Множительное устройство

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в аналоговых, цифро-аналоговых, специализированных устройствах и вычислительных машинах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия. Устройство содержит стабилизатор тока, триггер, три интегратора с разрядными ключами, два переключателя, модулирующий ключ, элемент И, масштабный усилитель и токозадающие резисторы. На выходе устройства формируется сигнал, представляющий накопленную сумму произведений двух входных сигналов. 2 ил.

Устройство может быть использовано в специализированных цифро-аналоговых машинах с большим быстродействием и малыми массогабаритными характеристиками, в аналоговых машинах и корреляторах, где требуется получить произведение двух величин и накапливать сумму произведения двух величин.

Известны множительные устройства, основанные на использовании генераторов развертывающего типа (авт.св. N 200904; авт.св. N 218539; авт.св. N 456276, кл. G 06 G 7/161, авт.св. N 327489, кл. G 06 G 7/161, 1972). Известны устройства, содержащие интеграторы, компаратор, модулирующий ключ, разрядные ключи (авт. св. N 456276) или множительное устройство, состоящее из двух управляемых генераторов, линии задержки, ключа, компаратора и блока памяти. Выход одного генератора соединен через ключ с блоком памяти, а выход второго генератора соединен с входом компаратора. Выход компаратора соединен с целью управления ключа и через линию задержки с цепями, управляющими работой генераторов (авт.св. N 327489).

Во всех вышеперечисленных устройствах применяются в качестве интеграторов или операционные усилители с конденсаторами в цепи обратной связи, что приводит к снижению быстродействия или RC-звено, что приводит к большим погрешностям вычислений. В качестве прототипа берется изобретение (авт.св. N 327489 кл. G 06 G 7/161). Цель изобретения заключается в расширении функциональной возможности устройства и повышении быстродействия. Для этого в множительное устройство, содержащее два интегратора, компаратор, модулирующий ключ, вводится стабилизатор тока, масштабный усилитель, два переключателя, триггер, элемент И, третий интегратор и два токозадающих резистора. При этом, первый и второй интеграторы выполнены на интегрирующих конденсаторах с разрядными ключами, а третий интегратор выполнен в виде интегрирующего RC-звена с разрядным ключом, стабилизатор тока подключен к информационному входу первого переключателя, первый выход которого соединен с первым интегрирующим конденсатором и с первым информационным входом второго переключателя, второй выход первого переключателя соединен с вторым интегрирующим конденсатором и с вторым информационным входом второго переключателя, выход которого подключен к второму входу компаратора, выходом соединенного с первым входом элемента И, выход которого подключен к управляющему входу модулирующего ключа, соединенного выходом с входом с входом интегрирующего RC-звенакк управляющему входу модулирующего ключа, соединенного выходом с входом интегрирующего RC-звена, выход которого подключен к неинвертирующему входу масштабного усилителя, выход которого является выходом устройства, второй информационный вход устройства подключен к первому выводу первого токозадающего резистора, второй вывод которого подключен к информационному входу модулирующего ключа и к первому выводу второго токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с выходом масштабного усилителя, тактовый вход устройства подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с управляющими входами первого и второго переключателей и разрядного ключа первого интегрирующего конденсатора, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом разрядного ключа второго интегрирующего конденсатора, вход цикла суммирования устройства подключен к второму входу элемента И и к разрядному ключу интегрирующего RC-звена.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого множительного устройства; на фиг. 2 временная диаграмма работы устройства на выходах блоков 2, 6, 7, 8, 10 и 17.

Множительное устройство содержит стабилизатор тока 1, триггер 2, разрядные ключи 3, 5 и 16, два переключателя 4 и 8, два интегратора, выполненных на конденсаторах 6 и 7, компаратор 9, элемент И 10, модулирующий ключ 11, третий интегратор, выполненный на RC-звене (резистор 13, конденсатор 15), масштабный усилитель 17 и два токозадающих резистора 12 и 14.

Стабилизатор тока, применяемый в данном устройстве, широко известен (Хоровец П. Хилл У. Искусство схемотехники, т. 1, М. Мир, 1994, с. 125) и не требует пояснений.

Масштабный усилитель 17 представляет операционный усилитель с коэффициентом усиления К, охваченный жесткой отрицательной обратной связью.

Ток через интегрирующий конденсатор i₃ определяется выражением: где R₁₂, R₁₃, R₁₄ сопротивление резисторов 12, 13 и 14.

Для того, чтобы интегрирующий ток был пропорционален только входному напряжению, второе слагаемое в уравнении должно обратиться в ноль, т.е.

U₄(R₁₂ + R₁₄) U₃R₁₂ 0 При R₁₂ R₁₄ R имеем 2U₄ U₃ Отсюда при коэффициенте усиления масштабного усилителя К₁ 2 второе обращается в ноль, а интегрирующий ток i₃ пропорционален входному напряжению.

Множительное устройство работает следующим образом.

На счетный вход триггера 2 поступают импульсы, определяющие частоту квантования произведения входных сигналов U₁ и U₂. На вход элемента 10 и разрядного ключа 16 подаются импульсы цикла, определяющие время накопления (сумму) произведения двух сомножителей.

В момент времени, соответствующий положению ключей (фиг. 1а), происходит линейное нарастание напряжения на входе компаратора 9 согласно выражению U₆ K₁t где K₁ коэффициент пропорциональности, зависящий как от тока, задаваемого в блоке 1, так и от емкости конденсатора 6 и 7.

На второй вход компаратора подается один из сомножителей. При равенстве U₆ U₁ закрывается модулирующий ключ 11 и напряжение U₂ перестает подаваться на интегрирующее RC-звено, т.е.

U₁₅ K₂U₂t, так как U₆ U₁, то U₁ K₁t откуда
С приходом следующего тактируемого импульса f_т триггер 2 переключается, конденсатор 6 будет разряжаться, а на конденсаторе 7 появится линейно-нарастающее напряжение, ключ 11 откроется и к найденному произведению прибавится следующее произведение и т.д. Таким образом на выходе усилителя 17 появится напряжение

где t_i+1- t_i= Δt время цикла вычисления суммы произведения.

При вычислении суммы произведений вводится входная клемма, на которую подаются импульсы с цикла, связанные со схемой И и разрядным ключом.

Предлагаемое множительное устройство имеет высокое быстродействие, малые габариты, небольшую потребляемую мощность.

Формула изобретения

Множительное устройство, содержащее два интегратора, компаратор, модулирующий ключ, причем первый информационный вход устройства соединен с первым входом компаратора, отличающееся тем, что в него введены стабилизатор тока, масштабный усилитель, два переключателя, триггер, элемент И, третий интегратор и два токозадающих резистора, при этом первый и второй интеграторы выполнены на интегрирующих конденсаторах с разрядными ключами, а третий интегратор выполнен в виде интегрирующего RC-звена с разрядным ключом, стабилизатор тока подключен к информационному входу первого переключателя, первый выход которого соединен с первым интегрирующим конденсатором и с первым информационным входом второго переключателя, второй выход первого переключателя соединен с вторым интегрирующим конденсатором и с вторым информационным входом второго переключателя, выход которого подключен к второму входу компаратора, выходом соединенного с первым входом элемента И, выход которого подключен к управляющему входу модулирующего ключа, соединенного выходом с входом интегрирующего RC-звена, выход которого подключен к неинвертирующему входу масштабного усилителя, выход которого является выходом устройства, второй информационный вход устройства подключен к первому выводу первого токозадающего резистора, второй вывод которого подключен к информационному входу модулирующего ключа и к первому выводу второго токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с выходом масштабного усилителя, тактовый вход устройства подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с управляющими входами первого и второго переключателей и разрядного ключа первого интегрирующего конденсатора, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом разрядного ключа второго интегрирующего конденсатора, вход цикла суммирования устройства подключен к второму входу элемента И и к разрядному ключу интегрирующего RC-звена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2