Аналоговое множительное устройство Советский патент 1981 года по МПК G06G7/162 

(54) АНАЛОГОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относитсй к аналоговой вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в качестна блока умножения и аналоговьлх вычислительных машинах и в качестве датчика мощности, например, в автоматической системе управления режимом резания токарных и фрезерных станков.

Известны множительные устройства, выполненные на нелинейных элементах, имеющих квадратичную характеристику, реализующие суммарно-разностный метод умножения. В качестве квадраторов часто используются варисторы и диодные квадраторы, построенные по методу кусочно-линейной аппроксимации 11 .

- Недостатками таких устройств яв ляются необходимость индивидуальното подбора корректирующего сопротивления, низкие точность и перегрузочная способность. Кроме того, они не способны обеспечить гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналоговое множительное устройство, выполненное на двух магнитных квад-.

раторах, каждый из которых представ-л ляет собой дроссель с сердечником, имеющим воздушный зазор. Устройстве содержит трансформатор напряжения, , выходная обмотка которого имеет среднюю точку. В каждое плечо этой обмотки включен дроссель с корректирующим сопротивлением. За счет подбора материала сердечника, величины

10 корректирующего сопротивления и величины воздушного зазора обеспечивается характеристика преобразования дросселя 12.

Однако у известного устройства

25

i p io+av. .

Кроме того, устройство не способно перемножать постоянные сигналы и сигналы сложной формы, что не позволяет использовать его, например, в

30 аналоговых вычислительных машинах.

Гальваническая развязка обеспечивается за счет введения развязывающих трансформаторов.

Цель изобретения - повышение точности умножения и расширение функциональных возможностей устройства .за счет перемножения постоянных, сигналов и сигналов сложной формы при одновременном расширении динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее дв магнитных квадратора, каждый из которых содержит сердечник, на котором размещены входные и выходная обмотки два мостовых выпрямителя, нагрузочны резистор и шунтирующий конденсатор, выходная обмотка первогс-магнитного квадратора включена в первую диагональ первого мостового выпрямителя, выходная обмотка второго магнитного квадратора включена в первую диагональ второго мостового выпрямителя, во вторые диагонали первого и второг мостовых выпрямителей включены параллельно соединенные нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор, введен генератор стробирующих импульсов/ магнитные квадраторы дополнительно снабжены обмотками стЕ обирования, выходы генератора стробирующих импульсов подключены к обмоткам стробирования магнитных квадраторов.

На фиг.1 представлена функциональная схема ан.алогрвого множительного устройства; на фиг.2 - сердечник магнитного квадратора, разрез.

Устройство содержит два магнитных квадратора 1 и 2 с входными обмотками первого 3 и 4 и второго 5 и 6., перемножаемых -сигналов, генератор стробирующих импульсов 7, подключенный к обмоткам 8 и 9 стробирования, два мостовых выпрямителя 10 и 11, выходные обмотки 12 и 13 магнитных квадраторов, нагрузочный резистор 14 и шунтирующий конденсатор 15.

Сердечники квадраторов выполнены из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и имеют радиальные пазы, глубина которых изменяется рт центра к периферии по линейному закону, что обеспечивает квадратичную характеристику преобразования. Входные обмотки квадраторов для первого из перемножаемых сигналов включены последовательно-согласно, для второго последовательно-встречно, а выходные обмотки квадраторов нагружены на мостовые выпрямители, между которыми включены параллельно соединенные нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор.

Аналоговое множительное устройство работает следующим образом.

Так как входные обмотки 3 и 4 магнитных квадраторов включены согласно, а входные обмотки 5 и встречно, магнитные потоки, вызванные входными сигналами, в сердечнике магнитного квадратора 1 складываются, а в сердечнике магнитного квадратора 2 вычитаются.

Частота однополярных стробирующих импульсов выбирается не менее чем на порядок выше входных сигналов, а амплитуда не менее чем в два раза больше величины , необходимого для полного пёpeмaVничивaния сердечника магнитного квадратора.

Если направление магнитного пото.ка, вызванного алгебраической суммой входных сигналов, совпадает с направлением магнитного потока, вызванного стробирующим импульсом, на выходе магнитного квадратора сигнал отсутствует. Если они совпадают по направлению, на выходе магнитного квадратора появляется напряжение, пропорциональное квадрату алгебраической суммы входных сигналов .

Вольт-сек.ундная площадь выходных импульсов магнитного квадратора пропорциональна изменению магнитного потока в сердечнике, который равен

Ф 2BrSi. ,

где Вр

индукция насыщения материала;

s;

перемагничиваемая площадь поперечного сечения сердечника .

В общем случае площадь поперечного сечения, перемагничиваемая алгебраической суммой входных сигналов, изменяется следующим образом.

(r)dr,

Чн

где г

радиус перемагничиваемой части сердечника;

h(r) функция изменения высоты сердечника в зависимости от радиуса перемагничивания;

R

внутренний радиус сердечанника.

Так как сердечники магнитных квадраторов имеют радиальные пазы, магнитное сопротивление которых несравнимо велико по отношению к магнитному материалу сердечника, перемагничиваемая площадь поперечного сечения сердечника расчет с ростом радиуса по квадратичному закону

где ct - угол наклона паза к площади

основания сердечника. Величина изменения магнитного потока в сердечнике при перемагничивании его стробирующим импульсом записывается

ч BrEj tgd

или

л .b BrW tqo6(I- +1/

1

нГ где F - намагничивающая сила алге раической сум1«1ы входных сигналов в момент прихода i-ro импульса стробирования;W - число витков входной обмо ки; Не - коэрцитивная сила материа I ,1 ла сердечника; , - соответственно 1-ый и 2-ой входные сигналы. Таким образом, выходной сигнал (напряжение) первого магнитного кв ратора равен п -Г BrW.,Watqa:(I;; -to21ГНС а второго; ,,, ,1 п -Г W2tgo6(K -ly ) .0 2fcHc где Wr - число витков выходной обмотки магнитного квадратора. Выходные напряжения первого и второго Магнитных квадраторов вычи таются на нагрузочном резисторе,на пряжение на котором пропорциональн произведению действующих значений первого и второго входных сигналов 4BrWtWa.tgg( .1 вых.- itH - Предлагаемое устройство имеет более высокую точность умножения сигналов, способно перемножать сиг налы сложной формы и одновременно обеспечивает гальваническую развяз ку входных и выходных цепей без использования развязывающих трансформаторов. Варьируя количество ви ков входной и выходной обмоток ква ратора, можно обеспечить согласова ние аналогового множительного устройства с источником входных сигналов . Формула изобретения Аналоговое мнржительное устройство, содержащее два магнитных квадратора, каждый из которых содержит сердечник, на котором размещены входные и выходная обмотки, два мостовых выпрямителя, нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор, выходная обмотка первого магнитного квадратора включена в первую диагональ первого мостового выпрямителя, выход- ная обмотка второго магнитного квадратора включена в первую диагональ второго мостового выпрямителя, во вторые диагонали первого и второго мостовых выпрямителей включены параллельно соединенные нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор, от Ли ч ающе е с я тем, что, с целью повышения точности умножения и расширения функциональных возможностей устройства за счет перемножения постоянных сигналов и сигналов сложной формы при одновременном расширении динамического диапазона, в него введен генератор стробирующих импульсов, магнитные квадраторы дополнительно снабжены обмотками стробирования,выходы генератора стробирующих импульсов подключены к обмоткам стробирования .магнитных квадраторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 251684, кл. G 01 R 21/06, 1967. 2.Розенблат A.M. Магнитные элементы автоматики и ВЕЛчислительной техники. М., Наука, 1966, с.222 (прототип).