Множительно-делительное устройство Советский патент 1980 года по МПК G06G7/16 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых аналого-цифровых устройствах и измерителях.

Известно множительно-делительное устройство Ll , которое содержит три ключевых элемента, управляемых коммутатором, и два ключевых элемента, управляемых тактовым генератором, дифференциальный усилитель, четыре фиксатора уровня, управляемый элемент, преобразователь напряжение-ток, измерительный блок, источники опорного и входных сигналов, переключатель режима умножение-деление .

К недостаткам этого устройства следует отнести его низкую точность ,при делении слабых сигналов (величина которых составляет доли миливольт), которые существенно отличаются (в десятки раз) один от другого.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является множительно-делительное устройство 23 , содержащее реверсивный счетчик, подключенный входами через входной вентиль к генератору тактовых импульсов, выходом к первому входу ЦИФ-, .роаналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с первой входной клеммой устройства, а выход - с управляющим входом входного вентиля, в его состав, также входят схема И, двухпозиционный ключ, выходной ключ, за10поминающий блок и генератор синхронизации, выход которого соединен с управляемыми входами двухпозиционного и выходного ключей и схемы И, второй вход цифроаналогового преобразователя 15 подключен через двухпозиционный ключ ко второй и третьей входным клеммам устройства, а выход через выходной ключ к запоминающему блоку, выход которого соединен с выходной клеммой устройства, а генератор тактовых импульсов соединен через схему И с входным вентилем.

К недостаткам устройства мож- но отнести его низкую точность при использовании его в качестве делительного устройства (один из сомножителей является постоянной величиной) для деления сигналов низкого уровня, существенно отличающихся между собой

по величине. На выходе устройства будет вырабатываться сигнал

,ЬЬ.ГБ: « Второе слагаемое в правой части представляет собой погрешность устроства, обусловленную нелинейностью характеристики делителя при делении синалов низкого уровня, существенно отличающихся по величине один от другого.

Целью изобретения является повышение точности устройства, при делении малых сигналов, существенно отличающихся один от другого по величине.

Эта цель достигается за счет того, что множительно-делительное устройство, содержащее блок управления, выход которого подключен ко входу первого запоминающего регистра, выход запоминающего регистра подключен ко входу первого у:;илителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом блока сравнения, дополнительно содержит усилитель уровня, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, коммутирующий элемент, второй -запоминающий регистр, коммутатор входных сигналов и коммутатор опорных сигналов, причем в.ыход коммутатора входных сигналов подключен ко входу усилителя уровня, выход которого подключен ко входу второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход коммутирующего элемента, вход коммутирующего элемента подключен к выходу второго запоминающего регистра, выход второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен ко входу первого усилителя с регулиру NttJM Коэффициентом усиления, выход ко-торого является выходом устройства, .выход коммутатора опорных сигналов подключен ко входу блока сравнения, выходы блока управления-подключены к управляющим входам коммутатора опорных сигналов, коммутатора входных сигналов, блока сравнения, коммутирующего элемента и второго запоминающего регистра.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коммутатор входных сигналов 1, усилитель уровня 2 , первый и второй усилители с регулируекими коэффициентами усиления 3, 4, блок сравнения 5, коммутатор опорных сигналов 6, первый и второй запоминающие регистры 7,8, блок управления 9, коммутирукяций эл. мент 10, клеммы входных сигнашов 11

12,клеммы калиброванных сигналов

13,14, клеммы опорных сигналов 15, 16, 17, клемму выходного сигнала 18

Усилители с регулируемыми коэффициентами усиления 3 и 4 могут представлять собой усилитель постоянного тока (УПТ) с сопротивлением в цепи отрицательной обратной связи и управляемой цифровой проводимостью на входе. Коэффициент усиления такого усилителя зависит от кода, постуГ1ающего на входы ключей цифровой управляемой проводимости.

Q Усилитель 3 отличается от усилителя 4 тем, что в нем параллельно цифровой управляемой проводимости включена неуправляемая проводимость и коэффициент усиления этого усилителя, при отключении управляемой

проводимости с помощью коммутирующего элемента 10, определяется этой неуправляемой проводимостью.

Коммутирующий элемент представляет собой набор ключей, которые коммутируют выходной код регистра 7 на вход управляемой проводимости усилителя 3.

Устройство работает следующим образом.

5 В исходном состоянии на выходах коммутаторов 1 и 6 сигналы отсутствуют, запоминающие регистры 7 и 8 сброшены в нулевое состояние, на выходах усилителей 2,3 и 4 сигналы также отсутствуют.

Рассмотрим работу устройства, при делении двух сигналов, которые имеют низкий уровень и су1чественно отличаются один от другого

с Операция деления осуществляется в четыре этапа. На первом этапе коммутатор 1 подключает на вход усилителя уровня 2 калиброванный сигнал 0 , на коммутирующий элемент 10 с блока управления 9 подается запре0 тающий потенциал. Усилители 2 и 3 имеют коэффициенты усиления К, и К соответственно. По команде, поступающей с блока управления 9, регистр 8 своими выходными сигналами изменяет коэффициент усиления усилителя 4 таким образом, чтобы сигнал на его выходе был равен опорному сигналу Ujj-i , подключенному коммутатором 6 ко входу блока сравнения 5 с

Q 15. Этот момеит фиксирует блок сравнения, который вырабатывает импульс напряжения, поступанхций на блок управления. В этом случае будет справедливо равенство

UjiV К, . К,. к,, Uo, , ( ) где Кп- коэффициент усиления усилителя 4, Код, соответствующий коэффициенту усиления KI запоминается в регистре 8.

На втором этапе работы коммутатор 1 подключает ко входу усилителя 2 калиброванный сигнал и, с клеммы 12. Так как величина существенно отличается от U., , то коэффициент усиления усилителя уровня 2 будет отличаться от К на величину д К., . По команде, поступающей от блока уп равления 9 на регистр 7, последний, изменяя свое состояние, управляет усилителем 3 таким образом, чтобы сигнал на клемме 18 был равен опорному напряжению UQ f подключенному блоку 5 с клеммы 16 коммутатором б, при этом блок управления вырабатыва ет разрешающий потенциал, поступающий на коммутирующий элемент 10, и код регистра 7 поступает на управляющий вход усилителя 3, В этот момент будет справедливо равенство ,)(,)VU«2 Код, соответствующий коэффициент усиления К +ДК,2 , хранится в регистре 7. На третьем этапе по команде, пос тупающей с блока управления 9, коммутатор 1,. подключает сигнал U-, , р ный делителю, ко входу усилителя 2 клеммы 13, а коммутатор б коммутиру опорный сигнал UQT, с клеммы 17 на вход блока сравнения 5. Блок управл ния запрещает поступление кода, хра мого в регистре 7 через коммутирующий элемент 10, на управляющий вход усилителя 3. Усилители 2 и 3 будут иметь коэффициенты усиления К и К соответственно. Входной сигнал Щ , усиленный уси лителями 2 и 3, поступает на вход усилителя 4. По командеот блока уп равления регистр 8 изменяет свое со стояние, который, в свою очередь, и меняет коэффициент усиления усилителя 4 до наступления равенства UT К, К( ДК) UQ,, Код, соответствующий коэффициенту усиления К,, хранится в регистре На четвертом этапе по команде, по тупающей с блока управления, коммута тор 1 подключает ко входу усилителя 2 сигнал Uij (делимое) с клеммы 14. Так как U,j по величине близкое к ГО коэффициент усиления усилителя 2 будет равен К +ДК . По сигналу с блока управления, поступающему на коммутирующий элемент 10, регистр 7 устанавливает коэффициент усиления усилителя, равный K,j + 6K,j , сформированным на втором этапе работ На клемме выходного сигягша получим напряжение Uftb.t--liz(.,)()(VA4) Уравнение () можно переписать с уче том (1) , (2) и (3) и-г Uog-Uob Utti ьь1х и, Uoi в уравнении (5) величина Uoi Uob Uwi - -rcohsl поскольку члены, входящие в выражение - постоянные величины. Из выражения (5) видно, что результат деления двух сигналов низкого уровня, которые значительно отличаются по величине один от другого, не зависит от нелинейности коэффициента усиления усилителя 2. Предлагаемое устройство можно использовать для определения коэффициента перекрытия оверхрезких варикапов, у которых этот параметр может равняться нескольким десяткам единиц, а уровни сигналов, которые используются при определении коэффициента, равны единицам и десяткам микровольт. Кроме того, подавая на входы 1117,переменные величины,устройство можно использовать для вычисления выражения согласно формуле (5). Формула изобретения Множительно-делительное устройство, содержащее блок управления, выход которого подключен ко входу первого запоминающего регистра, выход запоминающего регистра подключен ко входу первого усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом б,лока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности оно дополнительно содержит усилитель уровня, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, коммутирующий элемент, второй запоминающий регистр, коммутатор входных сигналов и коммутатор опорных сигналов, причем выход коммутатора входных сигналов подключен ко входу усилителя уровня, выход которюго подключен ко входу второго усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход коммутирукяцего элемента, вход коммутирующего элемента подключен к выходу второго запоминающего регистра, выход второго усилителя с регулиpyeivBaiM коэффициентом усиления подключен ко входу первого усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого является выходом устрюйства, выход коммутатора опорных сигналов подключен ко входу блока сравнения, выходы блока управления подключены к управляющим входам комутатора опорных сигналов, коммуатора входных сигналов, блока сравения, коммутирующего элемента и втоого запомингиощего регистра. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 504204, кл. Q 06 q 7/16, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 435530, кл G 06 g 7/16, 1974 (прототип).