Перемножитель аналоговых сигналов Советский патент 1987 года по МПК G06G7/161 

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигналов и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Целью изобретения является повьше- ние точности работы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема перемножителя аналоговых сигналов; на фиг. 2-4-временные диаг-JO можно считать, что изменение сигнала раммы сигналов; на фиг. 5 - статичес- отрицательной обратной связи внутри

денсатор 5 разряжается по более крутому участку экспоненты, а заряжается - по более пологому.

Запишем выражения для длительностей полупериодов t и t , (фиг. 36) считая, что ширина петли а (фиг. За) много меньше максимального сигнала отрицательной обратной связи, что легко выполняется на практике, тогда

25

кие характеристики.

На чертежах приняты следующие начения: операционный усилитель 1, триггер 2, первый, второй ключи Зи4, 5 накопительный конденсатор 5, первый у второй, третий, четвертый, пятый и шестой масштабные резисторы 6-П, первый и второй источники сигналов- сомножителей 12 и 13, выход 14, шина 20 нулевого потенциала 15.

Рассмотрим сначала работу при отсутствии сигналов от первого и второго источников 12 и 13. Операционный усилитель 1 за счет отрицательной инерционной.и жесткой положительной обратной связей находится в режиме релаксационных колебаний, опрокидываясь каждый раз, когда величина напряжения отрицательной обратной связи, -30 выделяемая, на четвертом масштабном резисторе 9, достигает величины напряжения положительной обратной связи, вьзделяемой на первом и шестом масштабных резисторах 6 и 11. На выходе операционного усилителя 1 имеется напряжение прямоугольной формы с коэффициентом заполнения примерно равным 0,5 (фиг. 26). На выходе триггера 2 и соответственно на выходе 14 -40 также имеются импульсы прямоугольной формы с частотой в два раза ниже и коэффициентом заполнения равным 0,5 (фиг. 2в). В этом режиме состояние первого и второго ключей 3 и 4 не 45 оказывает влияния на работу, так как ,на вход операционного усилителя 1 в обоих случаях подается нулевой сигнал.

При появлении напряжения на пер- fO ном источнике сигнала-сомножителя 12 автоколебания операционного усилителя 1 становятся несимметричными. Например, при положительном сигнале

линий переключения происходит не по экспоненте, а по прямой линии, с учетом этого

t - - i Ъ

t - - ч с

(1) (2)

где а - ширина петли, равная удвоенной величине напряжения положительной обратной связи; Ъ - тангенс угла ы( заряд накопительного конденсатора 1); с - тангенс угла (3 (разряд накопительного конденсатора 1). Коэффициент заполнения на выходе операционного усилителя I равен t, - с

t, +t,

Ъ+с

(3)

Статическая характеристика автоколебательного широтно-импульсного модулятора на операционном усилителе 1 представляет собой прямую линию, имеющую срыв колебаний на краях диа- 35 пазона, т.е. в рабочем диапазоне имеется прямопропорциональная зависимость коэффициента заполнения от величины входного сигнала

.и, ,(4)

где К - коэффициент пропорциональности;

и - напряжение первого источника сигнала-сомножителя 12.

При изменении величины коэффициента заполнения относительная продолжительность импульсов на выходе триггера 2 остается равной 0,5.

Рассмотрим теперь работу при наличии сигнала на выходе второго источника сигнала-сомножителя 13, при этом для простоты примем, что сигнал первого источника сигнала-сомножителя 12 равен нулю, эпюры напряжений для

(фиг. -За) увеличивается длительность 55 этого случая представлены на фиг. 4.

положительных полупериодов на выходе операционного усилителя 1 и уменьшается отрицательных. Происходит это за счет того, что накопительный конможно считать, что изменение сигнала отрицательной обратной связи внутри

денсатор 5 разряжается по более крутому участку экспоненты, а заряжается - по более пологому.

Запишем выражения для длительностей полупериодов t и t , (фиг. 36) считая, что ширина петли а (фиг. За) много меньше максимального сигнала отрицательной обратной связи, что легко выполняется на практике, тогда

линий переключения происходит не по экспоненте, а по прямой линии, с учетом этого

- Ъ

- с

(1) (2)

где а - ширина петли, равная удвоенной величине напряжения положительной обратной связи; Ъ - тангенс угла ы( заряд накопительного конденсатора 1); с - тангенс угла (3 (разряд накопительного конденсатора 1). Коэффициент заполнения на выходе операционного усилителя I равен t, - с

t, +t,

Ъ+с

(3)

30 40 45

Статическая характеристика автоколебательного широтно-импульсного модулятора на операционном усилителе 1 представляет собой прямую линию, имеющую срыв колебаний на краях диа- 35 пазона, т.е. в рабочем диапазоне имеется прямопропорциональная зависимость коэффициента заполнения от величины входного сигнала

.и, ,(4)

где К - коэффициент пропорциональности;

и - напряжение первого источника сигнала-сомножителя 12.

При изменении величины коэффициента заполнения относительная продолжительность импульсов на выходе триггера 2 остается равной 0,5.

Рассмотрим теперь работу при наличии сигнала на выходе второго источника сигнала-сомножителя 13, при этом для простоты примем, что сигнал первого источника сигнала-сомножителя 12 равен нулю, эпюры напряжений для

Будет считать, что при высоком уровне сигнала на первом выходе триггера 2, первый ключ 3 находится в замкнутом состоянии, при низком - в разомк

к

1,1 - - - { { 2 2а 2

(5)

31297082

нутом. При замкнутом состоянии перво- , го ключа 3 линии переключения операционного усилителя 1 смещены на величину сигнала второго источника сигнала-сомножителя 13, при размыкании г первого ключа 3 они возвращаются в исходное положение. Вследствие этого при положительном сигнале второго источника сигнала-сомножителя 13 время заряда положительного конденсато- JO ра 5 увеличивается при подключении сигнала-сомножителя (т.е. при замкнутом первом ключе З) и уменьшается при отсутствии этого сигнала (при размы------f

кании первого ключа 3). Это приводит }5 неинвертирующему входу которого под- к изменению длительности соседних пе- ключен первый вывод первого масштаб- риодов на выходе опера1щонного усили- ного резистора, второй и третий мас- теля 1 и к соответствующему измене- штабные резисторы, первые выводы ко- нию коэффициента заполнения сигнала на выходе триггера 2. Из временных диаграмм сигналов, изображенных на фиг. 4 видно, что положительные импульсы на выходе импульсного усилителя 1 в периоды, совпадающие с высо- : КИМ уровнем напряжения на выходе триг-25 источники сигналов-сомножителей, о т- гера 2 (первый ключ 3 замкнут), уве- личающийся тем, что, с целью личиваются по длительности, а положительные импульсы на выходе операционного усилителя 1 в периоды, совпадающие с низким уровнем напряжения 30 первый источник сигнала-сомножителя на выходе триггера 2 (первый ключ 3 подключен к шине нулевого потенциала,

второй вывод второго масштабного резистора соединен с первым выводом четвертого масштабного резистора и с 35 инвертирующим входом операционного усилителя, к выходу которого подключен второй вывод третьего масштабного резистора, вход триггера и первый вывод пятого масштабного резистора, дит изменение коэффициента заполнения40 второй вывод которого соединен с вто- на выходе триггера 2 за счет измене- рым выводом шестого масштабного рения положительного полупериода на зистора, первый вывод которого через выходе операционного усилителя 1. При второй ключ подключен к щине нулево- этом диапазон изменения по входному го потенциала, второй вывод пятого сигналу равен ширине петли а, а воз- 45 масштабного резистора соединен с не- можный коэффициент преобразования оп- инвертирующим входом операционного ределен начальной длительностью поле- усилителя, вход первого ключа через жительных импульсов операционного второй источник сигнала-сомножителя усилителя 1, В свою очередь длитель- подключен к шине нулевого потенциала, кость положительных импульсов опера- 50 первый выход триггера соединен с уп ционного .у;силителя 1 определяется равляющим входом первого ключа, вто-, первым источником сигн,ала-сомножите- ля 2,

где Ц , и - напряжения первого и

второго источников сигналов-сомножителей . Точность работы определяется только погрешностью первого и второго ключей 3 и 4 и не зависит от дрейфа операционного усилителя 1,

Формула изобретения

Перемножитель аналоговых сигналов, содержащий операционный усилитель, к

торых подключены к первой обкладке 20 накопительного конденсатора, четвертый, пятый и шестой масштабные резисторы, первый вывод шестого масштабного резистора соединен с выходом пер- , вого ключа, второй кдюч, первьй и второй

повьшения точности работы, в него введен триггер, причем второй вывод первого масштабного резистора через

разомкнут), уменьшаются по длитель- ности, приводя к соответствующим изменениям длительностей периодов на выходе операционного усилителя 1 и . полупепиодов на выходах триггера 2. Из рассмотренной работы следует, что при изменении сигнала-сомножителя от второго источника 13 происхорой выход триггера является выходбм перемножителя и подключен к управляющему входу второго ключа, второй выТаким образом, имеет место зависи-55 вод четвертого масштабного резистора мость коэффициента заполнения на выходе триггера 2 от произведения входных сигналов-сомножителей

и вторая обкладка накопительного конденсатора .соединены с шиной нулевого потенциала.

к

- - - { { 2 2а 2

(5)

------f

неинвертирующему входу которого под- ключен первый вывод первого масштаб- ного резистора, второй и третий мас- штабные резисторы, первые выводы ко- источники сигналов-сомножителей, о т- личающийся тем, что, с целью первый источник сигнала-сомножителя подключен к шине нулевого потенциала,

где Ц , и - напряжения первого и

второго источников сигналов-сомножителей . Точность работы определяется только погрешностью первого и второго ключей 3 и 4 и не зависит от дрейфа операционного усилителя 1,

Формула изобретения

Перемножитель аналоговых сигналов, содержащий операционный усилитель, к

неинвертирующему входу которого под- ключен первый вывод первого масштаб- ного резистора, второй и третий мас- штабные резисторы, первые выводы ко- источники сигналов-сомножителей, о т- личающийся тем, что, с целью первый источник сигнала-сомножителя подключен к шине нулевого потенциала,

торых подключены к первой обкладке накопительного конденсатора, четвертый, пятый и шестой масштабные резисторы, первый вывод шестого масштабного резистора соединен с выходом пер- , вого ключа, второй кдюч, первьй и второй

неинвертирующему входу которого под- ключен первый вывод первого масштаб- ного резистора, второй и третий мас- штабные резисторы, первые выводы ко- источники сигналов-сомножителей, о т личающийся тем, что, с цель первый источник сигнала-сомножителя подключен к шине нулевого потенциала

повьшения точности работы, в него введен триггер, причем второй вывод первого масштабного резистора через

вод четвертого масштабного резистора

и вторая обкладка накопительного конденсатора .соединены с шиной нулевого потенциала.

д

Фиг. 2

УроВни переклю- чения

а ширина петли

Сигнал отрицательной

Уробни переключения при замкнутом пербом

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигналов и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повьшение точности работы. Перемножитель аналоговых сигналов содержит операционный усили тель 1, триггер 2, накопительный конденсатор 5, ключи 3 и 4, Работа устройства основана на изменении коэффициента заполнения импульсов на выходе триггера 2 пропорционально произведению сигналов-сомножителей, 5 ил. i (Л с Э/4 cptte.l

-а

0,5а

0}

0,25Щтак}

95(ASUtmax) .75(tJr(i75l/fmax) Г-1

О Фиг.5

0,Sa

а

Редактор Т. Парфенова

Составитель 0. Отраднов Техред Л.Сердюкова

Заказ 784/54Тираж 673

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А. Зимокосов

Подписное