Четырехквадрантное множительное устройство

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБР ЕТЕ Н И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 769559 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.11.78 (21) 2681886/18-24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51) М.Кл.з G 06 G 7/164

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень X 37 (53) УДК 681.335 (088.8) (45) Дата опубликования описания 21.11.80 (72) Авторы

ызобретен ия

В. П. Тарасов, В. Н. Тимонтеев и В. А. Ткаченко (71) Заявитель (54) ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНОЕ

МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изооретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и радиотехнической аппаратуре.

Известен четырехквадрантный перемножитель сигналов на дифференциальных усилительных:каскадах (1), содержащий два дифференциальных усилительных каскада, выходы которых соединены перекрестно, а к точкам соединения подключены выводы нагрузочных резисторов, другие выводы которых соединены с шиной питания. Дифференциальный эмиттерный повторитель, в общей цепи которого включен генератор тока на двух транзисторах с объединенными коллекторами, подключен к базам дифференциальнь|х усилительных каскадов. Эмиттеры дифференциальных усилительных каскадов через управляющие транзисторы подсоединены zo второ му генератору тока. Пр ичем базы транзисторов генератора тока на двух транзисторах и входы второго генератора тока объединены между собой,попарно .и образуют третий вход Такое устройство не термостабильно, однако его можно использовать для перемножения трех сигналов при условии, что два входа перемножителя работают в режиме переключения, а один вход — линейный с возможностью масштабирования динамического диапазона.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является четырехквадрантное,множительное устройство 12), содержащее два дифференциальных усилительных каскада, выходы которых соединены перекрестно, подключены к выводам соответствующих нагрузочных резисторов и являются выходом устройства, два дифференциальных генератора стабильного тока, два управляемых напряжением дифференциальных источника тока, линеаризующие диоды и источник напряжения смещения.

Дифференциальные выходы первого и второго генераторов стабильного тока подклю.ены ко входам первого и второго управляемых напряжением дифференциальных

20 источников тока соответственно. Выходы первого управляемого напряжением дифференциального источника тока подключены ко входам первого и второго дифферснци

25 является первым входом устройства. Вход второго управляемого напряжением дифференциального источника тока является вторым входом устройства. Первый и .второй входы первого дифференциального усилительного каскада подключены через соот769559 ветствующие линеаризующие диоды к выходу источника напряжения смещения, Недостатком этого устройства является отсутствие возможности реализации функции перемножения суммы двух произвольных сигналов на третий произвольный сигнал с одновременным масштабированием по всем трем входам, что резко ограничивает возможности применения устройства в аналоговых вычислительных машинах и радиотехнической аппаратуре. В сбалансированном состоянии при нормальной температуре устройство обладает достаточно высоким динамическим диапазоном. Однако в широком интервале температур происходит изменение масштабного коэффициента перемножения, в результате чего сужается динамический диапазон перемножаемых сигналов.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона перемножаемых сигналов в широком диапазоне температур при одновременном масштабировании по трем входам.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое множительное устройство введены третий и четвертый дифференциальные усилительные каскады, два дифференциальных источника тока, два дополнителыных .линеаризующих диода, масштабные резисторы .и баланспые резисторы, причем первый и второй входы третьего и четвертого дифференциальных усилительных каскадов перекрестно соединены и являются третьим входом устройства. Выходы третьего дифференциального усилительного. каскада подключены к псрвому и второму входам первого дифференциального усилительного каскада. Выходы четвертого дифференциального усилительного каскада подключены к первому и второму входам второго дифференциального каскада и через дополнительные линеаризующие диоды к выходу источника напряжения смещения.

Выходы первого дифференциального источника тока подключены к третьему и четвертому входам третьего дифференциального усилительного каскада, а выходы второго дифференциального источника тока — к третьему и четвертому входам четвертого дифференциального усилительного каскада. Первый вход первого дифференциального источника тока через последовательно соединенные первый и втор1ой балансные резисторы подключен ко второму выходу второго дифференциального источника тока, а второй выход первого дифферениального источника тока через последовательно соединенные третий и четвер-.ый балансныс резисторы подключен к первому входу второго дифференциального источника тока. Первый балансный резистор через первый масштабный резистор подключен к третьему балансному резистору Выходы первого и второго дпфферепцп5

5;

65 альных источников тока подключены к выходам второго управляемого напряжением дифференциального источника тока, ко входам которого параллельно .подключен второй масштабный резистор. Ко входам первого управляемого напряжением дифференциального источника тока параллельно подключен третий масштабный резистор.

Функциональная схема предложенного четырехквадрантного перемножителя сигналов изображена на чертеже.

Устройство содержит линеаризующие диоды 1, 2, источник напряжения смещения 8, дополнительные линеаризующие диоды 4, 5, нагрузочные резисторы б, 7, соответственно первый, второй, третий и четвертый диффврен(циальные усилительные каскады 8, 9, 10, 11, первый и второй дифференциальные генераторы стабильного тока 12 и 18, первый и второй управляемый напряжением дифференциальные источники тока 14 и 15, первый и второй дифференциа IüHbl0 источники тока 1б и 17, первый, второй, третий и четвертый балансные резисторы 18, 19, 20, 21, первый, второй и третий масштабные резисторы 22, 28, 24.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на третий 27 и первый 25 дифференциальные входы устройства напряжения, не равного нулю, отсутствии сигнала на втором 2б дифференциальном входе и при условии, что сопротивления масштабных резисторов 22 и 24 не равны бесконечности, выходное напряжение на дифференциальном выходе 28 пропорционально произведению входных напряжений.

Сигнал, поступивший на вход 27 устройства, воздействует на входы двух пар

1ифференциальных усилительных каскадов, состоящих соответственно из первого 8, третьего 10, второго 9 и четвертого 11 дифференциальных усилительных каскадов. Каждая пара дифференциальных усилительных каскадов содержит пару линеаризующих диодов 1, 2 и 4, 5 и поэтому обладает высокой линейностью коэффициента передачи в широком диапазоне входных напряжений.

При отсутствии сигнала на входе 2б и при полной идентичности обеих пар дифференциальных усилительных каскадов их коэффициенты передачи должны быть равны по величине и противоположны по знаку. Таким образом, выходные токи в резисторах б, 7 и выходное дифференциальное напряжение (на выходе 28) не зависят от уровня сигнала на первом дифференциальном входе устройства. когда на входе 2б с1 гнал отсутствует.

При подаче сигнала на вход 2б и равенстве нулю си гнала на входе 27 напряжение на выходе 28 устройства также огсутствует .из-за идентичности между сооой двух токовых цепей (первая токовая цепь: источник тока 1б, усилительные каскады

769559

u„„,. =- 1. U,(U — u;.

60 вая цепь: источник тока 17, усилительные каскады 11, 9, резистор 7, диоды 4, 5).

Однако, например, при транзисторном исполнении устройства происходит модуляция эмиттерных сопротивлений транзисторов первого 8 и второго 9 дифференциальных усилительных каскадов. Коэффициенты передачи этих каскадов и, следовательно, коэффициенты передачи пары дифференциальных усилительных каскадов изменяются по величине в противофазе относительно друг друга. При этом происходит модуляция сопротивлений диодов 1, 2, 4, 5, вследствие чего коэффициент передачи пары каскадов 8, 10 изменяется по величине в противофазе коэффициенту передачи пары усилительных каскадов 9, 11 . Результатом этого является появление выходного напряжения при наличии сигналов на первом и третьем дифференциальных входах.

Таким образом, при неравенстве нулю сигналов на всех трех дифференциальных. входах выходное дифференциальное напряжение равно сумме двух составляющих

Первая составляющая выходного напряжения прямо пропорциональная произведению сигналов на первом и втором дифференциальных входах и обратно пропорционально произведению сопротивления резисторов 22 и 24. Вторая составляющая прямо пропорциональна произведению сигналов на первом и третьем дифференциальных входах обратно пропорциональна произведению св противлений резисторов 22 и 28.

Следствием этого является обеспечение на дифференциальном выходе четырехквадрантного перемножителя сигналов функции вида

U„„=к, и U,---К2.U U,, д 1 1- о (п

l„.К Р,, "- I, -,.R. R, (1) где loi и 102 — режимные токи. обозначенные на чертеже;

U, — входное напряжение на первом дифференциальном входе;

U, входное напряжение на втором дифференциальном входе;

U, — входное напряжение на третьем дифференциальном входе;

14 (7) — сопротивление нагрузочных резисторов 6(7) (Rg=Rg);

R22, Rzq, Rg.. — сопротивления масштабных резисторов 22, 28, 24. Выражение (1) справедливо при

Гусловии, что 1О Ъ >

Выбором сопротивлений масштабных резисторов можно обеспечить равенство

К вЂ” — К вЂ” — 1х и добиться на выходе устройl0

55 ства реализации функции перемножения суммы двух произвольных сигналов U„и U, на третий призвольный сигнал Ь,.

Высокое значение динамического диапазона перемножаемых сигналов в широком интервале температур обеспечиваются в предлагаемом устройстве за счет повышения термостабильности коэффициентов подавления двух из трех входных сигналов.

Так повышенная термостабильность коэффициентов подавления входных сигналов, прикладываемых ко второму .и третьему входам устройства, является следствием практически полной ликвидации взаимного влияния входных (базовых) токов первого

8 и второго 9 дифференциальных усилительных .каскадов. Обычно дифференциальный усилительный каскад в транзисторном исполнении представляет собой дифференциальную пару транзисторов с общим эмиттером. Каждый такой каскад с линеаризирующими диодами отличается как высокой термостабильностью коэффициента передачи, так и повышенной термостабильностью коэффициента подавления синфазной составля ощей входных напряжений. формирующихся на линеаризирующих диодах 1, 2 и 4, 5 с помощью третьего 10 и четвертого

11 дифференциальных усилительных каскадов под влиянием входного напряжения на третьем дифференциальном входе устройства.

Первый 8 и второй 9 дифференциальные усилительные каскады обладают повышенной термостабильностью также и по коэффициенту токораспределения по общим (эмиттерным) цепям, питаемым выходными тока,мн первого 14 управляемого напряжения дифференциального источника тока, следствием чего является повышение термостабильности коэффициента подавления входного напряжения на втором дифференциальном входе устройства.

В результате применения изобретения расширяются функциональные возможности четырехквадрантного перемножителя сигналов и при проектировании аналоговых вычислительных машин появляется возмож ность эквивалентной замены трех элементов (два перемножителя сигналов и сумматор) на одно предложенное устройство с более высокими эксплуатационными параметрами

Формула изобретения

Четырехквадрантное множительное устройство, содержащее два дифференциальHbIx каскада, выходы которых соединены f12рекрестно, подключены к выводам соответствующих нагрузочных резисторов и являются выходом устройства, два дцффереч769559 цпальных .генератора стабильного тока, два управляемых напряжением дифференциальных источника тока, линеаризующие диоды и источник напряжения смещения, дифференциальные выходы первого,и второго генераторов стабильного тока подключены ко входам первого и второго управляемых напряжением дифференциальных источников тока соответственно, выходы первого управляемого напряжением дифференциального источника тока подключены ко входам первого,i второго дифференциальных усилительных каскадов, а вход является первым входом устройства, вход второго управляемого напряжением дифференциального источника тока является вторым входом устройства, первый и второй входы первого дифференциального усилительного каскада подкгиочены через соответствующие линеаризу,ощие диоды к выходу источника напряжения смещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона перемножаемых сигналов в широком диапазоне температур при одновременном масштабировании по всем трем входам, в устройство введены третий и четвертый дифференциальные усилительные каскады, два дифференциальных;источника тока, два дополнительных линеаризующих диода, масштабные резисторы,и балансозые резисторы, причем первый .и второй входы третьего и четвертого дифференциальных усилительных каскадов перекрестно соединены и являются третьим входом устройства, выходы третьего дифференциального усилительного каскада подключены к первому и второму входам первого дифференциального усилителя каскада, выходы четвертого дифференциального усилительного каскада подключены к первому и второму входам второго дифференциального усилительного каскада и через дополнительные линеаризуюшие диоды подключены к выходу источника напряжения смещения, выходы первого дифференциального источника тока подключены к третьему и четвертому входам третьего дифференциального усилительного каскада, а выходы второго дифференциального источника тока подключены к третьему и четвертому вхоl0 да м четвертого дифференциального усидитгльного каскада, первый выход .первого дифференциального источника тока через последовательно соединенные первый и второй балансные резисторы подключены ко второму выходу второго дифференциального источника тока, а второй BbIход первого дифференциального источника тока через последовательно соединенные третий и четвертый балансные резисторы подключен к перво»у выходу второго дифференциального источника тока, первый балансный резистор через первый масштабный резистор подключен к третьему баланспому резистору, входы первого и второго дифференциальных источников тока подключены к выходам второго управляемого напряжением дифференциального источника тока, ко входам которого параллельно подключен второй масштабный резистор, ко

З0 входам первого управляемого напряжением дифференциального источ н ика тока лараллельно подключен претий масштабный резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 Лвторское свидетельство СССР

М 434560, w . H 03 D 7/06, 1974.

40 2. Патент СШЛ No 3689752, кл. G 06 G

7/16, опублик. 1972 (прототип).

769559 с корректор И. Осииовская

Редактор Л. Утехина

Заказ 1289/1295 Нзд Ло 484 Тпрагк 772 Г!одпи::;;е

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делач изобретений и открытий

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

Тип. Харви. фил. пред. «Патент»

Состазптсдь Т. Сапунова

Техред И. Заболотиова

I ! с/1 !