Устройство для получения попарных произведений нескольких сигналов

 

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 767781 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 13.07.78 (21) 2644744/18 — 24 (51) М. Кл.

G 06 G 7/16 с присоединением заявки ¹

Государственный квинтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (28) Приоритет

Опубликовано 30.09.80. Бюллетень ¹ 36 (53) УД К681.335 (088.8) Дата опубликования описания 30.09.80 (72) Автор изобретения

Ю. К, Смирнов

Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. Бонч-Бруевича (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОПАРНЫХ ПРОИЗВЕДЕНИЙ

НЕСКОЛЬКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к ооласти аналоговых устройств для умножения величин, заданных в виде. электрических напряжений, Оно может быть использовано для одновременного получения отдельных попарных произведений и квадратов нескольких электрических сигналов при

5 одновременном делении каждого из сомножителей на одну и ту же нормирующую переменную величину, также заданную в виде электрического напряжения.

Известно устройство для получения попарных произведений нескольких сигналов 11).

Это устройство содержит согласующие усилители, вход каждого иэ которых присоединен к соответствующему входу устройства, сумми15 рующий квадрнруюший термопреобразователь, один выход которого соединен с первой выходной клеммой устройства, цепь в виде последовательно и согласно включенных квадрирующих термопреобрззователей, один вывод которой соединен со второй выходной клеммой устройства, вход каждого из дополнительных квадрируннцих термопрсобразователей подключен ко входу соответствуннцего усилителя, вход суммирующего квадрирующего термопре-, образователя присоединен к выходам согласующих усилителей, второй выход цепи последовательно и согласно включенных дополнительных квадрирующих термопреобразователей соединен встречно со вторым выходом суммирующего квадрирующего термообразователя.

Указанное устройство позволяет получить сумму попариых . произведений сомножителей.

Получение отдельных попарных произведений исключено из-за использованного принципа построения, который выражается следующей математической зависимостью х, +х "+х )- р +х +"- х

< яЛ

1 а " тт) 1 2" и)

= 25AX„y, j1 1 где j 1, 1 т1,1ъ4,j >4.

Ф

Это является недостатком указанного устройства. Кроме того, это устройство имеет ограниченную точность работы, так как требуется подбор дополнительных квадрирующих термо7677

25

3 преобразователей с одинаковой чувствитель-. ностью и одинаковой температурной зависи,MocTbIo чувствительности, что затрудняет настройку устройства, появляются погрешности измерения из-эа того, что температура различных термонреобразователей отличается вследствие неравномерности выделения тепла и охлаждения в различных участках цепи; температура различных термопреобраэователей неодинакова, так как зависит от мощности измеряемых процессов, что также приводит к погрешности измерений.

Известно логарифмическое множительное устройство для энакопеременных величин с выделением модулей сомножителей (Ь). Это устройство содержит два логарифмических преобразователя (или логарифматора), выходы которых подключены ко входам суммирующего узла, антилогарифматор, вход кбторбго соединен с выходом суммирующего узла.

При необходимости одновременного полуго чения отдельных попарных сомножителей приходится усложнить схему, вводя дополнительные сумматоры, антилогарифматоры, инверторы, схемы определения знаков произведений, число которых равно количеству получаемых произведений. Количество логарифматоров и выпрямителей равно числу сомножителей.

Недостатком данного устройства при его использовании для получения попарных произвезо дений является сложность и низкая надежность.

Кроме того, понижается точность работы устройства из-за неодинаковости характеристик логарифмирующих диодов, используемых в логарифматорах и антилогарифматорах,. из-за технологических разбросов их параметров и невозможности точной компенсации влияния температуры на параметры нескольких диодов "одйовременно. .- Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является множи- 4о тельное устройство с двойной модуляцией (32.

Этот перемножитель соцержит соединенные последовательно генератор несущей частоты, фазовыи и амплитудный модуляторы, детектор, фильтр нижних частот. Для повышения точности оба модулятора должны быть выполнены по компенсационной схеме, что позволяет обеспечить точность перемножения порядка

1%. Однако, сами по себе компенсационные модуляторы являются достаточно сложными.

При необходимости одновременного лолучения отдельных попарных произведений сомножителей схема усложняется. Во-первых, резко увенчивается количество используемых модуляторов. Так, например, при шести сомножителях общее число модуляторов равно 20, при пяти, сомножителях — число модуляторов 14, при четырех сомножителях — 9, при

81 4 трех — 5 и т.H. Во-вторых, генератор несущей частоты необходимо выполнить многоканальным. Поэтому на выходе каждого модулятора приходиэ ся .устанавливать полосовый фильтр, а на выходе каждого канала перемножения— полосовой усилитель. Таким образом, недостатком рассмотренного устройства (при его использовании для решения изложенной выше задачи) является усложнение устройства и ухудшение его надежности при попытке расширения функциональных возможностей.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение надежности и расширение его.функциональных возможностей, т.е. одновременное получение отдельных попарных произведений и квадратов нескольких вигналов при одновременном делении каждого из сомножителей на одну и ту же нормирующую величину. Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения попарных произведений нескольких сигналов, содержащее генератор несущих частот, балансные амплитудные модуляторы, сигнальные входы которых подключены к выходам генератора несущих частот, а модуляционные входы — ко входам устрой- ства,. цепи из соединенных последовательно полосового усилителя, детектора, фильтра нижних частот, при .этом число таких цепей равно числу получаемых попарных произведений, выходы фильтров нижних частот подключены к выходам устройства, дополнительно содержит сумматор, к выходу которого подключен нелинейный, например логарифмический, преобразователь, причем один из входов сумматора соединен со входом источника сигнала-делителя, друтие входы подключены к выходам модуляторов, а выход нелинейного преобразователя подключен ко входам полосовых усилите. лей.

Структурная схема предложенного устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит генератор несущих частот 1, балансные амплитудные модуляторы 2, полосовые усилители 3, детекторы 4, фильтры нижних частот 5, сумматор 6, нелинейный преобразователь 7, источник сигнала-делителя 8.

На чертеже показаны генератор несущих частот 1, балансные амплитудные модуляторы

2 — 1, 2 — 2, 2 — 3, сигнальные входы которых подключены к выходам генератора несущих частот, а модуляционные входы — ко входам устройства, соединенные последовательно полосовые-усилители 3 — 1, 3 — 2, 3 — 3, детекторы

4 — 1, 4 — 2, 4 — 3, фильтры нижних частот 5 — 1, 5 — 2, 5 — 3, число которых равно числу получаемых попарных произведений, причем выходы фильтров нижних частот подключены к выходам устройства, сумматор 6, к выходу

767781

5 которого подключен нелинейный, например логарифмический. или квадратичный преобразователь 7, причем один из входов сумматоI ра б соединен со входом сигнала-делителя,. а другие входы — с выходами модуляторов, а выход логарифмического преобразователя 7 подключен ко входам полосовых усилителей

3 — 1, 3 — 2, 3 — 3.

Устройство работает следующим образом.

Амплитудная характеристика нелинейного 10 преобразов ателя 7 может быть аппроксимиро- . вана в пределах рабочего диапазона следующей зависимостью: = т т, „1, где 1.1,„, О,„— соответственно выходное и входное напряжения нелинейного преобразователя;

3-г Jo -- соответственно термический потенциал н ток насыщения 20 в обратном напряжении логарифмического диода;

R — сопротивление логарифмиарующей цепочки.

На один вход сумматора б поступает напря-25 жение от источника сигнала-делителя, а на друтие его входы — напряжения с выходов амплитудных балансных модуляторов 2 — 1, 2 — 2, 2 — 3, имеющие вид

К1u„sqь %„4++91 где Ц вЂ” напряжение сомножителя, поданное на -й вход устройства, 1 =1.2, I

K< — коэффициент модуляции модулятора; З5

Ю Я, — частота и фазя напряжения модулятора.

Если все модуляторы одинаковые, то

К„. = К ° На выходе сумматора 6 получается напряжение

ОЙ=0 1тК,з Б 11 Ь + 4 ° которое поступает на вход нелинейного преобразователя. Если К<<1, а сумма в правой части равенства (2) ограничена сверху, то переменная составляющая на выходе логарифматора может быть вычислена с помощью разложения логарифма в степенной ряд, а именно, квадратичный член разложения дает выражение, в которое входят попарные произведения отдельных сомножителей, т.е. и 0„ = 3=- о

55 — сов а„. +uo 4+ g + .

Частоты Ш,1 и 00 могут быть выбраны таким образом, что их разности или суммы не равны хууг другу. Поэтому напряжения, соответствующие отдельным попарным произведениям, могут быть выделены с помощью полосовых усилителей 3-1, 3-2, 3-3, настроенных íà соответствующие частоты СО . + Ю °

На выходе амплитудных детекторов 4 — 1, 4 — 2

4 — 3 получаются сигналы, постоянные составляющие которых пропорциональны модулям произведений сигналов /U 0g / на входе устройства. Фильтры нижних частот 5 — 1, 5 — 2, 5 — 3, не пропускают на выходы высокочастотные составляющие и осуществляют усреднение . результатов измерений. Упрощение устройства : и повышение надежности связано с уменьшением необходимого количества модуляторов являющихся достаточно сложными устройствами. В устройстве прототипе необходимое колиство модуляторов должно быть равно — 1. В предложенном устройстве требуется И модуляторов, где И вЂ” число перемножаемых сигналов. Очевидно, что ., i -17тИ

Остальные модуляторы заменяются oAQM сумматором и одним нелинейным преобразовате,...лем. расширение функ циональных возможностей предложенного устройства заключается прежде всего в одновременной нормализации сомножителей с помощью сигнала LI0, подаваемого непосредственно на вход сумматора 6.

Кроме того, при введении полосовых усилителей, настроенных на вторые гармоники частот 0)„, появляется возможность одновременного измерения квадратов отдельных сомножителей. При этом в отлйчие от прототипа не требуется введения дополнительных модуляторов, кроме 1 уже имеющихся.

Устройство позволяет получить также модули суммы произведений часты сомножителей

U< Uj в том случае, если частоты генератора 1 выбраны так, что /® -® j = АЖ,! Ч Т t= × где йЮ и 1ь г — постоянные

Преимуществом предлагаемого устройства является также и то, что все модули произ. ведений сомножителей, квадраты и суммы получаются с помощью схем с одинаковыми характеристиками, что повышает относительную точность результатов измерений, получаемых с помощью устроиства, поскольку погрешности схем одинаково влияют на все результаты измерений.

Предлагаемое устройство может быть использовано для одновременных измерений взаимной корреляции и дисперсии нескольких случайных процессов, что требуется, например, при исследованиях работы многоканальных узкополосных приемных трактов в условиях действия реальных помех. При этом варианте

781

7 767 использования может потребоваться усреднение результатов измерений за довольно длительный промежуток времени. Для этого в качестве детекторов 4 — 1, 4 — 2, 4 — 3 могут быть использованы синхронные детекторы, управляемые напряжениями частот Ol< + W c выходов генератора .1, а постоянные времени фильтров нижних частот 5 — 1, 5 — 2, 5 — 3 должны быть увеличены в соответствии с величиной необходимого времени усреднения. В этом случае 1о устройство определяет также и знаки произведений U< 1,1 .

Формула изобретения

Устройство для получения понарных произведений нескольких сигналов, содержащее генератор несущих частот, балансные амплитудные модуляторы, сигнальные входы которых подключены к выходам генератора несущих частот, а модуляционные входы — ко входам

20 устроиства, цепи из соединенных последовательно полосового усилителя, детектора и фильтра. нижних частот, при этом число цепей равно числу получаемых попарных произведений, вь1. ходы фильтров нижних частот цепей являются выходами устройства, о т л и ч а ю25 ш е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, повышения надежности и расширения функциональйых воможностей за счет получения отдельных попарных произведений и квадратов нескольких сигналов при одновременном делении каждого из сомножителей на одну и ту же нормирующую величину, устройство содержит сумматор, к выходу которого подключен нелинейный, например, логарифмический, преобразователь, причем один из входов сумматора соединен со входом источника сигнала-делителя, другие входы подключены к выходам модуляторов, а выход нелинейного преобразователя подключен ко входам полосовых усилителей цепей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свццетельство СССР Й 593220, кл. G 06 G 7!16, 1978.

2. Бонч-Бруевич А. М. и др. Бесконтактные элементы самонастрайвающихся систем, М,, "Машиностроение"„1968, с. 137; рис. 75.

3. Латенко И, В. Аналоговые множительные устройства, Киев, Гостехиздат, 1963, с. 31, рис. 12 г (прототип)..

ВНИИПИ Заказ 7197/46 1 нраж 751 По. и(испо<

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4