм реверсивного счетчика, формирователь разнополярных импульсов, выход которого соединен с третьим входом сумматора, введены первый и второй накопительные конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего.и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого ключей соединены с первыми обкладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые обкладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с вторыми входами первого и второго элементов

И, выходы которых подключены к управляющим входам третьего и четвертого ключей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора периода и формирователя тактового импульса, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема аналогового перемножителя; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов.

На схеме обозначены вход 1 первого сигнала-сомножителя, повторитель 2 напряжеHJ4H с парафазными выходами, переключатель 3, сумматор 4, масштабный резистор 5, шина 6 нулевого потенциала, операционный усилитель 7, интегрирующий конденсатор 8, нуль-орган 9, выход 10 аналогового перемножителя, генератор 11 опорной частоты, селектор 12 периода, реверсивный счетчик 13, формирователь 14 разнополярных им— пульсов, вход 15 второго сигнала-сомножителя, формирователь 16 тактового импульса, первый и второй накопительные конденсаторы 17 и 19, первый 19, второй 20, третий 21 и четвертый. 22 ключи, источник 23 образцовых токов, элемент НЕ 24, первый

25 и второй 26 элементы И.

Аналоговый перемножитель работает следующим образом.

1166143

10

15 момента срабатывания нуль-органа 9 импульса (фиг. 2,б) генератора 11 опорной частоты (момент времени t, на фиг. 2,e).

Селектор 12 периода формирует образцо- 40 вый интервал Т,,который заканчивается в момент времени t после прохождения целого числа и импульсов генератора 11 опорной частоты Т, = n.T .Ñðàáàòûâàíèå нульоргана 9 в момент времени t вызывает также смену знака напряжения Uo с «+» на

«-» и подключение к инвертирующему вхо50

Пусть на входы первого 1 и второго 15 сигналов-сомножителей поданы напряжения соответственно Ug (t) и Uz (t) . Полный цикл преобразования . осуществляется в течение длительности Т сигнала формирователя 16 тактового импульса, причем U (t) =

U, = const и U, (t) = 11, = const (фиг. 2,a). Пусть в одном из полупериодов

Т/2 интервала Т напряжение на выходе переключателя 3 находится в противофазе с

U (t), что обусловлено управляющим сигналом на переключатель 3 с выхода формирователя 16 тактового импульса. Тогда напряжение Uc (t) на выходе сумматора 4 имеет вид где Ua — выходное напряжение формирователя 14 разнополярных импульсов (фиг. 2ж);

U, /U,(t) U,(t)/ (2)

До момента времени t, первый накопительный конденсатор 17 заряжен током — 1 и имеет заряд q = -1,Т, (фиг. 2,г), где Тр— образцовый временной интервал, формируемый узлом калиброванной задержки, образуемым генратором 11 опорной частоты и селектором 12 периода.

Пусть в момент времени t (фиг. 2, в) линейно убывающее со скоростью (Uq

Ц + Uð )/ ф (Q = RC постоян ная времени, R и С вЂ” сопротивление и емкость масштабного резистора 5 и интегрирующего конденсатора 8) выходное напряжение интегратора на основе операционного усилителя 7 достигает нуля. Это приводит к срабатыванию нуль-органа 9 (фиг. 2,е) и соответственно к запуску селектора 12 периода по переднему фронту первого после ду операционного усилителя 7 посредствбм первого ключа 19 первого накопительного конденсатора 17, с которого накопленный заряд перетекает на интегрирующий конденсатор 8 вследствие наличия на инвертирующем входе операционного усилителя 7 мнимого нуля и глубокой отрицательной обратной связи. При этом знак заряда изменяется на противоположный, а первый накопительный конденсатор 17 к моменту времени t> разряжается практически до нуля.

В течение интервала Т, начиная с мо-! мента времени 6, и до момента времени, 20

Зо

35 второй накопительный конденсатор 18 че. рез замкнутый четвертый ключ 22 заряжается током +1, от источника 23 образцовых токов, в результате чего на втором накопительном конденсаторе 18 накапливается заряд q = + 1,Т, (фиг. 2,д).

В момент времени t четвертый ключ 22 размыкается и заряд «запоминается» до момента времени t . С момента времени одновременно с перетеканием заряда с первого накопительного конденсатора 17 происходит заряд интегрирующего конденсатора 8 еще и током, обусловленным выходным напряжением сумматора 4, равным . U

U — U — U, причем чем дальше по времени от момента t<, тем сильнее доминирует ток, обусловленный напряжением сумматора 4 и выходное напряжение операционного усилителя 7 начинает убывать практически линейно со скоростью -(11, — U — Up) /й до момента времени (з, когда оно становится равным нулю, и срабатывает нуль-орган 9. Тем самым заканчивается первый интервал преобразования длительностью Т = t 3 — t . Уравнение баланса зарядов за интервал времени Т имеет вид (3)

Отсюда можно определить

1оТр R/ {Ug (Ug. 1-4 ) ) . (4)

В момент времени t по сигналу нульоргана 9 вновь меняется полярность напряжения с выхода формирователя 14 разнополярных импульсов, переключаются первый 19 и второй 20 ключи, в результате чего первый накопительный конденсатор 17 отключается от инвертирующего входа операционного усилителя 7, а второй накопительный конденсатор 18 подключается к нему. При этом заряд q = +1,Т,, накопленный на втором накопительном конденсаторе 18, начинает перетекать в интегрирующий конденсатор 8, который одновременно заряжается током, обусловленным выходным напряжением сумматора 4:

Uс = 1.4 — 11 — 1 р (5)

В момент времени t с приходом импульса генератора 11 опорной частоты запускается селектор 12 периода, по сигналу которого замыкается третий ключ 21, в результате чего первый накопительный конденсатор 17 начинает заряжаться образцовым током lр до момента времени когда заканчивается интервал Т,. Тогда третий ключ 21 размыкается, а накопленный образцовый заряд q = — 1,Т, хранится до очередного срабатывания нуль-органа 9 (момент времени tg).

1166143

В момент времени t линейно нарастающее со скоростью (Uq — 14 + U>: ) / 7 выходное напряжение операционного усилителя 7 достигает нуля, вызывая срабатывание нуль-органа 9, что означает окончание второго такта преобразования длительностью Т и начало нового цикла, в котором все описанные процессы повторяются.

Уравнение баланса зарядов для интервала времени T имеет вид

I.T.— (U,— U,+ U,) QR = О. (6)

Отсюда интервал времени Т имеет следующую зависимость:

Т, = 1,T.R/(U. - U, — U,) . (7)

Частоту импульсов, поступающих на вход реверсивного счетчика 13 в течение первого полупериода сигнала формирователя 16 тактового импульса на сложение, можно представить с учетом выражений (4) и (7) следующим образом: (t) i V. -(Уа К) (8) 1 + Т, 2 1/о о о R

Количество импульсов Ni, поступив щих в реверсивный счетчик 13 за первый полупериод Т/2 интервала измерения, равно:

f,(t) — = — — — — — — —, (9) т г1/. -(V. -u,) j-т

Г /, .т. к где Т = кТк, К вЂ” целое число.

3а второй полупериод Т/2 в реверсивный счетчик 13 на вычитание поступает число импульсов, которое равно

T (Uo (Уз+Я Т

ФЦ r.ò. R (1О)

По окончании периода сигнала формирователя 16 тактового импульса, записанного в реверсивном счетчике 13 число импульсов

N» можно представить выражением

"4 — 1 (е = — ® >

V lJ. » le R

Nx — целое число. где m

Предложенный аналоговый перемножитель по сравнению с известным обладает повышенной точностью работы.

Как видно из конечного результата (11), код в реверсивном счетчике 13 прямо пропорционален произведению мгновенных значений входных сигналов. Таким образом в аналоговом перемножителе временные задержки ь Т и ь Т между моментом срабатыванием нуль-органа. 9 и моментом прихода ближайшего импульса с генератора 11 опорной частоты вообще не оказывают влияния на точность перемножения входных сигналов, т. е. в предложенном ана25 логовом перемножителе соответствующая. методическая погрешность полностью исключена. г а

Редактор И. Николайчук

Заказ 43! 3/46

Составитель О. Отраднов

Техред И. Верес Корректор О. Ти гор

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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