Перемножающее устройство Советский патент 1985 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для перемножения электрических сигн.алов, и может быть использовано в аналоговьрс вычислительных машинах. .

Одно из известных перемножанлцих устройств содержит множительньй блок и сумматоры Л.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является перемножающее устройство, содержащее блок перемножения, к входам которого подключены выходы первого и второго сумматоров,первые входы которых являются входами, первого и второго сигналов.-сомножителе соответственно, выход блока перемножения через первый формирователь ортогонального сигнала подключен к входу интегратора, выход которого является выходом устройства и соединен с вторым входом первого сумматора, к второму входу .второго сумматора подключен выход второго форми- рователя ортогонального сигнала, вход которого подключен к выходу источника onopHoj;o напряжения 2j .

Недостатком устройства является низкое быстродействие, обусловленновтем, что для сглаживания пульсаций выходного сигнала, вызванных как наличием второй гармоники перемножаемых сигналов (при перемножении сигналов переменного тока)-, так и гармониками произведения входных сигналов на ортогональные сигналы опорного напряжения и обратной связи, на выходе устройства необходимо уст.анавлив-ать фильтр. Кроме того при перемножении сигналов переменного тока первый формирователь ортогонального сигнала в цепи обратной связи должен .содержать фильтр, что также снижает быстродействие устройетва.. Чем выше требования к снижению уровня пульсаций, тем меньше быстродействие устройства.

Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение .уровня пульсаций выходного напряжения. . .

Поставленная цель достигается тем, что в известное перемножающее устройство, содержащее перемножающий блок, к входам которого подключены выходы первого и второго сумматоров, первые входы которых являютс

входами первого и второго сигналовсомножителей соответственно, источН1Ж опорного напряжения, ортогонального первому и второму сигналамсомножителям, к второму входу второго сумматора подключен выход блока формирования ортогонального сигнала, интегратор,,задатчик интервала ортогональности, блок аналоговой памяти и формирователь управляющих импульсов, причем ВЬРход перемножающего блока подключен к входу интегратора, выход которого соединен с входом блока аналоговой памяти, выход которого является выходом устройства и подключен к входу блока формирования ортогонального сигнала, выход задатчика интервала ортогональности соединен с управляющими входами блока формирования ортогонального сигнала и источника опорного напряжения, ортогонального первому и второму сигналам-сомножителям, выход которо-го под слючен к второму входу перв.ого сумматора, выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом блока аналоговой памяти.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого перемножающего устройства и вариант выполнения блока аналоговой памяти.

На схеме обозначены перемножающиз блок 1, первьй и второй сумматоры 2 и 3, входы 4 и 5 первого и второго сигналов-сомножителей, источник 6 опорного нацряжения, ортогонального первому и второму сигна лам-сомножителям, блок 7 формирования ортогонального сигнала, интегратор 8, блок 9 аналоговой памяти, формирователь 10 управляющих импульсов, задатчик 11 интервала ортогональности, выход 12, ключ 13, запоминающий конденсатор 14, повторитель 15, шина 16 нулевого потенци.ала, ..

Перемножающее устройство работает следующим образом.

Предположим, что перемножающий блок 1 идеальмьй., На входы перемножакщего блока 1 подают сигналы x(t)+UQ(t) и y(t) + z(t), которые перемножаются.

Произведение сигналов интегрируется интегратором 8 и в начале

каждого интервала ортогональности, вырабатьшаемого задатчиком 11 интервала ортогональности, по импульсу формирователя 10 управляющих- импуль сов запоминается в блоке 7 аналоге.вой памяти 9.

Выходной сигнал блока 9 аналоговой памяти в течение каждого интервала ортогональности постоянньй и равен знечению интервала от произведения в конце предыдущего интервала. Блок 7 формирования ортогонального сигнала преобразует это постоянное напряжение в напряжение, ортогональное входным сигналам, но не ортогональное напряжению /. источника, 6опорного напряжения.

В конце каждого интервала ортогональности работа устройства описывается следующим раз HocTHbiM уравнением . . ,TO ,xW( .«jW+zwlJt,; . где k - коэффициент преобразования перемнржакяцегр блока 1; L - постоянная времени интег тора 8; . k - коэффициент передачи бло ка 9 аналоговой памяти; - -значение .выходного напря жения в конце предыдущего интервала; и jn+lT- значение выходного напря Bbirжения в конце рассматриваемрго интервала; Т - интервал ортогональности Сигнал z(t), вьфабатьшаемый бло ком 7 формирования ортогонального сигнала формирования ортогональног сигнала обратной связи, связан с ходным сигналом устройства следующим соотношением: 2(t) 0(t) Ug,Jn (2) где l(t) - функщш преобразования блока .7 формирования ор гонального сигнала, например, Ф(t) k const. Решение разностного уравнения имеет вид:

.

|-() «

где и ,oj - начальное значение выходного напряжения. Решение будет сходиться при условии, что

/а/ 1 (4)

Один из коэффициентов kg, k или ве личина ОдФ должны быть меньше нуля, или интегратор 8 может быть инвертирующим.. Переходный процесс в устройстве устанавливается тем быстрее, чем меньше av Если а равно нулю,.т.е.

(5)

т„и,Ф -1 переходньш процесс устанавливается за один интервал ортогональности, таким образом достигается максимальное быстродействие. Установившееся значение выходного сигнала равно . г вь/х ср ц Ф т.е. определяется отношением средних значений произведения входных сигналов к произведению опорного напряжения на функцию преобразования блока 7 формирования ортогонального сигнала. Рассмотрим частные случаи выполнения перемножающего устройства, Если входные сигналы являются сигналами переменного тока, то простей шими ортогональными к ним сигналами будут сигналы постоянного тока. В этом случае Ug(t) У, )1, поэтому в качестве источника опорного напряжения 6 используется источник постоянного напряжения, а блок формирования ортогонального сигнала 7 выполняется в виде масштаб; ного звена, либо его функции выполняет блок 9 аналоговой памяти, , Выходной сигнал перемножающего. устройства в установившемся режиме в этом случае равен -iJji iil

Если же перемножаются сигналы постоянного тока, то ортогональными к ним будут сигналы переменного тока любой частот. Проще всего обеспечить эти сигналы в виде меандра. В этом случае задатчик 11 интер вала ортогональности выполняется в виде гене,ратора, частота которого выбирается равной требуемому интервалу ортогональности (чем выше частота, тем вьше быстродействие устрой ства,.но ее увеличение ограничено ростом инструментальных погрешностей) .

zirt

(8)

U(t) в UQ Sign sin

Блок 7 формирования ортогонального сигнала в этом случае может быть выполнен в виде переключателя полярности входного сигнала, а его функция преобразования имеет вид

irt

0(t) Sign sin

(9)

Поскольку при этом Uд(t)Ф( t) u Csign sin ) и„,(10)

то выходной сигнал и в этом случае определяется выражением (6).

Если, же перемножаемые сигналы в общем случае содержат как постоянную составляющую, так и переменную частоты Х) , то. ортогональными им сигналами будут гармонические Сиг-. н;алы частоты kcJ , где k - должно 1ПО крайней мере на 1 превышать высшую гармонику переменной со.ставляющей входных сигналов. Простейшим вцдом сигнала, удовлетворяющим этому требованию, могут также служить сигналы, имеющие вид меандра частоты k 0) k - , где Т - период первой гармоники входных сигналов..

5 В этом случае задатчик интервала ортогональности 11 выполняется fe виде умножителя частоты, источник опорного напряжения 6 и блок формирования ортогонального .сигнала 7

10 выполняются в виде переключателей полярности постоянного опорного : напряжения и выходного сигнала блока аналоговой памяти 9. Их функции преобразования имеют вид

k21

t; (11)

UjjSign sin (12) Sign .sin -I-

Поскольку и в этом случае

U(,(t)Ф(t) Uo, то выходной сигнал устройства определяется выражением (7) .

Таким образом, предлагаемое пе5.ремножающее устройство обеспечивает при выполнении условия (4) максимальное быстродействие - длительность переходного процес.са равна длитель. ности одного интервала ортогональности, а уровень пульсаций выходного напряжения определяется только сопротивлением утечки запоминающего конденсатора 14, ключа 13 и входным сопротивлением повторителя 15 блока аналоговой памяти 9 и не зависит от уровня входных сигналов.

Предлагаемое перемножающее устройство по сравнению с устройством-прототипом обладает новым качеством более высоким быстродействием и уменьшенньм уровнем пульсаций выходного напряжения.

ПЕРЕМНОЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее перемножающий блок, к входам которого- подключены выходы первого и второго сумматоров, первые входы которьр4 являются входами первого и второго сигналов-сомножителей соответственно, источник опорного напряжения, ортогонального первому и второму сигналам-сомножителям, к второму входу второго сумMdTopa подключен выход блока формирования ортогонального сигнала, интегратор, задатчик интервала ортогональности, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения уровня пульсаций выходнбго напряжения, в него введены блок аналоговой памяти и формирователь управляющих импульсов, причем выход перемножаю-щего блока подключен к входу интегратора выход которогб соединен с ,входом блока аналоговой памяти, вы-j ход которого является выходом устройства и подключен к входу блока формирования ортогонального сигнала, выход задатчика интервала ортогональности соединен с управляющими (О входами блока формирования ортогонального сигнала и источника опорного напряжения, ортогонального первому и второму сигналам-сомножителям, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход формирователя управляющих имОд 4 пульсов соединен с управлякжцим входом блока аналоговой памяти. Ч 4;