Множительное устройство

 

О П И С А Н И E,Я24720

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 210780 {21) 2961288/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетОпубликовано 300482, Бюллетень Мо 16

Дата опубликования описания 3004,82 (31) М. Кп.з

G 06 G 7/16. :

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Р31УДК 681.335 (088.8) В.В. Алексеев и В.A. Дартау

1:", Ленинградский ордена Ленина, ордена Окт брьской

Революции и ордена Трудового Красного 3 дащуи горный °институт им. Г.В. Плеханова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может о быть использовано, в частности, в системах векторного управления, а также . в и эмери тельной технике.

Из ве ст ны миожи тель ные у строй от в а, содержащие два полевых транзистора, три операционных усилителя, семь резисторов (1).

К недостаткам данного устройства относится невысокая ..термостабильность.. и точность .

Наиболее близким по техничЕской сущности является множительное устройство, содержащее две идентичные множительные мостовые схемы: рабочую и компенсирующую, в первом и втором плечах каждой из которых имеется по балансировочному резистору, а в третьем и четвертых плечах содержатся элементы с управляемой проводимостью, выполненные на полевом транзисторе, образующие первую и вторую интегральные согласованные пары, содержащее также два интегральных операционных усилителя, при этом к выходной диагонали мостовых схем подключены дифференциальные входы операционных усилителей, причем инвертирующий вход первого усилителя подключен к общим выводам Первого балансировочного ре" зистора и стока первого полевого транэистара рабочей мостовой схемы и к первому выводу первого масштабного резистора, другой вывод которого подключен к выходу первого усилителя и выходу множительного устройства, а неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к общим выводам второго балансировочного резистора и стока второго полевого транзистора рабочей мостовой схемы и к первому выводу второго масштабного резистора, другой вывод которого соединен с ис-. токами полевых транзисторов рабочей и компенсирующей мостовой схем и шиной нулевого потенциала, а входная диагональ рабочей мостовой схемы является первым входом множительного устройства, инвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общим выводам первого балансировочного резистора и стока первого полевого транзистора компенсирующей мостовой схемы и к первому выводу третьего масштабного резистора, другой вывод которого соединен со вторым входом множительного устройства, а неинвертирующий вход второго усющителя подключен к общим вы924720 водам второго балансировочного резистора и стока второго полевого транзистора компенсирующей мостовой схемы и к первому выводу четвертого масштабного ре зистора, другой вывод которого соединен с шиной нулевого пбтенциала, к входной диагонали компенсирующей мостовой схемы подключен средний вывод первого подстроечного потенциометра, первый крайний вывод которого соединен с шиной нулевого 10 потенциала, а второй крайний вывод подключен к выходу источника опорного сигнала, выход второго операционного усилителя соединен с затворами вторых полевых транзисторов ра- 15 бочей и компенсирующей мостовых. схем, а затворы первых полевых транзисторов рабочей и компенсирующей ,мостовых схем соединены со средними выводами соответственно третьего и четвертого подстроечных потенциометров, первые крайние выводы которых . соединены с выходом источника сигнала смещения, а вторые крайние выводы — с шиной нулевого потенциала (2).

Однако известное множичжльное уст ройство обладает недостатком. При высокой линейности (статической точности) в каждом из четырех квадрантов устройство в общем случае имеет различные масштабные коэффициенты в каждом из квадрантов, что обусловлено " отличием коэффициентов угла наклона вольт-амперных характеристик полевого транзистора (cL) при изменении З5 знака напряжения на стоке (U ) и неизменном напряжении на затворе

=«L Uz,nÐè 0с 0;Тс — ñ4 U при UC<0 и разбросом характеристик транзисторов пары (в частности зависимости сопро- 40 тивления сток-исток от напряжения на затворе). Линейность этого множительного устройства в каждом из квадрантов составляет 0,2-0,5В.

Разброс же коэффициентов передачи 45 в квадрантах lb.КЪ| достигает 5Ъ. Например, результат перемножения сигналов, равных IUqI =lUgt = 10 В, в разных квадрантах по абсолютной величине может составить 9,5 до 10 и не может быть для конкретного устройства предугадан и скорректирован.

Использовать же устройство для перемножения гармонического сигнала с аналоговым с точностью до 1% уже нельзя. 1ак как если входные сигналы

U = 10 sinet u Uq = 10, то на выx+e вместо сигнала U ()bö= 10 sinu)t мы получим

60 го и второго балансировочных резисторов объединены и поДключены к среднему выводу первого подстроечного

65 потенциометра, первый крайний выUpb g = ((10-ЬК) sinLutl+4K i в частном случае, например, Б ц< =

= (9,5 sinet) +0,5 (выходной гармони ческий сигнал имеет постоянную составляющую а К%, превышающую 1%, /ьКЪ/= ф- 100%, где лК в вольтах) .

Можно далее показать, что перемножение с помощью прототипа двух гармонических сигналов вида з1пV".cosЧ, sin% .cos9 вызовет недопустимые искажения выходных сигналов (относительная векторная погрешность больше допустимой) . Это ограничивает точность работы множительного устройства.

Цель изобретения — повышение точности работы множительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное множительное устройство, содержащее два операционных усилителя, четыре масштабных резистора, три подстрочных потенциометра, источник стабильного сигнала, компенсирующий и рабочий множительные мосты, в первое и второе плечи множительных мостов включены соответственно первый, вч орой, третий и четвертый балансировочные резисторы, а в третье и четвертое плечи включены соответственно первый, второй, третий и четвертый элементы с управляемой проводимостью, выполненные на управляемых полевых транзисторах, истоки всех управляемых полевых транзисторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала, сток первого управляемого транзистора и первый вывод первого балансировочного резистора объединены и подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, сток второго управляемого полевого транзистора и первый вывод второго балансировочного резистора объединены и подключены к неинвертирующему входу первого операционного усилителя и через первый масштабный резистор подключены к шине нулевого потенциала, сток третьего управляемого полевого транзистора и первый вывод третьего балансировочного резистора объединены и подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, сток четвертого управляемого полевого транзистора и первый вывод четвертого балансировочного резистора объединены и подключены к неинвертирующему,входу второго операционного усилителя и через второй масштабный резистор подключены к шине нулевого потенциала, выход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор подключен к его инвертирующему входу и является выходом устройства, инвертирующий вход первого операционного усилителя через четвертый масштабный резистор подключен к первому входу устройства, вторые выводы третьего и четвертого балансировочных резисторов объединены и являются вторым входом устройства, вторые выводы перво924720 четвертом плечах — элементы с управляемой проводимо тью, выполненные на управляемых полевых транзисторах

7-10 соответственно из первой 11 и второй 12 согласованных пар, операционные усилители 13 и 14, масштабные резисторы 15-18, подстроечные потенциометры 19-24, источник 25 стабильного сигнала, пороговые блоки 26 и 27, элемент И 28, сумматор 29, ис-!

О точник 30 опорного сигнала, первый

25 вторые крайние выводы которых подключены к шине нулевого потенциала, выход элемента И подключен к первому крайнему выводу шестого подстроечного

30 вод которого подключен к шине нулевого потенциала, затворы первого и третьего управляемых полевых транзисторов соответственно подключены.к средним выводам второго и третьего подстроечных потенциометров, первые крайние выводы которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, а вторые крайние выводы второго и третьего подстроечных потенциометров объединены и подключены к выходу источника стабильного сигнала, затворы второго и четвертого управляемых полевых транзисторов объединены и подключены к выходу первого операционного усилителя, введены два пороговых блока, элемент И, сумматор, четвертый, пятый и шестой подстроечные потенциометры и источник опорного сигнала, входы первого и второго пороговых блоков соответственно подключены к первому и второму входам устройства, выходы пороговых блоков . подключены соответственно к первому и второму входам элемента И и к первым крайним выводам четвертого и пя« того подстроечных потенциометров, потенциометра, второй крайний вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, первый вход сумматора подключен к выходу источника опорного сигнала, второй, третий и четвертый входы сумматора подключены к средним выводам соответственно четвертого, пятого и шестого подстроечных потенциометров, выход сумматора подключен ко второму крайнему выводу первого подстроечного потенци- ометра.

Указанное множительное устройство обладает не только высокой термостабильностью, но и обеспечивает перемножение сигналов с масштабным коэффициентом, равным К, во всех четырех квадрантах, что важно при перемножении гармонических сигналов (при преобразованиях векторных величин)., В предлагаемом устройстве можно . устранить разброс коэффициента передачи в квадрантах с погрешностью

bK%<0,2, а следовательно, уменьшить общую погрешность четырехквадрантных множительных устройств до 0,2-0,53, что позволяет существенно повысйть точность четырехквадрантного перемножения сигналов.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого, устройства.

Множительное устройство содержит два идентичных множительных моста— рабочий 1 и компенсирующий 2, каждЫй из которых содержит в первом и втором плечах соответственно балансировочные резисторы 3-6, а в третЬем-M

Вход устройства 31, второй вход устройства 32 и выход устройства 33.

Множительное устройство работает следующим образом.

Сигнал первого сомножителя U„ поступает на вход 32 устройства. Коэффициент передачи рабочего моста 1 К зависит от сигнала второго сомножит еля U на входе 31 устройства, а напряжение с выходной диагонали рабочего моста 1! Кщ0„! поступает на дифференциальные входы второго операционного усилителя 14.

С целью линеаризации характеристики множительного устройства U»„ =

= f„(U<), нелинейность которой обусловлена нелинейностью зависимости сопротивления сток-исток от напряжения на затворе полевого транзистора 10 (в режиме управляемого резистора) и нелинейной зависимостью коэффициента передачи рабочего моста 1 от изменения сопротивления сток-исток полевого транзистора 10, а также для обеспечения стабильности устройства сигнал второго сомножителя Uq через масштабный резистор 17 поступает на инвертирующий вход первого операционного усилителя 13, в цепь обратной связи которого включен идентичный по параметрам рабочего моста 1 компенси рующий мост 2, а с выхода операционного усилителя 13 сигнал, связанный с сигналом второхо сомн<йкителй

Ug зависимостью U = fg(Ug) обратной линеаризуемой характеристике множительного устройства, поступает на затвор полевого транзистора 10 рабочего моста 1. На вторые выводы балансировочных резисторов 3 и 4 компенсирующего моста 2 с подвижного контакта первого подстроечного потенциометра 19 через сумматор 29 подается опорный сигнал с выхода источника 30 опорного сигнала, обратно пропорциональный масштабному коэффициенту множительного устройс1ва.

Для обеспечения умножения в четырех квадрантах с высокой линейностью в каждом из квадрантов и для получения максимального подавления сигнала первого сомножителя U на выходе устройства используются соответственно подстроечные потенциометры

20 и 21, на которые поступает стабильный сигнал с выхода источника 25 стабильного сигнала.

924.720

Так как ввиду неизбежного технологического разброса характеристик полевых транзисторов в . интегральной паре и неравенства коэффициентов наклона вольт-амперных характеристик при смене полярности напряжени я сток- 5 исток полевого транзистора, при постоянстве напряжения на затворе- (при смене знака сигнала на входе 32) в общем случае в каждом из четырех квадрантов масштабные коэффициенты уст- 10 ройства неравны К„ К К К, для их выравнивания и получения общего коэффициента, равного эталонному К1, на входы сумматора 29, кроме опорного . сигнала, подаются корректирующие сиг-15 налы. На второй вход подается сигнал с подстроечного потенциометра 24, Ъ который уменьшает по абсолютной величине выходное напряжение сумматора

29 пропорционально ошибке при сигнале сомножителя на входе 32, имеющем знак, обратный знаку этого сомножителя в эталонном квадранте К ь К 1=К„.

На третий вход сумматора 29 подается сигнал с движка потенциометра 24, уменьшающий по абсолютной величине выходное напряжение сумматора 29 пропорционально ошибке при сигнале сомножителя на входе 31, имеющем знак, обратный знаку этого сомножи теля в эталонном квадранте К ьК =К .

На четвертый вход сумматора 29 поступает сигнал с движка подстроечного потенциометра 23, изменяющий величину выходного напряжения сумматора 29 пропорционально ошибке при 35 сигналах на входах 31 и 32, имеющих знаки, обратные знакам соответствующих сигналов в эталонном квадранте к ьк=к .

Сигнал на подстроечный потенцио- 40 метр 22 поступает с выхода порогового блока 27 только при сигнале первого сомножителя на входе 32, имею.-, щем знак, противоположный знаку этого сигнала в эталонном квадранте, а на подстроечный потенциометр 24 — с выхода порогового блока 2б при сигнале второго сомножителя на входе

31 со знаком, обратным знаку сигнала второго сомножителя в эталонном квадранте. Сигнал на подстроечный потенциометр 23 поступает с выхода элемента И 28 при знаках сигналов сомножителей, поступающих с выходов

31, и 32 на входы элемента 28, проти-, воположных знаком сомножителей в эта- лонном квадранте. Предлагаемое множительное устройство позволяет значительно повысить точность четырехквадрантного перемножения сигналов. 60

Формула и з об ре те ни я

Множительйое устройство, содержащее два операционных усилителя, че- 65 тыре масштабных резистора, три подстроечных потенциометра, источник стабильного сигнала, компенсирующий и рабочий множительные мосты, в первое и второе плечи множительных мостов включены соответственно первый, второй, третий и четвертый балансировочные резисторы, а в третье и четвертое плечи включены соо гветственно первый, второй, третий и четвертый элементы с управляемой проводимостью, выполненные на управляемых полевых транзисторах, истоки всех управляемых полевых транзисторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала, сток первого управляемого полевого транзистора и первый вывод первого балансировочного резистора объединены и подключены ,к инвертирующему входу первого операционного усилителя, сток второго управляемого полевого транзистора и первый вывод второго балансировочно- го резистора объединены и подключены к неинвертирующему входу первого операционного усилителя и через первый масштабный резистор подключены к шине нулевого потенциала, сток третьего управляемого полевого транзистора и первый вывод третьего балансировочного резистора объединены и подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, сток четвертого управляемого полевого транзистора и первый вывод четвертого балансировочного резистора объединены.и подключены к неинвертирующему входу второго операционного усилителя и через второй масштабный резистор подключены к шине нулевого потенциала, выход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор подключен к его инвертирующему входу и является выходом устройства, инвертирующий вход первого операционного усилителя через четвертый масштабный резистор подключен к первому входу устройства, вторые выводы третьего и четвертого балансировочных резисторов объединены и являются вторым входом устройства, вторые выводы первого и второго балансировочных резисторов объединены и подключены к среднему выводу первого подстроечного потенциометра, первый крайний вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, затворы первого и третьего управляемых полевых транзисторов соответственно подключены к средним выводам второго и третьего подстроечных потенциометров, первые крайние выводы которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, а вторые крайние выводы второго и третьего подстроечных потенциометров объединены и подключены к выходу источника стабильного сигнала, затворы второго

9 24720

ВНИИПИ Заказ 2820/67 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 и четвертого управляемых полевых т ран. зисторов объединены и подключены к выходу первого операционного усилителя, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два пороговых блока, 5 элемент И, сумматор, четвертый, пятый и шестой подстроечные потенциометры и источник опорного сигнала, входы первого и второго пороговых блоков соответственно подключены о к первому и второму входам устройства, выходы пороговых блоков подклю.чены соответственно к первому и второму входам элемента И и к первым крайним выводам четвертого и пятого подстроечных потенциометров,.вторые крайние выводы которых подключены к шине нулевого потенциала, выход элемента И подключен к первому крайнему выводу шестого подстроечного потенциометра, второй крайний вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, первый вход сумматора подключен к выходу источника опорного сигнала, второй, третий и четвертый входы сумматора подключены к средним выводам соответственно четвертого, пятого и шестого подстроечных потенциометров, выход сумматора подключен к второму крайнему выводу первого под. строечного потенциометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 661561, кл. G 06 G 7/16, 1977.

2. Электронная техника в автоматике. N., Советское радио, 1976, М 8, с. 253-256, рис. 2 (прототип) .