Устройство для умножения одной функции на знак другой

 

(72) Авторы

ызобретеыыя

P.Ä. Бай, А.А. Канеп, В.А. Конобеевски и А.H. Фомичев, А."В. Фельдман с . . ° д, прюеВ1ио-,. итут . ыплектного

Новосибирский научно-исследовательски конструкторский и технологический инс (7!) Заявытель электропривода (Я) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ ОДНОЙ ФУНКЦИИ

НА ЗНАК ДРУГОЙ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, к аналоговым вычислительным устройствам и может быть использовано в счетнорешающих приборах и устройствах автоS матического регулирования для умножения сигнала одной функции на знак другой.

Известно устройство для умножения одной функции на знак другой, содер- щ жащее усилитель, первый ключ, включенный между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя, второй ключ, шину знака, соединенную с управляющими входами первого и второго ключей, В этом устройстве второй ключ включен в цепь отрицательной обратной связи и неинвертирующий вход усилителя соединен с общей шиной схемы через резистор (1) . го

Недостаток этого устройства заключается в том, что применение в качестве ключей бесконтактных элементов. (например, полевых транзисторов), что зачастую требуется для получения приемлемой надежности и быстродействия, ведет к низкой точности умножения.

Ключ на основе полевого транзистора (как наиболее простой по конструкции и в настройке) обладает проходным сопротивлением в среднем 0,5- 1 кОм.

В связи с этим, чтобы получить точ-. ность умножения порядка 0,1-0,013 необходимо увеличивать величины сопротивлений масштабных резисторов до 1- 10 МОм, а эта мера в свою очередь снижает быстродействие устройства, т.е. динамическую точность ум" ножения . Это происходит, во-первых, из-эа наличия разного рода нежелательных емкостей на входах усилителя, увеличивается время перезаряда этих емкостей при смене знака умножения, Особенно заметно это сказывается, когда ключ подключенный к неинвертирующему входу операционного усили957237

3 теля (ОУ), переходит из открытого состояния а закрытое, тогда в результате воздействия запирающего импульса, подаваемого на затвор полевого транзистора, на неинвертирующем входе ОУ имеют место накопления нежелательного заряда, приводящего к ошиб-: ке умножения на выходе устройства, стекание заряда затягивается по мере увеличения масштабного резистора, 1а подключенного к неинвертирующему входу ОУ. Во-вторых наличие емкости на неинвертирующем входе ОУ приводит к самовозбуждению усилителя, устранять которое приходится вводом корректи- д рующих элементов, что дополнительно приводит к снижению быстродействия устройства.

Далее, получение приемлемой точности умножения становится все более затруднительным делом и, наконец становится принципиально невозможным по мере роста выходного сопротивления источника входного сигнала.

С ростом величины сопротивления д масштабных резисторов возрастают шумы на выходе ОУ, что также ведет к ухудшению точности умножения.

Наиболее близким к изобретение по технической сущности является устрой" @ ство умножения одной Функцич на знак другой, содержащее первый ключ и дифференциальный усилитель, выход которого является выходом устройства, инвертирующий вход является входом первой функции, а неинвертирующий

ЭЗ вход через ключ подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход первого ключа является входом знака второй функции, неинвертирующий вход

49 дифференциального усилителя через масштабный резистор подключен к инвер тир ующему входу (2) .

Недостатком известного устройства является низкая точность умножения, так как величина смещения от входно4$ го тока усилителя из-за изменения величин сопротивления в цепи неинвертирующего входа усилителя при размыка" нии и замыкании ключа становится переменной, Погрешность умножения также возникает иэ-за изменения потребляемых токов от источника сигнала умножаемой функции при переключениях ключа. В этом случае падание напряжения на выходном сопротивлении источника сигнала становится переменным, что экви валентно изменению уровня сигнала задания первой функции.

Применение в качестве ключа бесконтактного элемента также ведет к росту погрешности умножения, так как бесконтактный элемент обладает а замкнутом состоянии проходным сопротивлением, отличным от нуля, поэтому дополнительно возрастает рассогласование резисторов на входе операционного усилителя. Повышение же величины сопротивления резистора, включенного между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя, также нежелательно по крайней мере по двум причинам.

Во-первых, возрастает погрешность умножения иэ-за входных токов усилителя, о чем говорилось выше. А, во-вто" рых, при размыкании ключа импульс переключения знаковой шины создает на неинвертирующем входе усилителя параэитный заряд„ время стекания которого увеличивается по мере роста величины сопротивления указанного резистора, отсюда ухудшение динамической точности умножения.

Цель изобретения — повышение точности умножения.

Поставленная цель достигается тем, что а устройство для умножения одной функции на знак другой, содержащее первый ключ и дифференциальный усилитель, выход которого является выходом устройства, инвертирующий вход является входом первой функции, а неинвертирующий вход через первый ключ подключен к шине нулевого потенциала, при этом управляющий вход первого ключа является входом знака второй функции, введен второй ключ, управляющий вход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инвертирующий вход дифференциального усилителя через второй ключ подключен к неинвертирующему входу дифференциаль" ного усилителя.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для умножения одной функции на знак другой.

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, ключи 2 и 3, шину знака, являющуюся входом ч знака второй функции, вход 5 первой функции.

Дифференциальный усилитель 1 содержит операционный усилитель 6 и масштабные резисторы 7-9, имеющие значения соответственно R 1, R 2,,R 3.

Устройство для умножения одной функции на знак другой работает следующим образом, 5 .95723

При работе в режиме инвертирования ключ 2 разомкнут, ключ 3, замкнут, резистор- 9 (R 3) имеет номинал, который в сумме с сопротивлением замкнутого ключа 3 равен величине сопротив- $

R2 ления R = 2, поэтому обеспечива1 + 2 ется точное согласование сопроти влений, по входам операционного усили теля исключающее ошибку умножения на .1В выходе устройства (выходе усилителя).

Заметим, что при отсутствии у опера. ционного усилителя входных токов сопротивление R 3 не влияет на точность умножения и может быть равно нулю. 1$

Действие же сигнала со входа устройства на неинвертирующий вход усилителя пренебрежимо мало из-за высокого отношения вели чин сопротивлений (не менее 2 "10 ) разомкнутого ключа 2 20 и замкнутого ключа 3.

При работе устройства в режиме по" вторения ключ 2 замкнут, ключ 3 разомкнут. Благодаря этому схема обеспечивает строгую согласованность па- 2$ раметров проходных сопротивлений в цепях входов операционного усилителя.

Перемена знака (умножение на знак) происходит путем смены режима работы . c инвертирования на повторение и на- 30 оборот. Этот переход осуществляется подачей сигнала на шину 4. !

Действие коммутационных помех на неинвертирующем входе ОУ, возникающее при смене знака умножения, вызывая

3$ ошибку умножения, сводится к минимуму во времени, так как стекание паразитного заряда с неинвертирующего входа усилителя за минимальное время

40 обеспечивается через замыкаемый тот или иной ключ с относительно малым выходным сопротивлением.

Точное умножение с применением, например, полевых транзисторов в ка4$ честве ключеи достигается следующим образом.

Проходное сопротивление транзисторов в разомкнутом состоянии обычно не менее 100 ИОм, а в замкнутом - не более кОм, причем разброс сопротив- + лений в этом последнем случае поддается учету с точностью до 11 и менее кОм.

Выполнение устройства вышеописанным образом позволяет повысить точность умножения вследствие того, что: $$ при умножении сигнала функции на какой"либо иэ двух знаков замкнутый ключ (даже с отличным от нуля проходj 6 ным сопротивлением) на согласование масштабных резисторов ОУ с номиналом порядка 10 кОм практически влияния не оказывает, потому как он всегда оказывается подключенным к достаточно высокоомной нагрузке, каковой является разомкнутый ключ и неинвертирующий вход усилителя.; ставшее возможным согласование масштабных резисторов с номиналом, не превышающим !0 кОм, реша- ет проблему самовозбуждения усилите" ля, минимума шумов на его выходе; позволяет свести к минимуму время действия помех, возникающих при переключении ключей (смене знака умножения), так как стекание паразитного заряда с неинвертирующего входа усилителя тепеоь возможно через сопротивление того ключа, который оказывается замкнутым; когда источник сиrнала умножаемой на знак функции имеет выходное сопротивление, отличное от нуля (обозначим его через Кист ) также несложно добиться получения высокой точности умножения, если соблюсти два условия

ИСТ 2 1ю

3 к где R l,R 2,R 3 - величины сопротивлений масштабных резисторов;

R „- величина сопротивления замкнутого ключа.

Использование изобретения позволяет повысить точность умножения одной функции на знак другой.

Формула изобретения

Устройство для умножения одной функции на знак другой, содержащее первый ключ и дифференциальный усили" тель, выход которого является выходом устройства, инвертирующий вход является входом первой функции, а неинвертирующий вход через первый ключ подключен к шине нулевого потенциала, при этом управляющий вход первого ключа является входом знака второй функции, отличающееся тем, что с целью повышения точности, в него введен второй ключ, управляющий вход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инвертирующий вход дифференциального усили957237

Составитель Т. Сапунова

Редактор С. Тараненко Техред И.Рейвес Корректор ". Демчик

Заказ 6601/39

Тираж 731 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Иосква, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

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

7 теля через второй ключ подключен к неинвертируецему входу дифФеренциального усилителя.

Источники йн@ормации, принятые во внимание при экспертизе S

1. Авторское свидетельство СССР

И 541179, кл. G 06 G 7/161, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР и 428397, кл.. G 06 G 7/161у 1971 (прототип).