Аналоговый умножитель Советский патент 1983 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к электрическим -вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных муцинах.

Известен аналоговый умножитель,, который содержит дифференциальный усилитель и операционные усилите ли 13.

Недостаток этого умножителя - малая точность в широком динамическом диапазоне входных сигналов.

наиболее близким к предлагаемому является аналоговый умножитель, ее держащий усилитель, логарифмирующие и антилогарифмирующие диоды, сумматор 2.

Недостатком известного аналогового умножителя является малая точность перемножения, вызванная влиянием некомпенсированных температурных потенциалов логарифмирующих диОДОВ .

Цель изобретения - повышение точности перемножения.

Указанная цель достигается тем, что в аналоговый умножитель, содержаа1Ий первый, второй и третий усилители, первый и второй логарифмирующие диоды, антилогарифмирующий даод, сумматор, первые электроды

первого и второго логарифмирующих диодов соединены с входами первого и второго усилителей соотэетственно, выходы которых подключены к входам сумматора, выход последнего через антилогарифмирующий диод соединен с входом т зетьего усилителя, выход которого является выходом ангшогового умножителя, введены первый, вто10рой и третий модуляторы, первый и второй аттенюаторы, первый и второй интеграторы, первый и второй фазочувствительные выпрямители,, дополнительный усилитель, генератсчр опор15ного напряжения и блок вычитания,причем входы первого и второго модуляторов являются соответственно первым и вторым входами аналогового умножителя, выходы первого и второго

20 модуляторов подключены к входам первого и второго усилителей соответственно, выход первого усилителя через первый аттенюатор соединен с вторым Электродом первого логарифмирующего

25 диода, выход второго усилителя через второй аттенюатор соединен с вторым электродом второго логарифмирующего диода, выход третьего усилителя через последовательно соединенные дополни30тельный усилитель, первый фазочувствитальный выпрямитель и первый инте ратор подключен к управляющему вход первого аттенюатора, выходы первого и второго усилителей соединены с вх дами блока вычитания, выход которог через последовательно соединенные второй фазочувствительный выпрямитель и второй интегратор подключен к управляющему входу второго аттеню атора, выход третьего усилителя сое динен с входом третьего модулятора, выход которого подключен к входу третьего усилителя,, выход генератор опорного напряжения соединен с управляющими входами первого, второго и третьего модуляторов и первого и второго фазочувствительных выпрямителей . На чертеже представлена функциональная схема аналоговго умножителя Устройство включает первый, второй и третий модуляторы 1-3, первый, второй и третий усилителя 4дополнительный усилитель 7, первый и второй логарифмирующие диоды 8 и антилогарифмирующий диод.10, первый и второй аттенюаторы 11 и 12, первый и второй интеграторы 13 и 14 блок 15 вычитания, сумматор 16, первый и второй .фазочувствительные выпрямители 17 и 18, генератор 19 опорного напряжения, первый и второй входы 20 и 21 и выход 22 анал(эг вого умножителя. Аналоговый умножитель работает следующим образом.. На входы первого и второго модуляторов 1 и 2 подаются перемножаемы напряжения. На управляющие входы этих модуляторов от генератора 19 опорного напряжения подается напряжение в виде меандра. Это напряжени изменяет крутизну преобразования первого и второго модуляторов 1 и 2 так, что она принимает два значения В результате, на выходах первого и второго модуляторов 1 и 2 формируют ся пульсирующие токи с частотой опорного напряжения, пропорциональн величинам соответствующих перемножа емых напряжений и крутизнам модуляторов. На выходах первого и второго усилителей 4 и 5 формируются напряжения, приниманвдие два значения в такт с опорным напряжением 1 l ,S. 05„ Len-±li (2) L л де и,U2 - напряжения на первом и втором входах 20 и 21; 2 - напряжения на выходе первого усилителя 4 соответственно в первый и второй такты (полупе- . риоды) опорного напряжения ; напряжения на выходе второго усилителя 5 соответственно в первый и второй такты ( полупериоды ) опорного напряжения i К - постоянная Больцмана; с, - заряд электрона ; Т, Tg - температуры переходов первого и второго логарифмирующих диодов 8 и 9. соответственно; J - ток насыщения диода ; K.Kg-r коэффициенты передачи первого и второго аттенюатороа 11 и 12 соответственно -, S,S2 - значения крутизны преобразования первого и второго модуляторов 1 и 2 соответственно в первом и втором тактах опорного напряжения. Эти напряжения подаются на блок 15 вычитания на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное логарифму отношения напряжений на первом и втором входах 20 и 21, которое имеет приращение в виде . переменной составляющей с частотой опорного напряжения. Эта переменная составляющая выделяется вторым фазочувствительным выпрямителем 18 и через второй интегратор 14 изменяет коэффициент передачи второго аттенюатора 12 так, что переменная составляющая на выходе блока 15 вычитания уменьшается. Процесс регулирования происходит до тех пор, пока переменная составляющая на выходе блока 15 вычитания не пример нулевое значение. В установившемся режиме переменная составляющая на выходе первого усилителя 4, определяемая разностью между выражениями (1 ) и (2), 11- 12-к; Яг 2 И переменная составляющая на выходе второго усилителя 5, определяемая разностью между выражениями (3) и (4), 1 2 Si олжны быть равны. Приравняв (5) и (6 ), получим Kj.-K,-.. (Я Это является условиемг при которо переменная Ьоставляйедая на выходе блока 15 вычитания равна нулю. Подставив (7 ) в Ч 3 ) и Х4 ), ПОЛУЧИМ Отсюда следует, что величина на., пряжения на выходе рторого усилителя 5 пропорциональна температуре первого логарифмиру1р1дего -диода 8 и коэффициенту передачи первого аттенюатора 11, т.е. температурные потенциалы первого и второго логарифмирующих диодов 8 и 9 становятся равными. Одновременно на выходе сумматора 16 формируется напряжение, пропор.циональное логарифму произведения напряжений на первом и втором входах 20 и 21, которое в такт с опорным напряжением принимает два значени и-г . 1 . , d, , Чг Э« .Таким Образом, выходное напряжение сумматора 16 имеет приращение в виде меандра кт ч 2 1 Iien-b.. (f2j , . d,,,-K. -i .4 Это напряжение вызывает пульсиру ющий ток через антилогарифмирующий диод 10. Третий усилитель б и третий модулятор 3 совместно выполняют функцию преобразователя ток - напря ние с переменной крутизной, определ емой частотой опорного напряжения. результате, на выходе третьего усилителя 3 формируется.напряжение пр порциональное произведению напряжений на первом и втором входах 20 и 21, имеющее переменную составлякшогю в виде меандра. Эта составляющая ус ливается дополнительным усилителем , 7 и выпрямляется первым фазочувстви тельным выпрямителем.17. Выходное н пряжение первого интегратора 13 регулирует коэффици-ент передачи перво го аттенюатора 11 так, что переменн составляющая в выходном напряжении третьего усилителя 6 уменьшается. Регулировка коэффициента передач происходит до тех пор, пока переманная составлякацая не станет равно нулю. С учетом того, что крутизна третьего модулятора 3 изменяется синфазно ,с крутизной первого и второго модуляторов 1 и 2, входное напр жение антилргарифмирующего диода 10 принимает два значения 3 где13р,- напряжение на выходе третьего усилителя 6 Дна выходе 22 )j Тз ,- температура перехода антйлогарифмирующего диода 10; 83,84- значение крутизны третьего модулятора 3 в соответствии о тактами опорного напряжения. . Переменная составляющая на антилогарифмирующем диоде 10 равна КТз - Sj ливх V sv В установившемся режиме величина переменной составл ющей на выходе сумматора 16 должна быть равна переменной составляющей на антилогарифмиру-клцем диоде 10. Тогда, выбрав S| S3, S2 Зд и приравняв (12) и(15), получим К, (в). С учетом (18) выраж эния (10) и (11) можно записать следующим обраом:. т.е. происходит выравнивание температурных потенциалов. 1Приравняв(13) и (19/ или (14) и, (20), получим ,v . (21) Таким образом, в предлагаемом аналоговом умножителе различие :в температурах первого и второго логарифмируюй1их диодов 8 и 9 и антилогарйфмирунщего диода 10 и их дрейф не влияют на выполнение операции перемножения двух напряжений. Следовательно, предлагаемЕ:1й аналоговый умножитель обладает более шлсокой точностью перемножения. Формула изобретения Аналоговый умножитель, содержащий первый, второй, и третий усилители, . первый и второй логарифмирующие даюды, антилогарифмирующий дасод, сумматор, nepraie электроды первого и второго логарифмирующих диодов соединены с входами первого и второго усилителей соответственно, выходы которых подключены к входам сумматора, ш:1ход последнего через антилога.рифмирукндий диод соединен с входом третьего усилителя, выход которого, является выходом анало.гового умножи теля,.от личающийся тем, что, с целью повышения точности перемножения, в него введены первый, второй и третий модуляторы, первый и второй аттенюаторы, первый и второй интеграторы, первый и второй фазочувствительные выпрямители, дополнительный усилитель, генератор опорного напряжения и блок вычитания, причем входы первого -и второго модуляторов являются соответственно первым и вторым входами аналогового умножителя, выходы первого и второго модуляторов подключены к входам первого и второго усилителей соответственно, выход первого усилителя через первый аттенюатор соединен с вторым электродом ч первого логарифмирующего диода, выход второго усилителя через второй аттенюатор соединен с вторым электродом вторбго логарифмирующего диода, выход третьего усилителя через последовательно соединенные дополнительный усилитель, первый фазочувствительный выпрямитель и первый интегратор подключен к управляющему входу первого аттенюатора, выходы первого и второго усилителей соединены с входами блока вычитания, выход которого через последовательно соединенные второй фазочувствительный выпрямитель и второй интегратор подключен к управлякяцему входу второго аттенюатора, выход третьего усилителя соединен с входом третьего модулятора, выход которого подключен к входу третьего усилителя, выход генератора опорного напряжения соединен с управляющими входами первого, второго и третьего модуляторов и первого и второго фазочувствительных выпрямителей

Источники информации, принятые, во внимание при экспертизе

.1. Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д. Шейнголда. М., Мир, 1977, с. 234-235, фиг. 3.2.10

2. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы н радиоэлектронной аппаратуре. М., Советское радио, 1979, с. 178-182, рис.4.20а (прототип).