Устройство для получения попарных произведений нескольких сигналов Советский патент 1980 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к оОласти аналоговых устройств для умножения величин, заданных в виде, электрических напряжений. Оно может быть испрльзовано для одновременного получения отдельных попарных произведений и квадpiaTOB нескольких электрических сигналов при одновременном делении каждого из сомножителей на одлу и ту же нормирующую переменную величину, также заданную в виде электрического напряжения. Известно устройство для получения попарны проговедений нескольких сигналов tilЭто устройство содержит согласующие усилители, вход каждого из которых присоединен к Соответствующему входу устройства, суммирующий квадрирующий термопреобразователь, один выход которого соединен с первой выходной клеммой устройства, цепь в виде последовательно и согласно включенных квадрирующих термопреобразователей, один вьтод которой соединен со второй выходной клеммо устройства, вход каждого из дополнительных квадрирующих термопреобразователей подключен ко входу соответствующего усилителя, ВХОД суммирующего квадрирующего термопреобразоватеяд присоединен к выходам согласующих усилителей, второй выход цепи последовательно и согласно включенных дополнительных квадрирующих термопреобразователей соединен встреЧно со вторым выходом суммирующего квадрирующего термообразователя. Указанное устройство позволяет получить сумму попарных произведений сомножителей. Получение отдельных попарных произведений исключено из-за использованного принципа построения, который выражается следующей математической зависимостью (л,.,к.,...(х5 1 --О- sn.Vi. где , , Это является недостатком указанного устройства. Кроме того, это устройство имеет ограниченную точность работы, так как требуется подбор дополнительных квадрирующих термопреобразователей с одинаковой чувствительт ностью и одинаковой температурной зависи.мостью чувствительности, что затрудняет настройку устройства, появляются погрешности измерения из-за того, что температура различных термопреобразователей отличается вследствие неравномерности выделения тепла и охлаждения в различных участках цепи; температура различных термопреобразователей неодинакова, так как зависит от мощности измеряемых процессов, что также приводит к погрешности измерений. Известно логарифмическое множительное устройство для знакопеременных величин с вы делением модулей сомножителей 1. Это устройство содержит два логарифмических преобразователя (или логарифматора), выходы которых подключены ко входам суммирующего узла, антилогарифматор, входкбторбго соёдииен с выходом суммирующего узла. . При необходимости одновременного получения отдельных попарных сомножителей приходится усложнить схему, вводя дополнительны сумматоры, антилогарифматоры, инверторы, схемы определения знаков произведений, число которых равно количеству получаемых произведений. Количество логарифматоров и вь1прямителей равно числу сомножителей. Недостатком данного устройства при его ис пользовании для получения попарных произведений является сложность и низкая надежност Кроме того, понижается точность работы устройства из-за неодинаковости характеристик логарифмирующих диодов, используемых в ло гарифматорах и антилогарифматорах, из-за технологических разбросов их параметров и невозможности точной компенсации влияния температуры на параметры нескольких диодов одновременно. .Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является множительное устройство с двойной модуляцией 3 Этот перемножитель содержит соединенные последовательно генератор несущей частоты, фазовый и амплитудный модуляторы, детек тор, фильтр нижних частот. Для повышения точности оба модулятора должны быть выпол неиы по компенсационной схеме, что позволяет обеспечить точность перемножения порядка 1%. Однако, сами по себе компенсационные модуляторы являются достаточно сложными. При необходимости одновременного получения отдельных попарных произведений сомножителей схема усложняется. Во-первых, резк уве;шчивается количество используемых модуляторов. Так, например, при шести сомножителях общее число модуляторов равно 20, при пяти, сомножителях - число модуляторов 14, при четырех сомножителях - 9, при 1 -4 трех - 5 и т.д. Во-вторых, генератор несущей частоты необходимо выполнить многоканальным. Поэтому на выходе каждого модулятора пpиxoдиfcя .устанавливать полосовыГ; фильтр, а на выходе каждого канала перемножения полосовой усилитель. Таким образом, недостатком рассмотренного устройства (при его использовании для решения изложенной выше задачи) является усложнение устройства и ухудшение его надежности при попытке расширения функциональных возможностей. Целью изобретения является упрощение устройства, повышение надежности и расширение его. функциоиальнь1х возможностей, т.е.одновременное получение отдельных попарных произведений и квадратов нескольких еигналов при одновременном делении каждого из сомножителей на одну и ту же нормирующую величину. Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения попарных произведений нескольких сигналЬв, содержащее генератор несущих частот, балансные амплитудные модуляторы, сигнальные входы которых подключены к вых.одам генератора несущих частот, а модуляционные входы - ко входам устройства,, цепи из соединенных последовательно гголосового усилителя, детектора, фильтра нижних частот, при .этом число таких цепей равно числу получаемых попарных произведений, выходы фильтров нижних частот подключены к выходам устройства, дополнительно содержит сумматор, к выходу которого подключен нелинейный, например логарифмический, преобразователь, причем один из входов сумматора . соединен со входом источника сигнала-делителя, другие входы подключены к выходам модуляторов, а выход нелинейного преобразователя подключен ко входам полосовых усилителей. Структурная схема предложенного устройства представлена на чертеже. Устройство содержит, генератор несущих частот 1, балансные амплитудные модуляторы 2, полосовые усилители 3, детекторы 4, фильтры нижних частот 5, сумматор 6, нелинейный преобразователь 7, источник сигнала-делителя 8. На чертеже показаны генератор несущих частот 1, балансные амплитудные модуляторы 2-1, 2-2, 2-3, сигнальные входы которых подключены к выходам генератора несущих частот, а модуляционные входы - ко входам устройства, соединенные последовательно полосовые-усилители 3-1, 3-2, 3-3, детекторы 4-1, 4-2, 4-3, фильтры нижних частот 5-1, 5-2;, 5-3, число которых равно числу получаемых попарных произведений, причем выходы фильтров нижних частот подключены к выходам устройства, сумматор 6, к выходу которого подключен нелинейный, например логарифмнческнй, кли квадратичный преобразователь 7, причем один из входов сумматора 6 соединен со входом сигнала-делителя, а другие входы - с выходами модуляторов, а выход логарифмического преобразователя 7 подключен ко входам полосовых усилителен 3-1, 3-2, 3-3. Устройство работает следующим образом. Амплитуотая характеристика нелинейного преобразователя 7 может быть аппрокснмирована в пределах рабочего диапазона следующе зависимостью: Jbwx;-v4 eJv) где U...., и „у - соответственно выходное и ВЫИ о входное напряжения нелннейного преобразователя; соответственно термический потенциал и ток насыщения в обратном напряжении ло гарифмического диода; R - сопротивление Логарифми рующей цепочки. На один вход сумматора 6 поступает напр жение от источника сигнала-делителя, а на другие его входы - напряжения с выходов амплитудных балансных модуляторов 2-1, 2-2, 2-3, имеющие вид. к,-и.51п(и,.,.у где U напряжение сомножителя, поданное на i -и вход устройства, i-1,2, ... И , К - коэффициент модуляции модулятор ,)-- частота и фаз напряжения модуляЕсли все модуляторы одинаковые, то К На выходе сумматора 6 получается напряжение иШ--и„ ик fe е.-лЦъ.) которое поступает на вход нелинейного преоб разователя. Если К«1, а сумма в правой части равенства 2 ограничена сверху, то пе ременная составляющая на выходе логарифма тора может быть вычислена с помощью разложения логарифма в степенной ряд, а именно, квадратичный член разложения дает выра жение, в которое входят попарные произведения отдельных сомножителей, т.е. К V, h U| ТГ т ДТЛ J-. UQ (u,.tu.)i.(.) 7 , .6 Частоты W и (а)л MorjT быть выбраны таким образом, что их разности или суммы не равны щ)уг другу. Позтому напряжения, соответствующие отдельным nonapHbtM произведениям могут быть выделены с помощью полосовых усилителей 3-1, 3-2, 3-3, настроенных на соответствующие частоты t (A)j. На выходе амплитудаых детекторов 4-1,4-2. 4-3 получаются сигналы, постоянные сосгавляющие которых пропорциональнЬ модулям произведений сигналов/Urf U / иа входе устройства. Фильтры нижних частот 5-1, 5-2, 5-3, не пропускают на выходы высокочастотные составляющие и осуществляют усреднение результатов измерений. Упрощение устройства и повыщение надежности связано с уменьшением необходимого количества модуляторой) являющихся достаточно сложными устройствами. В устройстве прототипе необходимое коли JgcTBO модуляторов должно быть равно , -- предложенном устройстве требу « модуляторов, где и - число перемножаемых сигналов. Очевидно, что § Остальные модуляторы заменяются одним сумматором и одним нелинейным преобразоватеРасширение функциональных возможностей предложе|шого устройства заключается прежде всего в одновременной нормализации сомножителей с помощью сигнала UQ . подаваемого непосредственно на вход сумматора 6. Кроме того, при введении полосовых усилителей, настроенных на вторые гармоники частот , появляется возможность Одновременного измерения квадратов отдельных Дри в отличие от прототипа „ требуется введения дополнительных модуляторов, кроме И уже имеющихся. Устройство позволяет получить также модули суммы произведений части сомножителей и,{ U-J в том случае, если частоты генератора 1 выбраны так, что /Cjy.j-O.j / где ДЦ) и д vp - постоянные. Преимуществом предлагаемого устройства «ваяется также и то, что все модули произведений сомножителей, квадраты и суммй получаются с помощью схем с одинаковыми характеристиками, что повышает относительную точность результатов измерений, получаемых помощью устройства, поскольку погрещности схем оданаково влияют на все результаты измерений. Предлагаемое устройство может быть использовано для одновременных измерений взаимной корреляции и дисперсии нескольких спучайных процессов, что требуется, например, при исследованиях работы многоканальных узкополосных приемных трактов в условиях действия реальных помех. При зтом варианте 7 использования может потребоваться усреднение результатов измерений за довольно длительный промежуток времени. Для этого в качестве детекторов 4-1, 4-2, 4-3 могут быть использованы синхронные детекторы, управляемые напряжениями частот выходов генератора .1, а постоянные времени фильтров нижних частот 5-1, 5-2, 5-3 должны быть увеличены в соответствии с величиной необходимого времени усреднения. В этом случае устройство определяет также и знаки произведений и Формула изобретения Устройство ДЛИ получения попарных произведений нескольких сигналов, содержащее генератор несущих частот, баланснь1е амплитудные модуляторь, сигнальные входы которых подключень к выходам генератора несущих частот, а модуляционные входы - ко входам устройства, цепи из соеДиненш 1Х последовательно полосового усилителя, детектора и фильтра нижних частот, при этом число цепей равно числу получаемых попарных произведений, выходы фильтрой иижних частот цепей являются выходами устройства, отличаю1щееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения надежности и расщирения функцийнальНых воМожностей за счет получения отдельных попарных произведений н квадратов нескольких сигналов при одновременном делений каждого из сомножителей на одну и ту же нормирующзто величину, устройство содержит сумматор, к выходу которого подключен нелинейный, например, логарифмический, преобразователь, причем один из входов сумматора соединен со входом источника сигнала-делителя, другие входы подключены к выходам модуляторов, а выход негашейного преобразователя подключен ко входам полосовых усилителей цепей. Источники информации, принять е во вннманне при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N° 593220, кл. G 06 G 7/16, 1978. 2.Бонч-Бруевич А. М. и др. Бесконтактные элементы самонастраНвающихся систем, М., Мащиностроение 1968, с. 137, рис. 75. 3.Латенко И. В. Аналоговые множительные устройства, Киев, Гостехиздат, 1963, с. 31, РИС. 12 г (прототип).