Аналоговый умножитель
Союз Советских
Социалист кчесиих
Республик
Опубликовано 30.09.80. Бюллетень ¹36 Дата опубликования описания 30.09,80 Ъ (51)М. Кл. G 06 G 7/16 G 06 6 9/00 Государственный комитет СССР оо делам изооротвннй и открытий . (58) УД К681,335..513 (088.8) (72) Автор изобретения В. П. Медведев (7I ) Заявитель (54) АНАЛОГОВЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ 1 Изобретение относится к области аналоговых множительных устройств, к измерителям мощности постоянного и переменного токов в частности. Известны аналоговые умножители, в частности для измерения мощности постоянного тока применяется умножитель, выполненный на основе отдельного аналогового вычислительного устройства (1), которое очень сложное и дорогое. Оно содержит шесть операционных IO усилителей и четыре МОП-ключа. Умножители этого типа обладают малым быстродействием, что не позволяет применить их для защиты, например, интегральных схем от превышения их мощности потребления, а также их невозмож15 ности применить для измерения средней мощности переменного тока, т.е. когда один из аргументов или исходных сигналов умножителя является постоянной или мало изменяющейся величиной Х, а второй переменной — Y. Наиболее близким техническим решением к изобретению является аналоговый умножитель (2), который содержит первый операционный усилитель, к выходу которого подключен 2 вход оптоэлектронного устройства, т.е. два его диодных излучателя. Выходы этих последовательно соедийештьтх диодных излучателей управляют двумя фотоприемниками, в качестве которых применены два фоторезистора, точка соединения двух последовательно соединенных фоторезисторов является выходом оптоэлектронного устройства, к. которому подключен неинвертирующий вход второго операционного усилителя, работающего в режиме повторителя напряжения. Выход второго операционного усилителя подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя. Один из входных:сигналов постоянного. тока Х подается на неинвертирующий вход первого операци. онного усилителя, второй сигнал сомножителя У, состоящий из двух величин У+С и У вЂ” С, где С сОьвспромодулирован предварительно модулятором. Обе величийы У+С и У-С приложены к выходной части оптоэлектронного устройства, т.е. к двум последовательно соединенным фоторезисторам. Схема прототипа обеспечивает точное (порядка 0,1%) умножение только двух развязанных друг от друга сигна767780 рого подключены ко второй паре питающих входов оптоэлектронного развязывающего устройства и питающим входам второго элемента с управляемым сопротивлением, управляющий вход которого соединен с выходом второго усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход которого через масштабный переменный резистор и разделительный конденсатор связан соответственно с источником постоянного и переменного тока первого сомножителя. Инвертирующий вход второго усилителя постоянного тока соединен через первый масштабный резистор с выходом первого элемента .с управляемым сопротивлением, соединенного с пер50 лов (не имеющих общей точки соединения), причем один иэ них -- постоянный сйгнал Х, другой — переменный У. Точное умножение обеспечивается благодаря предварительной модуляции одного иэ сигналов и дальнейшей 5 обработке сигналов с помощью системы модулятор — усилитель переменного тока — демодулятор. Недостатками этого устройства являются . невозможность получения однозначности произ- 10 ведения 2 „ =ХУ=О, когда один из аргументов л Х и У равен нулю, это видно из схемы и уравнения прототипа 2 = — }У+ X невозмож Х с) ность получения произведения в чистом виде, так как необходимо вычитать из него один 15 из аргументов (Х); невозможность непосредственного умножения сигналов постоянного тока малых- уровней, обусловленная схемой устройства, в которой аргумент У предварительно модулируется, добавляется постоянная составляю- 20 щая С, для чего, требуется дополнительно модулятор постоянного тока, а это ограничивает быстродействие канал У", малое быстродействие по обоим каналам умножения. Х и У, так как в канале У применяется модулятор постоянного 25 тока, а в канале Х вЂ” оптоэлектронное устройство с фоторезисторами на выходе, которое обладает большой линейностью, но небольшим быстродействием. Цель изобретения — увеличение быстродей- 30 ствия, точности и динамического диапазона работы умножителя. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговый умножитель, содержащий первый усилитель постоянного тока, выход которого 35 соедйнен с сигнальным входом оптоэлектронного развязывающего устройства, первая пара питающих входов которого подключена к выходам блока питания, второй усилитель постоянного тока и масштабные резисторы, введены 40 масштабный переменный резистор, "койденсатор, два элемента с- управляемым сопротивлением, выполненных в виде змиттерных повторителей на биполярных транзисторах, и стабилизированный источник постоянного тока, выходы кото- 45 вой выходной клемл1ой улгложителя, а инвертирующий и неинвертирующий входы первого усилителя постоянного тока через второй и третий масштабные резисторы — соответственно с источником второго сомножителя. Неинвертирующий вход первого усили еля постоянного тока через четвертый масштабный резистор связан с выходом первого элемента с управляемым сопротивлением, управляющий вход которого подключен к выходу оптоэлектронного развязывающего устройства, а питающие входы подключены к неинвертирующему входу второго усилителя постоянного тока и выводу отрицательной полярности стабилизированного источника постоянного тока, который соединен.со второй выходной клеммой умножителя., На чертеже приведена схема аналогового умножителя. Она содержит первый 1 и второй 2 усилители постоянного тока, масштабный переменный резистор 3, первый 4 и второй 5 элементы с управляемым сопротивлением, первый 6, второй 7 и третий 8 масштабные резисторы, оптоэлектронное развязывающее устройство 9, четвертый масштабный резистор 10, стабилизированный источник 11 постоянного тока, блок 12 питания и разделительный конденсатор 13. При этом элементы 4 и 5 выполнены в виде эмиттерных повторителей, содержащих резисторы 14 нагрузки и биполярные транзисторы 15, 1б, а оптоэлектронное развязывающее устройство 9 содержит оптропы 17, 18, каждый из которых выполнен на основе излучающего диода 19 и фоторезистора 20, и ограничительные резисторы 21 и 22, которые связаны с первыми питающими входами, а выводы фоторезисторов 20 оптронов 17 и 18 являются вторыми питающими входами устройства 9, сигнальным входом которого служит обуй вывод последовательно согласно соединенных излучающих диодов 19, а выходом — общий вывод последовательно включенных фоторезисторов 20.онтронов 17 и 18. Позициями 23 и 24 обозначены соответственно источники первого Х и второго У сомножителей. Умножитель работает следующим образом. Один из сигналов. постоянного тока Х подлежащий перемножению, подается через масштабный переменный резистор 3 на неинвертирующий вход усилителя 2, z выхода его этот усиленный сигнал поступает на вход элемента 5, выходной сигнал которого, снимаемый с резистора 14 нагрузки, поступает в качестве сигнала отрицательной обратной связи через проходное сопротивление элемента 4 на неинвертирующий вход усилителя 1. Одновременно входной сигнал постоянного тока У, подлежащий перемножению, подается через второй 7 и третий 8 масштабные резисторы 76778 ,=кк,V, ф 5 на вход .усилителя 1 и с его выхода усиленный поступает на вход оптоэлектронного устройства 9, выходной сигнал которого управляет сопротивлением элемента 4. С выхода элемента 4 сигнал отрицательной обратной связи через четвертый масштабный резистор 10 поступает на неинвертирующий вход усилителя 1. Последовательная цепь, состоящая I из усилителя 1, оптоэлектронного устройства 9 и элемента 4, выполнена таким образом, 1р что сопротивление элемента 4 R4 пропорционально сигналу У, т.е. где К,1 — коэффициент усиления усилителя 1; 15 К вЂ” коэффициент передачи оптоэлектрон Ч ного устройства 9. Элемент 9 работает также в качестве элемента с управляемым сопротивлением. Из схемы умножителя следует, что коэффи- 20 циент передачи усилителя 2 равен Я4 К, где R > — сопротивление масштабного переменного резистора 3, и напряжение на выходе элемента 5 равно 25 о 6 напряжения питания очень мало сказывается на их выходном напряжении и токе. Это позволяет производить перемножение сигналов постоянного и переменного токов от малых уровней порядка 1О мВ-100 мВ до 58 с высоким быстродействием по входу Х, на который подается быстроизменяющийся . входной сигнал. По входу У болыное быстродействие не требуется, так как на этот вход подается медленно изменяющийся сигнал постоянного тока, Оба элемента 4, 5, выполненные на эмиттерных повторителях, охвачены отрицательной обратной связью, что также отличает разрабо танный умножитель от известных схем. В разработанном умножителе при одном из сомножителей Х и У, равном нулю, т.е при Х=О или У=-О, произведение ХУ=О всегда, это обеспечивается балансом усилителей 1, 2. Таким образом, умножитель, обладающий большим динамическим диапазоном входных сигналов (10 м — SB) и высокой линейностью, позволяет получить умножение сигналов с точпостыл 0,05 — 0,1%, а это. в свою очередь позволит применить его для умножения сигналов во многих сложных приборах и устройствах, но подставим К4 согласно (1) в выражение, (2) и получим ХК IC (К„К 0 19 "9 Х(3 Ъ Ъ Коэффициент К1 регулируется с помощью масштабных резисторов 8 и 10, а козффици35 ент К9 —. с помощью ограничительных резисторов . 21, 22 оптоэлектронного устройства 9, что позволяет получить помимо умножения сигналов Х и У и усиление. Для перемножения сигналов переменного тока входной, переменный сигнал Х подается через разделительный конденсатор 13 на неинвертирующий вход усилителя 2, а на масштабный резистор 3 подается постоянное напря45 жение смещения от блока 12 питания усилителей 2. Умножитель обладает высокой стабильностью и точностью, так как представляет собой компенсатор, у которого температурные или 50 временные изменения сопротивления коллектор-эмиттер транзистора 16 компенсируются таким же изменением сопротивления коллектор-эмиттер транзистора 15 и который обладает очень высокой стабильностью при изменении напряжения питания источника 11 и 55 тока нагрузки резистора 14, поскольку транзисторы 15, 16 работают на пологих частях своих выходных характеристик, где изменение Формула изобретения Аналоговый умножитель, содержащий первый усилитель постоянного тока, выход которого соединен с сигнальным входом оптоэлектронного развяэывающего устройства, первая пара питающих входов которого подключена к выходам блока питания, второй усилитель постоянного тока и масштабные резисторы, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, точности и динамического диапазона работы, в него введены масштабный переменный резистор, разделитель. ный конденсатор, два элемента с управляемым сопротивлением, выполненных в виде эмиттерных повторителей на биполярных транзисторах, и стабилизированный источник постоянного тока, выходы которого подключены ко второй паре питающих входов оптоэлектронного развязывающего устройства и питающим входам второго элемента. с управляемым сопротивлением, управляющий вход которого соединен с выходом второго усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход которого через масштабный переменный резистор и разделительный конденсатор связан с источником постоянного и переменного тока первого сомножителя, а инвертируюший вход второго усилителя постоянного тока соединен через первый масштабный резистор с выходом 767780 Составитель Ю. Козлов Техред Н. Граб Корректор И. Муска Редактор И. Груэова Тираж 751 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7197/46 Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 первого элемента с управляемым сопротивлением, соединенного с первой выходной клеммой умножителя, инвертирующий и неинвертирукнций входы первого усипителя постОянного тока через второй и третий масштабные резисторы соединены соответственно с источником второго сомножителя, неинвертирующий вход первого усилителя постоянного тока через четвертый масштабный резистор связан с выходом первого элемента с.управляемым сопротивлением, управляющий вход которого, подключен к выходу оптоэлектронного развя- зывающего устройства, а питающие входы подключены к неинвертирующему входу второго усилителя постоянного тока и выводу отрищтельной полярности стабилизированного источника постоянного тока, который соединен со второй выходной клеммой умножителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент CILIA Р 3746851; кл . 235 — 194, 10 опублик. 1974. 2. Патент США No 3896304, кл. 235 — 194, опублик. 1975.
