Устройство для умножения одной функции на знак другой Советский патент 1982 года по МПК G06G7/161 

.1 Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, к аналоговым вычислительным устройствам и может быть использовано в счетнорешающих приборах и устройствах автоматического регулирования для умноження сигнала одной функции на знак другой. Известно устройство для умножения одной функции на знак другой, содержащее усилитель,первый ключ, включенный между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя, второй ключ шину знака, соединенную с управляющими входами первого и второго ключей, В этом устройстве второй ключ включен в цепь отрицательной обратной связи и неинвертирующий вход усилителя сое)цинен с общей шиной схемы через резистор l . Недостаток этого устройства заключается в том, что применение в ка Местве ключей бесконтактных элементов (например, полевых транзисторов), что зачастую требуется для получения приемлемой надежности и быстродействия, ведет к низкой точности умножения. Ключ на основе полевого транзистора (как наиболее простой по конструкции и в настройке) обладает проходным сопротивлением в среднем 0, кОм.. В связи с этим, чтобы получить точность умножения порядка 0,1-0,01% необходимо увеличивать величины сопротивлений масштабьмх резисторов до 1-10 МОм, а эта мера в свою очередь снижает быстродействие устройства, т.е. динамическую точность умножения. Это происходит, во-первых, из-за на/мчия разного рода нежелательных емкостей на входах усилителя, увеличивается время перезаряда этих емкостей при смене знака умножения. Особенно заметно это сказывается, когда ключ подключенный к неинвертирующему входу операционного усили395теля (ОУ), переходит из открытого состояния в закрытое, тогда в резуль тате воздействия запирающего импульса, подаваемого на затвор полевого транзистора, на неинвертирующем входе ОУ имеют место накопления нежелательного заряда, приводящего к ошибке умножения на выходе устройства, стекание заряда затягивается по мере увеличения масштабного резистора, подключенного к неинвертирующему вхо ду ОУ. Во-вторых:, наличие емкости на неинвертирующем входе ОУ приводит к самовозбуждению усилителя, устранять которое приходится вводом корректирующих элементов, что дополнительно приводит к снижению быстродействия устройства. Далее, получение приемлемой точности умножения становится все более затруднительным делом и, наконец становится принципиально невозможным по мере роста выходного сопротивлени источника входного сигнала. С ростом величины сопротивления масштабных резисторов возрастают шумы на выходе ОУ, что также ведет к ухудшению точности умножения, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство умножения одной функции на знак другой, содержащее первый ключ и диф ференциальный усилитель, выход которого является В1ЫХОДОМ устройства, инвертирующий вход является входом первой функции, а неиквертирующий вход через ключ подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход первого ключа является входом знака второй функции, неинвертирующий вход дифференциального усилителя через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу 2 . Недостатком известного устройства является низкая точность умножения, так как величина смещения от входного тока усилителя из-за изменения величин сопротивления в цепи неинвертирующего входа усилителя при размыкании и замыкании ключа становится переменной. Погрешность умножения также возникает из-за изменения потребляемых токов от источника сигнала умножаемой функции при переключениях ключа. В этом случае падание нарряжения на выходном сопротивлении источиика сигнала становится переменным, что эквивалентно изменению уровня СИ1 нала заданияпервой функции. Применение в качестве ключа бесконтактного элемента также ведет к росту погрешности умножения, так как бесконтактный элемент обладает в замкнутом состоянии проходным сопротивлением, отличным от нуля, поэтому дополнительно возрастает рассогласование резисторов на входе операционного усилителя. Повышение we величины сопротивления резистора, включенного между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя, также нежелательно по крайней мере по двум причинам. Во-первых, возрастает погрешность умножения из-за входных токов усилителя, о чем говорилось выше. А, во-вторых, при размыкании ключа импульс переключения знаковой шины создает на неинвертирующем входе усилителя паразитный заряд, время стекания которого увеличивается по мере роста величины сопротивления указанного резистора, отсюда ухудшение динамической точности умножения. Цель изобретения - повышение точности умножения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для умножения одной функции на знак другой, содержащее первый ключ и дифференциальный усилитель, выход которого является выходом устройства, инвертирующий вход является входом первой функции, а неинвертирующий вход через первый ключ подключен к шине нулевого потенциала, при этом управляющий вход первого ключа является входом знака второй функции, введен второй ключ, управляющий вход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инвертирующий вход дифференциального усилителя через второй ключ подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя. На чертеже приведена принципиальная схема устройства для умножения одной функции на знак другой. Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, ключи 2 и 3 шину знака, являющуюся входом знака второй функции, вход 5 первой функции. Дифференциальный усилитель 1 содержит перационный усилитель 6 и масштабные резисторы имеющие значения соответственно R 1, R 2, R 3. Устройство для умножения одной функции на знак другой работает следующим образом. При работе в режиме инвертирования ключ 2 разомкнут, ключ 3, замкнут резистор-9 (R З) имеет номинал, который в сумме с сопротивлением замкнутого ключа 3 равен ве/ 1чине сопротивления R т ц, поэтому обеспечивается точное согласование сопротивлений, по входам операционного усилителя исключающее ошибку умножения на выходе устройства (выходе усилителя) Заметим, что при отсутствии у операционного усилителя входных токов сопротивление R 3 не влияет на точност умножения и может быть равно нулю. Действие же сигнала со входа 5 устройства на неинвертирующий вход усили теля пренебрежимо мало из-за высокого отношения величин сопротивлений (не. менее 210) разомкнутого ключа 2 и замкнутого ключа 3. При работе устройства в режиме повторения ключ 2 замкнут, ключ 3 разомкнут. Благодаря этому схема обеспечивает строгую согласованность параметров проходных сопротивлений в цепях входов операционного усилителя Перемена знака (умножение на знак) происходит путем смены режима работы с инвертирования на повторение и наоборот. Этот переход осуществляется подачей сигнала на шину Ц. Действие коммутационных помех на неинвертирующем входе ОУ, возникающе при смене знака умножения, вызывая ошибку умножения, сводится к минимуму во времени, так как стенание паразитного заряда с неинвертирующего входа усилителя за миьммальное время обеспечивается через замыкаемый тот или иной ключ с относительно малым выходным сопротивлением. Точное умножение с применением, например, полевых транзисторов в качестве ключей достигается следующим образом. Проходное сопротивление транзисторов в разомкнутом состоянии обычно не менее 100 МОм, а в замкнутом - не более 5 кОм, причем разброс сопротив лений в этом последнем случае поддае ся учету с точностью до 11 и менее кО Выполнение устройства вышеописанным образом позволяет повысить точность умножения вследствие того, что при умножении сигнала функции на какой-либо из двух знаков замкнутый ключ (даже с отличным от нуля проход ным сопротивлением) на согласование масштабных резисторов номиналом порядка 10 кОм практически влияния не оказывает, потому как он всегда оказывается подключенным к достаточно высокоомной нагрузке, каковой является разомкнутый ключ и неинвертирующий вход усилителя; ставшее возможным согласование масштабных резисторов с номиналом, не превышающим 10 кОм, решает проблему самовозбуждения усилителя, минимума шумов на его выходе; позволяет свести к минимуму время действия помех, возникающих при переключении ключей (смене знака умножения), так как стекание паразитного заряда с неинвертирующего входа усилителя теперь возможно через сопротивление того ключа, который оказывается замкнутым; когда источник сигнала умножаемой на знак функции имеет выходное сопротивление, отличное от нуля (обозначим его через Rj...- ), также несложно добиться получения высокой точности умножения, если соблюсти два условия . г (RHCT 2) D , D в;; пфпгггде R 1,R 2,R 3 - величины сопротивлений масштабных резисторов; RI - величина сопротиапения замкнутого ключа. Использование изобретения позволяет повысить точность умножения одной функции на знак другой. формула изобретения Устройство для умножения одной функции на знак другой, содержащее первый ключ и дифференциальный усилитель, выход которого является выходом устройства, инвертирующий вход является входом первой функции, а неинвертирующий вход через первый ключ подключен к нулевого потенциала, при этом управляющий вход первого ключа является входом знака второй функции, отличающееся тем, что с целью повышения точности, в него введен второй ключ, управляющий вход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инвертирующий- вход дифференциального усилителя через второй ключ подключен к неинвертирующему входу дифференциаль- , ного усилителя. Истонники информации, ,нятые во внимание при экспертизе s 1. Авторское свидетельство СССР Н . кл. G Об G 7/161 197 2. Авторское свидетельство СССР f 28397, кл. G 06 G 7/161, 1971 (прототип).

/f/ ff

чЁ