Четырехквадратное множительноеуСТРОйСТВО Советский патент 1981 года по МПК G06G7/164 

(54) ЧЕТЫГЕХКВАДРАТНОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при перемножении мгновенных значений двух напряжений, выполнении операций возведения в квадрат, извлечения корня, измерения мощности и действующего значения напряжения, в т.ч. в цепях переменного тока. Известно четырехквадратное времяимпульсное множительное устройство, в котором используется широтная и амп литудная модуляции последовательности импульсных сигналов, пропорциональные амплитуде входных напряжений,с последукшим выделением постоянной составля ющей. Устройство содержит генератор треугольного напряжения, сравнивающее устройство, импульсный усилитель напря жения, делитель входного напряжения и выходной активный фильтр i . Недостатком данного устройства яв ляется узкая полоса частот перемножа мых сигналов (не более Ю Fu). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является множительное устройство,содержащее рабочий и компенсационный мосты на полевых транзисторах в режиме управляемого сопротивления, усилители и источник: опорного напряжения. В одну из диагоналей рабочего моста подается первое перемножаемое напряжение Uy , при этом коэффициент передачи раЬочего моста пропорционален второму напряжению Uy , подоваемому в одно из плеч компенсационного моста. Напряжение во второй диагонали рабочего иоста пропорционально K-U, , которое усиливается усилителем. Компенсирующий мост включен в цепь обратной связи другого усилителя, а в его диагональ подается опорное стабилизированное напряжение. Коэффициент передачи компенсирующего моста пропорционален напряжению Ц При идентичности рабочего и компенсационного мостов, а это достигается подбором пар полевых

транзисторов, коэффициенты передачи обои мостов одинаковы. Следовательно, напряжение во второй диагонали рабочего мост пропо{эционально произведению напряже НИИ

Недостатком указанного четырехквадратного множительного устройства является необходимость подбора пар транзисторов рабочего и компенсационного мостов, что приводят R нетехнологичности всего устройства. Кроме того, в широком диапазоне входных напряжений и температур неидентичность пары полевых транзисторов не может быть лучше, ч&л 2%, что.снижает точность устройства.

Цель изобретения - . повышение точности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в известное четырехквадратное множительное устройство, содержащее компенсирующий резистивный мост, в первое и второе плечи которого включены управляемые резисторы, а в третье и четвертое плечи - постоянные резисторы, дифференциальный усилитель, подключенный неинвертирующим входом к первой вершине- компенсирующего резистивного моста образованной первым и четвертым плечами моста, а инвертирующим входом ко второй вышине компенсирующего моста, образованной вторым и третьим плечами моста, блок сравнения, источник опорного напряжения, первый к второй фильтры низкой частоты, введены генератор тактовых имйуйьсов, первый, второй, третий и ключи и первый, второй и третий инверторы, причем информационный вход первого ключа является входом первого сомножителя устройства, управляющий вход первого ключа подключен к выходу генфатх)ра тактовых импульсов, информационный вход второго ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, управляющий вход второго ключа подключен к выходу первого инвертора, вход которого подклю чен к выходу генератора, тактовых импульсов, выходы и второго ключей объединены и подключены к третьей вершине компенсирующего моста, о азованной третьим и четвертым плечмли моста, четвертая вершина компенсирующего моста подключена к шине нулевого потенциала, выход дифференциальнсмго усилителя 11одключен к ияформационньпм входам третьего и четвфтого кгаочей, управлшощий вход третьего ключа подключен к генератору тактовых импульсов, управляющий вход четвертого ключа подключен к выходу второго инвертора, вход которого подключен к выходу генератора тактовых иМпульсов, выходы третьего и четвертого ключей подключены ко входам первого и второго фильтров низкой частоты соответственно, выход первого фильтра является выходом устройства, выход второго фильтра подключен к одному входу блока сравнения, другой вход

0 Которого является входом второго сомно- жителя устройства, выход блока сравнения подключен к управляющему входу первого управляемого резистора и через третий инвертор к управляющему входу

S второго управляемого резистора.

Таким образом, обеспечивается временное разделение регулирования коэффициента передачи моста и перемножение мгновенных значений напряжений, при

0 этом функции рабочего и компенсирующего мостов выполняет один мост, что существенно снижает составляющие погрешности устройств.

На чертеже приведена функциональная

5 схема четырехквадратного множительного устройства.

Устройство содержит компенсиртелций резистивный мост I с управляемыми резисторами 2 и 3 и постоянными резис0 торами 4 и 5, дифференциальный усилитель 6, ключи 7,8, блок 9 и 10, генератор 11 тактовых импульсов, инверторы 12, 13, 14, блок 15 сравнения (сумматор), источник 16 опорного напряJ жения, фильтры 17, 18 низких частот.

Устройство работает следующим образом.

Одно из перемножаемых напряжений и опорное напряжение источника 16 поочередно подключаются ключами 7 и 8 к третьей вершине компенсирующего моста I.

Управление ключами осуществляется тактовыми импульсами генератора Ц. В полупериод, когда тактовый импульс от генератора Ц открывает ключ 8 (ключ 7 закрывает), опорное напряжение подается на компенсирующий мост I. Сигнал разбаланса компенсирующего моста I усиливается дифференциальным усилителем 6 и через открытый ключ Ю ифильтр 18 низких частот поступает на вход блока 15 сравнения. На второй вход блока 15 сравнения подается второе перемножаемое напряжение Oj( . Сигнал неравенства входных напряжений поступает с выхода блока 15 сравн гая непосредственно на управля« лый резистор 2 и через фазовый инвертор 13 ia управляемый резистор 3, изменяя, тем самым, коэффициент передачи компенсирующего моста 1-до тех пор, пока блок 15 сравнения не зафиксирует равенство напряжений. При этом коэффициент передачи компенсирующего моста I и дифференциального усилителя 6 пропорционален значению второго перемножаемог напряжения -у . В следующий полупериод тактового импульса открывается ключ 7 и ключ .9 и закрываются ключи 8 и Ю. Первое перемножаемое напряжение Ц через ключ 7 поступает на компенсирую щий мост 1 и усиливается дифференциаль ным усилителем 6. Так как ключ 10 в этот полупериод закрыт, то на фильтре 1 низких частот постоянно существует напряжение, равное напряжению, поступающему на фильтр. 18 в Конце первого пол периода тактового импульса. Следователь но, коэффициент передачи компенсирующег моста 1 и дифференциального усилителя 6 во второй полупериод равен коэффициенту передачи в первый полупериод. Учитывая, что коэффициент передачи дл обоих полупериодов одинаков и про порционален напряжению -v i на выходе дифференциального усилителя 6 получается напряжение , пропорииональиоо произведению перемножаемых напряжений y и у которое поступае через {глюч 9 на фильтр 17 низких частот. Точность перемножения двух напряже шй определяется в основном . чувствительностью блока 15 сравнения и практически не зависит от изменения характеристик управляемых сопротивлений 2, 3 компенсирующего моста 1. В качестве управляемых сопротивлений 2 и 3 могут быть применены: сборки двух транзисторов. Инверторы 12 и t4 предназначены дл изменения фазы управляющего сигнала (тактовых импульсов) на входе ключей 8 и Ю соответственно и могут быть выполнены на логических элементах НЕ. Введение генератора тактовых импуль сов, коммутаторов с ключами и инвфто- ров позволяет обеспечить временно разделение регулирования коэффициента пере дачи и самого процесса перемножения, а также исключить один мост, что существенно снижает составляющие погрешности обусловленные неидентичностью вопьтамперных характеристик управляемых сопротивлений. Погрещность перемножения предлагаемым устройством не превышает О,О4%. 7 06 Это более чем на два порядка , чем в известном устройстве. Формула изобретения Четырехквадратное множительное устройство, содержащее компенсирующий ре- зистивный мост, в первое и второе плечи Которого включены управляемые резисторы, а в третье и четвертое плечи постоянные резисторы, дифференциальный усилитель, подключенный неинвертирующим входом к первой вершине компенсирующего резистивного моста, образованной первым, и четвертым плечами моста, а инвертирующим входом - ко второй вершине компенсирующего моста, образованной вторым и третьим плечами моста, блок сравнения, источник опорного напряжения, первый и второй фильтры низкой частоты, отличающееся тем, что, с целью повыщекия точности работы, в множительное . устройство дополнительно введены генератор тактовых импульсов, первый, второй, третий и четвертый ключи, и первый, второй и третий инверторы, причем информационный вход первого ключа является входом первого сомножителя устройства, управляющий вход первого ключа подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационный вход второго ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, управляющий вход второго ключа подключен к выходу первого инвертора, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго ключей объединены и подключены к третьей верщине компенсирующего моста, образованной третьим и четвертым плечами моста, четвертая вершина компенсирующего. моста подключена с шине нулевого потенциала, выход Д1фференциального усипитеття подключен к информационным входам третьего и четвертого ключей, угфавлЕвощий вход третьего ключа подключен к генератору тактовых импульсов, вход четвертого ключа подключен к выходу инвертора, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выходы третьего и четвертого ключей подключены ко входам перводFO и второго фильтров низкой частоты соответственно, выход первого фильтра является выходом устройства, выход второго фильтра подключен к одному входу блока сравнения, другой вход которого является входом второго сомножителя

798880В

устройства, выход блока сравнения под-1.„Приборы и техника экспери1 чключен к управляющему входу первогота. М., 1978, № 4, с. 154-156. управляемого резистора и через третий

инвертор к управляющему входу второго2. Электронная техника в автоматике.

управляемого резистора.5 Сборник статей под ред. Кояева Ю. И.

Источники информашш.Вып. 8. М., 1976, с. 25.3-257 (протопринятые во внимание при экспертизегип) .

/ /

5S

/ / /ч /

/

1/

7

/

/ V.