Аналоговый перемножитель Советский патент 1985 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен аналоговый перемножитель, содержащий генератор треугольных импульсов, компаратор, инвертор, переключатель и интегратор 1.

Однако это устройство характеризуется низкой точностью работы.

Наиболее близким к предложенному является аналоговый перемножитель, содержапцш повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является в.ходом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нульоргана, выход которого через элемент калиброванной задержки соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с первым входом схемы совнадения, второй вход которой соединен с выходом формирователя разнополярных импульсов и с третьим входом сумматора, вход повторителя напряжения с парафазными выходами соединен с входом селектора периода, выход которого подключен к управляющим входам переключателя и реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом схемы совпадения, выход реверсивного счетчика является выходом перемножителя 2.

Недостатком известного устройства является невысокая точность работы вследствие наличия методической погрешности.

Цель изобретения - повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговый неремножитель, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода, выход которого соединен

с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого с подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика, формирователь разнополярных импульсов, выход которого соединен с третьим входом сумматора, введены первый и второй накопительные конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего--и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого -ключей соединены с первыми

0 обкладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые обкладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом

5 элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам третьего и четвертого ключей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора

5 периода и формирователя тактового импульса, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема аналогового перемножителя; на фиг. 2

Q временные диаграммы сигналов.

На схеме обозначены вход 1 первого сигнала-сомножителя, повторитель 2 напряжен я с парафазными выходами, переключатель 3, сумматор 4, масштабный резистор 5,

5 щина 6 нулевого потенциала, операционный усилитель 7, интегрирующий конденсатор 8, нуль-орган 9, выход 10 аналогового перемножителя, генератор 11 опорной частоты, селектор 12 периода, реверсивный счетчик 13, формирователь 14 разнополярных им пульсов, вход 15 второго сигнала-сомножителя, формирователь 16 тактового импульса, первый и второй накопительные конденсаторы 17 и 19, первый 19, второй 20, третий 21 и четвертый 22 ключи, источник 23

5 образцовых токов, элемент НЕ 24, первый 25 и второй 26 элементы И.

Аналоговый перемножитель работает следующим образом. Пусть на входы первого 1 и второго 15 сигналов-сомножителей поданы напряжения соответственно Ux(t) и Ua(t). Полный цикл преобразования осуществляется в течение длительности Т сигнала формирователя 16 тактового импульса, причем Ui(t) Ui const и Uj (t) Uj const (фиг. 2,a). Пусть в одном из полупериодов Г/2 интервала Т напряжение на выходе переключателя 3 находится в противофазе с и (t), что обусловлено управляющим сигналом на переключатель 3 с выхода формирователя 16 тактового импульса. Тогда напряжение UQ (t) на выходе сумматора 4 имеет вид Uc(t) U2(t) - и, (t) ± Ue , (1) где Uo - выходное напряжение формирователя 14 разнополярных импульсов (фиг. 2ж); (t) ±U,(t)/(2) До момента времени t первый накопительный конденсатор 17 заряжен током - Ig и имеет заряд q -loTo (фиг. 2,г), где Г, - образцовый временной интервал, формируемый узлом калиброванной задержки, образуемым генратором 11 опорной частоты и селектором 12 периода. Пусть в момент времени t (фиг. 2, в) линейно убывающее со скоростью (U - - Uj + Uo)/t ( t RC - постоянная времени, R и С - сопротивление и емкость масштабного резистора 5 и интегрирующего конденсатора 8) выходное напряжение интегратора на основе операционного усилителя 7 достигает нуля. Это приводит к срабатыванию нуль-органа 9 (фиг. 2,е) и соответственно к запуску селектора 12 периода по переднему фронту первого после момента срабатывания нуль-органа 9 импульса (фиг. 2,6) генератора 11 опорной частоты (момент времени t на фиг. 2,б). Селектор 12 периода формирует образцовый интервал То ,который заканчивается в момент времени tg после прохождения целого числа п импульсов генератора 11 опорной частоты TO n-Tg.Срабатывание нульоргана 9 в момент времени t вызывает также смену знака напряжения Uo с « + на «- и подключение к инвертирующему входу операционного усилителя 7 посредствбм первого ключа 19 первого накопительного конденсатора 17, с которого накопленный заряд перетекает на интегрирующий конденсатор 8 вследствие наличия на инвертирующем входе операционного усилителя 7 мнимого нуля и глубокой отрицательной обратной связи. При этом знак заряда изменяется на противоположный, а первый накопительный конденсатор 17 к моменту времени tj разряжается практически до нуля. В течение интервала То , начиная с момента времени -t, и до момента времени -t. второй накопительный конденсатор 18 через замкнутый четвертый ключ 22 заряжается током +1о от источника 23 образцовых токов, в результате чего на втором накопительном конденсаторе 18 накапливается заряд q Ч- loTo (фиг. 2,d). В момент времени tj четвертый ключ 22 размыкается и заряд «запоминается до момента времени tj. С момента времени tj одновременно с перетеканием заряда с первого накопительного конденсатора 17 происходит заряд интегрирующего конденсатора 8 еще и током, обусловленным выходным напряжением сумматора 4, равным. Uc. Uj- Ui - Ug, причем чем дальще по времени от момента ti, тем сильнее доминирует ток, обусловленный напряжением сумматора 4 и выходное напряжение операционного усилителя 7 начинает убывать практически линейно со скоростью -(Uj - -Ui-Uo)/tдo момента времени ts, когда оно становится равным нулю, и срабатывает нуль-орган 9. Тем самым заканчивается первый интервал преобразования длительностью Т| ta-ti. Уравнение баланса зарядов за интервал времени TI. имеет вид IJ, (а- и, - щ T,/R о(3) Отсюда можно определить Т, I«ToR/ Uo - (U, - и,).(4) В момент времени tj по сигналу нульоргана 9 вновь меняется полярность напряжения с выхода формирователя 14 разнополярных импульсов, переключаются первый 19 и второй 20 ключи, в результате чего первый накопительный конденсатор 17 отключается от инвертирующего входа операционного усилителя 7, а второй накопительный конденсатор 18 подключается к нему. При этом заряд q +1оТо , накопленный на втором накопительном конденсаторе 18, начинает перетекать в интегрирующий конденсатор 8, который одновременно заряжается током, обусловленным выходным напряжением сумматора 4; Uc Ua- Ui- Uo В момент времени tj с приходом импульса генератора 11 опорной частоты запускается селектор 12 периода, по сигналу которого замыкается третий ключ 21, в результате чего первый накопительный конденсатор 17 начинает заряжаться образцовым током IP до момента времени ti, когда заканчивается интервал 7. Тогда третий ключ 21 размыкается, а накопленный образцовый заряд q - хранится до очередного срабатывания нуль-органа 9 (момент времени t). В момент времени t линейно нарастающее со скоростью (Uj - Ui + Uc)/C выходное напряжение операционного усилителя 7 достигает нуля, вызывая срабатывание нуль-органа 9, что означает окончание второго такта преобразования длительностью Tj и начало нового цикла, в котором все описанные процессы повторяются. Уравнение баланса зарядов для интервала времени 7 имеет вид loTo- (г - Uj) О .(6) Отсюда интервал времени Т имеет следующую зависимость: Т, IJoR/(Uo-U,-Ui) .(7) Частоту импульсов, поступающих на вход реверсивного счетчика 13 в течение первого полупериода сигнала формирователя 16 тактового импульса на сложение, можно представить с учетом выражений (4) и (7) следующим образом: T.k - .r- Количество импульсов NI, поступивщих в реверсивный счетчик 13 за первый полупериод Т/2 интервала измерения, рав. где Т К. - целое число. За второй полупериод Т/2 в реверсивный счетчик 13 на вычитание поступает число импульсов, которое равно Ги-(и l/i Т Т - ° о ь К По окончании периода сигнала, формирователя 16 тактового импульса, записанного в реверсивном счетчике 13 число импульсов NX можно представить выражением « итУ1 (1) NX N, iL целое число. Как видно из конечного результата (И), код в реверсивном счетчике 13 прямо пропорционален произведению мгновенных значений входных сигналов. Таким образом в аналоговом перемножителе временные задержки д TI и д Tj между моментом срабатыванием нуль-органа. 9 и моментом прихода ближайщего импульса с генератора 11 опорной частоты вообще не оказывают влияния на точность перемножения входных сигналов, т. е. в предложенном аналоговом перемножителе соответствующая. метчэдическая погрещность полностью исключена. Предложенный аналоговый перемножитель по сравнению с известным обладает повыщенной точностью работы.

Г

(()иг. 1

CL

и,

0ляямммлшшшшиш ииии

АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигналасомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертируюи1ему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода, выход которого соединен с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика, формирователь разнополярных импульсов, выход которого соединен с третьим входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй накопительные конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого ключей соединены с первыми обI кладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые об(Я кладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом форО5 мирователя разнополярных импульсов и с 05 вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управ4 ляющим входам третьего и четвертого клюСО чей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора периода и формирователя тактового импульса, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.

Л

t,

лт,

/

и

г ож О

т,

Тг

Сриг.г