Множительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G06G7/163 

(5) МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для реализации операции умножения двух аналоговых сигналов в широком динамическом и частотном диапазоне..

Известно устройство для умножения, содерн ащее усилитель и управляемый линейный элемент на полевом транзисторе, исток которого подключен к входу уси- ... лителя, а сток и затвор соединены с источниками перемножаемых напряжений.

В этом устройстве лианеризация управляемого элемента на полевом транзисторе достигается подключением в ,5 цепь управления второго полевого транзистора, нелинейность которого компенсирует нелинейность управляемого элемента. При этом компенсация тем лучше, чем более идентичны параметры совмести но включенных транзисторов l.

Недостатком устройства является то что точность перемножения ограничена трудностями взаимной компенсации не-.

пинейностей характеристик сопрягаемых транзисторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является множительное устройство, содержащее управляемый линейный элемент на двух -полевых транзисторах, истоки которых объединены и подключены к входу первого фильтра нижних частот, стоки через первую и вторую группы замкнутых контактов коммутатора соединены с первым повторителем и инвертором, а затворы через третью и четвертую группы замкнутых контактов - с вторым повторителем и инвертором, элемент лианеризации на двух полевых транзисторах, истоки которых объединены и подключены к входу второго фильтра нижних частот, стоки соединены со стоками управляемого линейного элемента, а затворы -.с -ШИНОЙ нулевого потенциала, выход пер вого фильтра нижних- частот подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, а выход второго фильтра нижних частот - к инвертирующему входу дифференциального усилителя 2. Недостатком данного устройства является то, что точность перемножения ограничена неидентичностью характеристик сопрягаемых пар транзисторов. Цель изобретения - повышениеточности путем взаимной коммутации сопрягаемых транзисторных пар. Поставленная цель достигается тем, что в множительное устройство, содержащее ИервУй и второй инверторы, первый и второй повторители, управляемый линейный элемент на двух полевых трзн зисторах, два фильтра низкой частоты, дифференциальный усилитель и коммутатор с четырьмя группами контактов, причем истоки полевых транзисторов управляемого линейного элемента объединены, истоки полевых транзисторов линеаризующего элемента объединены, стоки первых полевых транзисторов и соответ ственно стоки вторых, полевых транзисторов управляемого линейного элемента и линеаризующего элементы объединены, входы первого повторителя и первого инвертора являются входами первого сомножителя устройства, входы второго повтооителя и второго инвертора являются входами второго сомножителя устройства, выход второго повторителя подключен к второму неподвижному контакту первой группы контактов коммутатора и к первому неподвижному контакту второй группы контактов коммутатора, подвижный контакт втооой группы контактов коммутатора подключен к затвору первого полевого транзистора управляемого линейного элемента, выход второго инвертора подключен к первому неподвижному контакту третьей группы контактов коммутатора и к второму неподвижному контакту четвертой группы контактов коммутатора, подвижный контакт третьей группы контактов коммутатора подключен к затвору второго полевого транзистора управляемого линейного.элемента5 выходы фильтра низкой частоты подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, в коммутатор введены две дополнительные группы контактов, затвор первого полевого транзистора линеаризующего элемента подключен к подвижному контакту первой группы контокам полевых транзисторов линеаризующего элемента, подвижные контакты первой и второй дополнительных групп контактов коммутатора подключены соответственно к входим первого и второго фильтров низкой частоты, выход первого инвертора подключен к стокам пер, вых транзисторов соответственно управлйемого линейного элемента и линеаризующего элемента, а стоки вторых полевых транзисторов соответственно управляемого линейного элемента и линеаризующего элемента подключены к выходу первого повторителя.

На фиг. 1 изображено множительное устройство; на фиг. 2 - происхождение компенсации нелинейности в данном устройстве;

Множительное устройство содержит управляемый линейный элемент 1 на двух полевых транзисторах 2 и 3, истоки которых объединены и подключены через первую дополнительную группу контактов коммутатора к входу первого фильтра 5 нижних частот, а затворы через замкнутые контакты второй и третьей групп контактов коммутатора 4 подключены соответственно к выходам второго повторителя 6 и второго инвертора 7, .линеаризующий элемент 8 на двух

5 полевых транзисторах 9 и 10, истоки которых объединены и подключены через замкнутые контакты второй дополнительной группы контактов коммутатора А к тактов коммутатора, затвор второго полевого транзистора линеаризующего элемента подключен к подвижному контакту четвертой группы контактов коммутатора j первый неподвижный контакт первой группы контактов коммутатора, второй неподвижный контакт второй группы контактов коммутатора, второй неподвижный контакт третьей группы контактов коммутатора и первый неподвижный кона четвертой группы контактов коммутатора объединены и подключены к шине нулевого потенциала, первый неподвижный контакт первой дополнитель„ группы контактов коммутатора и второй неподвижный контакт второй дополнительной группы контактов коммутатора объединены и подключены к истокам полевых транзисторов управляе„ого линейного элемента, второй неподвижныи контакт первой дополнительной группы контактов коммутатора и первый неподвижный контакт второй дополнительной группы контактов коммутатора объединены и подключены к ис.входу второго фильтра 11 нижних частот, а затворы через замкнутые контак ты первой и четвертой групп контактов коммутатора подключены к шине нулевого потенциала. Выход первого фильтра 5 нижних частот подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 12, а выход второго фильтра 11 нижних частот - к инвертирующему входу дифференциального усилителя 12. Стоки транзисторов 2 и 9 объедине ны и подключены к выходу первого инвертора 13, а стоки транзисторов 3 и 10 объединены и подключены к выходу первого повторителя I. Множительное устройство работает следующим образом. При замыкании левых неподвижных контактов коммутатора k на затворы транзисторов 2 и 3 подается одно из перемножаемых напряжений (J , на затворы транзисторов 9 и 10 - нулевой потенциал. При.этом истоки транзисторов 2 и 3 подключены к входу первого фильтра 5 нижних частот,а истоки транзисторов 9 и10 - к входу второго фил тра 11 нижних частот. При замыкании правых неподвижных контактов пары транзисторов 2 и 3 и 9 и 10 меняются местами, т. е. транзисторы 9 и 10 выполняют в этом случае функции управляемого линейного элемента, а транзис торы 2 и 3 - элемента линеаризации. Это следует из того, что, во-первых, стоки транзисторов 2 и 9 и 3 и 10 соединены и под| лючены соответственно к выходам первого повторителя и первого инвертора первого из перемножаемых на пряжений и , во-вторых, потенциалы на затворах обеих пар принимают попеременно значения О, +U 2, а в-третьих, точки соединения истоков попеременно подключаются то к входу первого, то к входу второго фильтра нижних частот. Точность перемножения существенно зависит от идентичности зависимостей .) рабочей и компенсирующей пары транзисторов. В предлагаемом устройстве происходит компенсация нелинейности управляе мого линейного элемента путем взаимной коммутации управляемого линейного элемента и линеаризующего элемента.Каким образом происходит эта компенсация видно из фиг. 2. Предположим замкнуты левые контакты коммутатора. В этом случае на затворы транзисторов 2 и 3 подается напряжение +U, ,а-на затворы транзисторов 9 и 10 - нулевой потенциал Допустим теперь U О, в этом случае электроды транзисторов находятся под одинаковыми потенциалами; на стоках +U, на затворах - нулевой потенциал. У совершенно идентичных пар транзисторов напряжения U в точке соединения истоков и, следовательно, на входах фильтров нижних частот должны быть одинаковы и одинаков до.лжен быть закон изменения этого напряжения в функции от и. В действительности этого добиться невозможно и кривые (U) у пар транзисторов отличаются довольно значительно. Так, например, -для пары транзисторов 2 и 3 эта зависимость имеет вид, изображенный на фиг. 2 кривой АВ, а для пары 9 и 10 - кривой CD. При замыкании правых контактов транзисторные пары как бы меняются местами и напряжение на входе фильтра 5 нижних частот скачком перемещается с кривой АВ на кривую CD. При периодической коммутации напряжение на входе фильтра 5 имеет ступенчатую форму, а на выходе выделяется среднее значение ступенчатого напряжения (кривая KL), На входе фильтра 11 нижних частот выделяется аналогичное ступенчатое напряжение. Если выбрать частоту коммутации f много больше частоты , изменения и , т. е. fK77f(j-,. то среднее значение ступе;нчатой кривой на выходе фильтра 11 будет меняться в точности по кривой KL В этом случае на выходе дифференциального усилителя появляется нулевое напряжение, поскольку вычитаются одинаковые нaпpяжeния Насколько бы не отличались зависимости (U) у сопрягаемых пар, компенсация их нелинейности осуществляется с погрешностью, определяемой только неидеальностью операционного усилителя. Следовательно, отпадает необходимость подбора сопрягаемых пар и не требуется идентичности температурной зависимости напряжения (LI ). Коммутация пар позволяет скомпенсировать погрешность, обусловленную нелинейностью сопротивления открытого канала полевых транзисторов и тем самым уменьшить общую погрешность умножения . Формула изобретения Множительное устройство, содержащее первый и второй инверторы, первый И второй повторители, управляемый .линеиныи элемент на двух полевых транзисторах, линеаризующий элемент на двух полевых транзисторах, два фильтра низкой частоты, дифференциальный усилитель и коммутатор с четырьмя группами контактов, причем истоки полевых транзисторов управляемого линейного элемента объединены, истоки полевых транзисторов линеаризующего элемента объединены, стоки первых полевых транзисторов и соответственно стоки вторых полевых транзисторов управляемого линейного элемента и линеаризующего элемента объединены, входы первого повторителя и первого инвертора являются входами первого сомножителя устройства, входы второго повторителя и второго инвертора являются входами второго сомножителя устройства, выход второго повторителя подклю- 20 чен к второму неподвижному контакту первой группы контактов коммутатора и к первому неподвижному контакту второй группы контактов коммутатора, подвижный контакт второй группы контак- js тов коммутатора подключен к затвору первого полевого транзистора управляемого линейного элемента, выход второго инвертора подключен к первому неподвижному контакту третьей группы зо контактов коммутатора и к второму неподвижному контакту четвертой группы контактов коммутатора, подвижный кон- . такт третьей группы контактов коммутатора подключен к затвору второго полевого транзистора управляемого линейного элемента, выходы фильтров низкой частоты подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с. целью повышения точности, в коммутатор введены две дополнительные группы контактов, затвор первого полевого транзистора линеаризующего элемента подключен к подвижному контакту первой группы контактов коммутатора, затвор второго полевого транзистора линеаризующего элемента подключен к подвижному контакту четвертой группы контактов коммутатора, первый неподвижный контакт первой группы контактов коммутатора, второй неподвижный контакт второй группы контактов коммутатора, второй неподвижный контакт третьей группы контактов коммутатора и первый неподвижный контакт четвертой группы контактов коммутатора объединены и подключены к шине нулевого потенциала, первый неподвижный контакт первой дополнительной группы контактов коммутатора и второй неподвижный контакт второй дополнительной группы контактов коммутатора объединены и подключены к истокам полевых транзисторов управляемого линейного элемента, второй неподвижный контакт первой дополнительной группы контактов коммутатора и первый неподвижный контакт второй дополнительной группы контактов коммутатора объединены и подключены к истокам полевых транзисторов линеаризующего элемента, подвижные контакты первой и второй дополнительных групп контактов коммутатора подключены соответственно к входам первого и второго фильтров низкой частоты, выход первого инвертора подключен к стокам первмх полевых транзисторов соответственно управляемого линейного элемента и линеаризующего элемента, а стоки вторых полевых транзисторов соответственно управляемого линейного элемента и линеаризующего элемента подключены к выходу первого повторителя, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3562553, кл. 307229, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 750507, кл. G 06 G 7/163, 1978 (прототип).