Время-импульсное множительное устройство

(23) Приоритет Опубликовано 15,06,82, Бюллетень М 22Дата опубликования описания 18.06,82 оо делаи нзобретеннй и отхрытнй(72) Автор изобретения В.В, ПавловРостовский ордена Трудового Красного Знаменигосударственный университет(54) ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может бысть использовано для прецизионного перемножения аналоговых сигналов.Известны устройства для перемножения аналоговых сигналов, содержа 5 щие генератор треугольного напряжения, блоки сравнения, импульсные делители напряжения (ИДН) и фильтр нижних. частот, источники перемножае 1 О мых напряжений 11.Точность этих устройств ограничена в основном нелинейностью транзисторных ключей, используемых в ИДН, а также температурным и временным15 дрейфом нулевого уровня.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является время- импульсное множительное устройство, содержащее генератор треугдльного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен ко входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу повторителя, а другой - к выходу источника первого входного сигнала, импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам источника второго входного сигнала, фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу импульсного делителя напряжения .21.Основными источниками погрешностей время-импульсных множительных устройств (ВИМУ) является зависимость сопротивления открытых ключей от величины коммутируемого напряжения, импульсные помехи коммутации, остаточное напряжение у биполярных транзисторов и температурный дрейф параметров транзисторов. Существуют9359приемы для компенсации каждой из указанных погрешностей в отдельности, например погрешности от нелинейности открытого канала и остаточного напряжения компенсируются путем использования дифференциальных ИДН, Но дифференциальные ключи требуют для управления противофазного напряжения и, кроме того, обладают инструментальной погрешностью, обусловлен ной несимметричностью характеристики О-, = Г(8) (где О - выходное напряжение ключей, 6 - относительная длительность импульсов), Компенсация погрешности, обусловленной им- пульсными помехами коммутации требует специальных схемных решений.Цель изобретения - повышение точ-ности множительного устройства.20Поставленная цель достигается тем, что в известное время-импульсное множительное устройство, содержащее генератор треугольного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен ко входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один из вхо 30 дов которого подключен к выходу повторителя, а другой вход подключен к выходу источника первого входного сигнала, первый импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам источника второго входного сигнала, первый фильтр нижних частот, вход кото рого подключен к выходу первого импульсного делителя напряжения, введен второй импульсный делитель напряжения, второй фильтр нижних частот и блок вычитания, управляющий45 вход второго импульсного делителя напряжения подключен к выходу порогового элемента, первый и второй информационные входы соответственно подключены к прямому и инверсному 50 выходам источника второго входного сигнала, а выход подключен ко входу второго Фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижних частот соответственно подклюцены к 55 первому и второму входам блока вычитания, выход которого является выходом устройства. 77аПовышение точности достигается путем компенсации погрешностей рабочегоИДН с помощью дополнительного специально подобранного второго ИДНс параметрами идентичными рабочемуИДН и управляемого меандром,На Фиг. 1 приведена функциональнаясхема время-импульсного множительного устройства; на фиг. 2 - эпюры рабочих напряжений.Время-импульсное множительное устройство со,-".ржит генератор треугольного напряжения 1, состоящий из интегратора 2, повторителя 3, порогового элемента ч, блок сравнения 5,импульснь 1 е делители напряжения ИДН)6 и 7, фильтры нижних частот 8 и 9,блок вычитания 10, источники первогои второго входных сигналов 11 и 12,резисторы 13, диоды 1 ч и транзисторы 15,Выход повторителя 3 подключен к одному входу блока сравнения 5, другой вход которого подключен к выходу источника первого входного сигналаВыход блока сравнения 5 подключен к управляющему входу ИДН 6, информационные входы которого подключены к источнику второго входного сигнала 12, Выход ИДН 6 соединен со входом фильтра нижних частот 8, выход которого соединен с первым входом блока вычитания 10. Выход порогового элемента ч подключен к управляющему входу ИДН 7, информационные входы которого соединены с источником второго входного сигнала 12, а выход подключен ко входу фильтра нижних частот 9, выход которого подключен ко второму входу блока вычитания 10.Время-импульсное множительное устройство работает следующим образом.Треугольное напряжение с выхода генератора треугольного напряжения (выход повторителя 3) подается на один вход блока сравнения 5, на другой вход которого поступает первый входной сигнал Ч, от источника 11. В момент равенства сравниваемых сигналов на выходе блока сравнения 5 происходит изменение знака напряжения до следующего момента равенства сравниваемых напряжений, С изменением уровня входного сигнала(фиг, 2) изменяется ширина импульсов на выходе блока сравнения 5 пропорционально первому сомножителю У .Промодулированная по ширине последовательность импульсов управляетИДН 6, который осуществляет амплитудную модуляцию импульсной последовательности напряжением Ч, от источника второго входного сигнала 12, Промодулированная по ширине и амплитудеимпульсная последовательность подается на фильтр нижних частот 8, который выделяет постоянную составляющую 1 Опропорциональную произведению Ч 1и Ч . Эта постоянная кроме точногопроизведения КЧ Ч содержит некоторую добавку ЬЧ, обусловленную погрешностями амплитудного модулятора 15(ИДН 6), так как погрешность амплитудного, модулятора определяется нелинейностью ключей, остаточным напряжением биполярных транзисторов, импульсными помехами, то возникают боль 20 шие сложности при попыткахкомпенсаций этих погрешностей каждой в,отдельности.Представляется более, перспективным другой путь - путь комплеКсной25 компенсации указанных источников погрешностей. Дпя этого необходимаполная идентичность параметров рабочего и компенсирующего. ИДН. Для того, чтобы осуществить компенсацию зоошибки необходимо выделить ее из полезного сигнала, а затем вычесть ее с помощью разностной схемы из того же сигнала. Для этого на управляющийвход компенсирующего ИДН 7 идентичного по параметрам рабочему ИДН 6 подается меандр с выхода порогового элемента 4. Наличие меандра на входекак ИДН 7 так и ИДН 6 в идеальном случае должно давать нулевое напряжение на выходе Фильтра нижних частот 9 и фильтра нижних частот 8 во всем диапазоне изменений Ч, таккак в этом случае количество заряда,накопленного конденсатором Фильтранижних частот в течение положительного перепада напряжения точно равно количеству заряда, отданного конденсатором в течение отрицательного перепада напряжения. Однако, в реальных устройствах такого не наблюдается. Из-за наличия нелинейности: открытых ключей и коммутационных помех, на выходе фильтра нижних частот наблюдается некоторое напряжение55 ЬЧ , которое является некоторой(функцией входного напряжения ДЧ 1=1(Ч), Наличие постоянного смещения, вызванного остаточным напряжением транзисторных клюцей можно скомпенсировать введением дополнительного компенсирующего источника на выходе фильтра нижних частот 8, но температурный дрейф сводит на нет эффективность такой компенсации. Таким образом, подавая меандр на ИДН 7, с его выхода мы снимаем напряжение ДЧ , которое включает в себя всю сумму погрешностей, свойственных данному типу ключей. При достаточно высокой степени идентичности используемых ИДН имеем ДЧ,1 - Од (где ЬЧ 1. - погрешность ИДН 6 и ьЧ - погршеность ИДН 7). Напряжение на выходе фильтра нижних частот 8 равно ЧЪ Х = К Ч х х Ч +ЬЧ 1, а напряжения на выходе фильтра нижних частот 9 - Чвь,= ЬЧ принимая во внимание, что ЬЧ 1 я ЬЧ имеем Чх "ЬЧ, тогда выходное напряжение на выходе блока вычитания равноВЪХ ВЫХ 1 9 ЬХ йПрименение компенсирующего ИДН уменьшает погрешность перемножения в широком диапазоне изменения входных напряжений, а при достаточно хорошем тепловом контакте компенсирующего ИДН с рабочим (что всегда возможно) достигается хорошая компенсация и температурных уходов упомянутых источников погрешностей. Применение время-импульсного множительного уст- ройства в системах автоматического управления и идентификации позволяет повысить точностЬ управления технологическими процессами.Формула изобретенияВремя-импульсное множительное устройство, содержащее генератор треугольного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен к входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу повторителя, а другой вход подключен к выходу источника первого входного сигнала, первый импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выхо935977 дам источника второго входного сигнала, первый фильтр нижних частот,вход которого подклюЧен к выходу первого импульсного делителя напряжения, о т л и ч а ю щ,е е с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены второй импульсный делитель напряжения, второй фильтр нижних частот и блок вычитания, управляющий вход второго импульсного делите Оля напряжения подключен к выходу порогового элемента, первый и второйинформационные входы соответственноподключены к прямому и инверсномувыходам источника второго входного 15 сигнала, а выход подключен к входувторого фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтров нижных частот соответственно подключенык первому и второму входам блока вычитания, выход которого является выходом устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Смолов В.Ь. Аналоговые вычислительные машины. И "Высшая школа",1 972, с. 342.2. Приборы и техника эксперимента. 1978, Ю 4, с. 154, рис. 1 (прототип) . НИИПИ Заказ 4214/5Тираж 731 Подписное Филиал ППП "Патент",