Перемножающее устройство

 

ПЕРЕМНОЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый операционный усили тель, инвертирующий вход которогосоединен с первым выводом первого масштабного резистора, второй вывод которого является входом первого сигнала-сомножителя, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен второй масштабный резистор, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала , выход первого операционного усилителя подключен к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вьгеод которого соединен с первым выводом пятого масштабного резистора, второй вывод которого под ключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, первый второй, трет1-1й и четвертьш усилитель ные транзисторы, эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов подключены к второму вьгооду четвертого масштабного резистора, коллекторы первого, второго, третьего и четвертого усилительных транзисторов через соответств тощие первый, второй, третий и четвертьп резисторы нагрузки соединены с выходом источника Hanps жения , база первого усилительного транзистора соединена с первыми выводами первого резистора смещения и первого токоограничительного резистора , база второго усилительного транзистора соединена с первыми выводами второго резистора смещения, второго токоограничительного резистора и с базой четвертого усилительного транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером третьего усилительного транзистора, база которого подключена к первому выводу третьего резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резисторов смещения и с шиной нулевого потенциала, второй вывод первого токоограничительного резистора подключен к подвижному контакту балансировочного потенциометра,второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводом терморезистора, второй вывод которого является входом второго сигнала сомножителя, второй операционный усилитель между инвертирующим входом и выходом которого включен шестой масштабный резистор, к неинвертирующему и инвертирующему входам второго операциояного усилителя подключены соответственно коллекторы первого и второго усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1168971

IS>) G 06 G 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ„

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3667887/24-24 (22) 05.11.83 (46) 23.07.85. Бюл. № 27 (72) В.В. Алексеев и А.M. Мешков (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г.В. Плеханова (53) 681.335(088.8) (56) 1. Алексеенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых ИС. М.

"Радио и связать, 1981, с. 95-96, рис. 3.17б.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3532136/18-24, кл. G 06 С 7/16, 1982. (54)(57) IIEPEMHONAIOIIIEE УСТРОЙСТВО, содержащее первый операционный усили. тель, инвертирующий вход которого. соединен с первым выводом первого масштабного резистора, второй вывод которого является входом первого сигнала-сомножителя, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен второй масштабный резистор, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя подключен к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом пятого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, первый, второй, третий и четвертый усилительные транзисторы, эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов подключены к второму выводу четвертого масштабного резистора, коллекторы первого, второго, третьего и четвертого усилительных транзисторов через соответствующие первьй, второй, третий и четвертый резисторы нагрузки соединены с выходом .источника напряжения, база первого усилительного транзистора соединена с первыми выво. дами первого резистора смещения и первого токоограничительного резистора, база второго усилительного транзистора соединена с первыми выводами второго резистора смещения, второго токоограничительного резисто. ра и с базой четвертого усилительного транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером третьего усили- С тельного транзистора, база которого подключена к первому выводу третьего резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резисторов смещения и с шиной нулевого потенциала, р второй вывод первого токоограничительного резистора подключен к подвижному контакту балансировочного

IeaaL потенциометра, второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводом терморезистора, второй вывод которого является входом второго сигнала сомножителя, второй операционный усилитель между инвертирующим входом и выходом которого включен шестой масштабный резистор, к неинвертирующему и инвертирующему входам второго операционного усилителя подключены соответственно коллекторы первого и второго усилитель1168971 ных транзисторов, первый вывод седь-: мого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого является выходом устройства, источник напряжений смещения, к выходам которого подключены первый и второй выводы балансировочного потенциомет- . ра, общий выхбд источника напряжений смещения подключен к шине нулевого потенциала, третий операцинный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен восьмой масштабный резистор, второй вывод седьмого масштабного резистора . соединен с выходом третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через девятый масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, коллекторы третьего и четвертого усилительных транзисторов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, десятый масштабный резистор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в работе путем расширения диапазона величин входных сигналов, снижения дрейфа нулевого уровня и расширения области применения за счет реализации перемножения на алгебраическую сумму сигналов, в него введены четвертый операционный усилитель, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый масштабные резисторы, третий, четвертый, пятый и шестой токоограничительные резисторы, первый и второй ограничительные диоды, причем инвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с первым выИзобретение относится к электри ческим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известно перемножающее устройство, 5 содержащее дифференциальный усилитель. .ный каскад, операционные усилители, масштабные и токоограничительные резисторы j1) . водом десятого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом четвертого операционного усилителя включен одиннадцатый масштабный резистор,.неинвертирующий вход четвертого операционного усилителя через двенадцатын масштабный резистор соединен с первым входом устройства, выход четвертого операционного усилителя подключен к первому выводу тринадцатого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером третьего и четвертого усилительных транзисторов, с анодом первого ограничительного диода и с первым выводом четырнадцатого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя, катод первого ограничитель ного диода соединен с шиной нулевого потенциала и с катодом второго ограничительного диода, анод которого соединен с вторым выводом четвертого масштабного резистора, первый вывод третьего токоограничительного резистора соединен с базой третьего усилительного транзистора, второй вывод третьего токоограничительного резистора соединен с вторым-подвижным контактом балансировочного потенциометра, первые выводы четвертого, пятого и шестого токоограничительных резисторов подключены к базам соответственно первого, второго и третьего усилительных транзисторов, вторые выводы четвертого, пятого и шестого токоограничительных резисторов соеди. иены и являются входом дополнительного сигнала-слагаемого устройства.

Недостатком этого устройства явля ется невысокая точность в работе в большом диапазоне величин входных сигналов.

Наиболее близким к предложенному является перемножающее устройство, содержащее первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого

1168971 масштабного резистора, второй вывод которого является первым входом устройства, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен второй масштабный резистор, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя подключен к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом пятого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к неинвертирующеФ му входу первого операционного усилителя, гервый и второй, третий и четвертый усилительные транзисторы, эмиттеры первого и второго усилитель ных транзисторов подключены к второму выводу четвертого масштабного резистора, коллекторы первого, второго, третьего и четвертого усилительных транзисторов через соответствующие первый и второй, третий и четвертый резисторы нагрузки соединены с первым выходом источника напряже- . ния, второй выход которого через восьмой Масштабный резистор соедийен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, база первого усилительного транзистора соединена с первыми выводами первого резистора смещения и первого токоогра" ничительного резистора, база второго усилительного транзистора соединена с первыми выводами второго резистора смещения и второго токоограничительного резистора и с базой четвертого усилительного транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом токозадающего резистора и с эмиттером третьего усилительного транзистора, база которого подключена к первому выводу третьего резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого и второго резисторов смещения и с шиной нулевого потенциала, второй вывод первого токоограничительного резистора подключен к подвижному контакту балансировочного потенциометра, второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводом термореэистора, второй вывод которого является вторым входом устройства, второй операционный усилитель между инвертирующим входом и выходс.м которого включен шестой масш. табньп. резистор, к неинвертирующему и инвертирующему входам подключены соответственно коллекторы первого и второго усилительных транзисторов, первый вывод седьмого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого является

10 выходом устройства, источник напряжений смещения, к выходам которого подключены первый и второй выводы балансировочного потенциометра и второй вывод токозадающего резистора

Ф общий выход источника напряжений смещения подключен к шине нулевого потенциала, третий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен девятый масштабный резистор, второй вывод седьмого масштабного резистора соединен с выходом .третьего операционного усилителя, неинвертирую25 щий вход которого через десятый масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, коллекторы третьего и четвертого усилительных транзисторов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим вхо30 дами третьего операционного усилителя, первый и второй выводы блока коррекции соединены с выводами первого масштабного резистора 2 .

Недостатками известного устройст35 ва являются узкий диапазон изменения величин входных сигналов из-эа неполного использования первого операционного усилителя, значительный дрейф нулевого уровня и узкая область при40 менения.

Цель изобретения — повышение точности в работе путем расширения диапазона величин входных сигналов, снижения дрейфа нулевого уровня и рас45 ширения области применения за счет реализации перемножения на алгебраическую сумму сигналов.

Указанная цель достигается тем, что в известное перемножающее уст50 ройство, содержащее первый операцион. ный усилитель, инвертирующий вход ко. торого соединен с первым выводом пер. вого масштабного резистора, второй вывод которого является входом пер55 вого сигнала-сомножителя, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен второй масштабный резистор, неийвер1168971

55 тирующий вход первого операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя подключен к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом пятого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, первый, второй, третий и четвертый усилительные транзисторы, эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов подключены к второму выводу четвертого масштабного резистора, коллекторы первого и второго, третьего и четвертого усилительных транзисторов через соответствующие первый и второй, третий и четвертый резисторы нагрузки соединены с выходом источника напряжения, база первого усилительного транзистора .соединена с первыми выводами первого резистора смещения и первого токоограничительного резистора, база второго усилительного транзистора соединена с первыми выводами второго резистора смещения и второго токоограничительного резистора и с базой четвертого усилительного транзистора, эмиттер которого соединен ci эмиттером третьего усилительного транзистора, база которого подключена к первому выводу третьего резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резисторов смещения и с шиной нулево го потенциала, второй вывод первого токоограничительного резистора подключен к подвижному контакту баланси" ровочного потенциометра, второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводом терморезистора, второй вывод котороrî является входом второго сигнала сомножителя, второй операционный усилитель между инвертирующим входом и выходом которого включен шестой масштабный резистор, к неинвертирующему и инвертирующему входам второго операционного усилителя подключены соответственно коллекторы первого и второго усилительных транзисторов, первый вывод седьмого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго операционного усиди5

35 теля, выход которого является выходом устройства, источник напряжений сме-, щения, к выходам которого подключены первый и второй выводы балансировочного потенциометра, общий выход источника напряжений смещения подключен к шине нулевого потенциала, третий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен восьмой масштабный резистор, второй вывод седьмого масштабного резистора соединен с выходом. третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через девятый масштабный резистор подключен к ши1Ге нулевого потенциала, коллекторы третьего и четвертого усилительных транзисторов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, десятый масштабный резистор, введены четвертый операционный усилитель, одиннадцатьй, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый масштабные резисторы, третий, четвертый, пятый и шестой . токоограничительные резисторы, первый и второй ограничительные диоды, причем инвертирующий вход четвер. того операционного усилителя соединен с первым выводом десятого . масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом четвертого операционного усилителя .включен одиннадцатый масштабный резистор, неинвертирую щий вход. четвертого операционного усилителя через двенадцатый масштабный резистор соединен с первым вхо- дом устройства, выход четвертого операционного усилителя подключен к первому выводу тринадцатого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с эмиттерами третьего и четвертого усилительных транзисторов, с анодом первого ограничительного диода и с первым выводом четырнадцатого масштабного резистора, втброй вывод которого подключен к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя, катод первого ограничительного диода соединен с шиной нулевого потенциала и с катодом второго ограничительного диода, анод которого соединен с вторым выводом четвертого масштабного резистора.

1168971

1О

4D

55 первый вывод третьего токоограничительного резистора соединен с базой третьего усилительного транзистора, второй вывод третьего токоограничительного резистора соединен с вторым подвижным контактом балансировочного потенциометра, первые выводы четвертого, пятого и шестого токоограничительных резисторов подключены к базам первого, второго и третьего усилительных транзисторов, вторые выводы четвертого, пятого и шестого токоограничительных резисторов соединены и являются входом дополнительного сигнала-слагаемого устройства.

На чертеже показана функциональная схема предложенного перемножающего устройств.:..

Схема содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5, шес.той 6, седьмой 7, восьмой 8, девятый 9, десятый 10, одиннадцатый 11, двенадцатый 12, тринадцатый 13 и четырнадцатьп 14 масштабные резисторы, операционный усилитель 15, первый 1б, второй 17 и третий 18 резис-. торы смещения, источник 19 напряжения, источник 20 напряжений смещения, балансировочный резистор 21, терморезистор 22, первый 23, второй

24, третий 25 и четвертый 26 усилительные транзисторы, первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 резисторы нагрузки, второй 31 и третий 32 операционные усилители, шина

33 нулевого потенциала, входы первого 34 и второго 35 сигналов-сомножителей, выход 36, четвертый операционный усилитель 37, первый 38 и второй

39 ограничительные диоды, первый 40, второй 41, третий 42, четвертью 43, пятый 44 и шестой 45 токоограничительные резисторы, вход 46 дополнительного сигнала-слагаемого.

Перемножающее устройство работает следующим образом.

Сигналом, подаваемым на второй вход 35, изменяется внутреннее сопротивление одного иэ пары первого 23

I и второго 24 усилительных транзисторов ° Поэтому ток, поступающий в их эмиттерные цепи от преобразователя напряжение — ток, образованного первым операционным усилителем 15 совместно с первым 1, вторым 2, третьим 3, четвертым 4 и пятым 5 масштабными резисторами, при подаче на первый вход 34 напрфкения перераспределяется между первым 23 и вторь.м 4 усилительными транзисторами, I а нозникаюший между их коллекторами дифференциальный сигнал усиливается вторым операционным усилителем 31.

Так как коэффициент усиления дифференциального каскада, образованного первым 23 и вторым 24 усилительными транзисторами, зависит от величины выходного тока преобразователя напря. жение — ток, задаваемого положительным напряжением на первом входе 34, то сигнал на выходе второго операционного усилителя 31 (при входных сиг. налах усилительных транзисторов

Ug

34 и втором 35 входах где U u U — напряжения на первом

34 и втором 35 входах.

Аналогично работает дифференциаль ный каскад, образованный третьим 25 и четвертым 26 усилительными транзисторами, совместно с третьим операционным усилителем 32 с той разницей, что преобразователь. напряжениеток, образованный четвертым операционным усилителем 37, совместно с десятым 10, одиннадцатым 11, двенадцатым 12, тринадцатым 13 и четырнадцатым 14 масштабными резисторами выполнен так, что вырабатывает ра" бочий ток при отрицательной полярности сигнала на первом входе 34, а инвертирующий и неинвертирующий входы третьего операционного усилителя 32

1 включены так, что сигнал, поступающий на базы второго 24 и четвертого

26 усилительных транзисторов;с второго входа 35 вызывает на выходе третьего операционного усилителя 32 сигнал с полярностью, противоположной полярности сигнала на выходе второго операционного усилителя 31, КU U = U (V <0). (2) Так как первый 38 и второй 39 ю ограничительные диоды устраняют нежелательное влияние положительноro выходного напряжения на выходах

) 168971 четвертого 37 и первого 15 операционных усилителей на работу дифференциальных каскадов, а сигнал с выхода третьего операционного усилителя 32 поступает на неинвертирующий вход второго операционного усилителя 31, то на его выходе формируется суммарный сигнал

K .U U =U (3)

Заданная линейность характеристик ки и допустимое значение пролезания" входного сигнала на выход обеспечивается подбором величин сопротивлений второго резистора 17 смещения, второго токоограничительного резистора 41 и терморезистора 22 согласно известному точному выражению для умнсикителя.

Подбор отношения величин второго 41, четвертого 43, пятого 44 и шестого 45 токоограничительных резисторов (R,, R+, R и R ) позволяет выполнять умножение на алгебраическую сумму сигналов, т.е. обеспечивается введение сигналов обратных связей (U ) (важно при реализации замкнутых автоматических устройств) согласно выражениям

Пз= " П1 (П +По) (4) (при R+=R = Оо, R<=R„ Где R, М с учетом термосопротивления 22); (5) П,=-К П, (U,-io) Ф при R+=R =R» R<= oo ) П2 13а ) при Ц,) О (6)

U,=K U„(U,-U,) при U<<0

20 (2К =2, R = oo) и т.д.

Ло сравнению с известным устройством предложенное перемножающее устройство характеризуется более широким диапазоном вепичин входных сигналов, более низким дрейфом нулево30 го уровня и расширенной областью применения, так как реализует перемножение на алгебраическую сумму сигналов.

Кроме того, так как введены одновременно четвертый 43 и шестой 45 токоограничительные резисторы, влияющие на выходной сигнал только

10 соответственно при U„ у О и U„ (О, и пятый токоограничительный резистор

44, влияющий на выходное напряжение независимо от знака сигнала на первом входе 34, то возможно введение обратных связей с глубиной и знаком, 15 установленными в зависимости от знаЭ ка сигнала на первом входе 34 соглас" но выражению: