Аналоговый перемножитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АВТОРСКОМ И ЕТЕЛЬСТВ юзного научгического инГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБ(54) (57) АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала- сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода, выход которого соединен с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчиу 1166143 ка, формирователь разнополярных импульсов, выход которого соединен с третьим входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй накопительные конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого ключей соединены с первыми обкладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые обкладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам. третьего и четвертого ключей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора периода и формирователя тактового импульса, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.Известен аналоговый перемножитель, содержащий генератор треугольных импульсов, компаратор, инвертор, переключатель и интегратор 11.Однако это устройство характеризуется низкой точностью работы.Наиболее близким к предложенному является аналоговый перемножитель, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, межлу инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль- органа, выход которого через элемент калиброванной задержки соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с первым вхолом схемы совпадения, второй вхоЛ которой соединен с выходом формирователя разнополярных импульсов и с третьим входом сумматора, вход повторителя напряжения с парафазными выходами соединен с входом селектора периода, выход которого полключен к управлявшим входам переключателя и реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом схемы совпадения, выход реверсивного счетчика является выходом перемножителя 12.Нелостатком известного устройства является невысокая точность работы вследствие наличия методической погрешности.Цель изобретения - повышение точности работы устройства.Поставленная цель достигается тем, что в аналоговый перемножитель, содержащий повторитель напряжения с парафазными выходами, вход которого является входом первого сигнала-сомножителя, а выходы подключены к входам переключателя, выхол которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя, выход сумматора через масштабный резистор полключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертируюшим входом и выходом операционного усилителя включен интегрирующий конденсатор, выход операционного усилителя подключен к входу нуль-органа, селектор периода, выход которого соединен 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются кодовым выходом перемножителя, формирователь тактового импульса, выход которого подключен к входу управления реверсОм реверсивного счетчика, формирователь разнополярных импульсов, выход которого соединен с третьим входом сумматора, введены первый и второй накопительные конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый и второй элементы И, источник образцовых токов, генератор опорной частоты, причем к инвертирующему входу операционного усилителя подключены выходы первого и второго ключей, к входам первого и второго ключей подключены выходы третьего,и четвертого ключей соответственно, к входам которых подключены соответствующие выходы источника образцовых токов, выходы третьего и четвертого ключей соединены с первыми обкладками первого и второго накопительных конденсаторов соответственно, вторые обкладки которых подключены к шине нулевого потенциала, выход нуль-органа соединен с входом селектора периода, с входом элемента НЕ, с управляющим входом первого ключа и с первым входом первого элемента И, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу второго ключа и к первому входу второго элемента И, выход селектора периода соединен с входом формирователя разнополярных импульсов и с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управляюгцим входам третьего и четвертого ключей соответственно, выход генератора опорной частоты соединен с входами селектора периода и формирователя тактового импульса, выход которого подключен к управляющему входу переключателя.На фиг. 1 представлена функциональная схема аналогового перемножителя; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов. На схеме обозначены вход 1 первого сигнала-сомножителя, повторитель 2 напряжения с парафазными выходами, переключатель 3, сумматор 4, масштабный резистор 5, шина 6 нулевого потенциала, операционный усилитель 7, интегрирующий конденсатор 8, нуль-орган 9, выход10 аналогового перемножителя, генератор 11 опорной частоты, селектор 12 периода, реверсивный счетчик 13, формирователь 14 разнополярных им - пульсов, вход 15 второго сигнала-сомножителя, формирователь 16 тактового импульса, первый и второй накопительные конденсаторы 17 и 19, первый 19, второй 20, третий 21 и четвертый 22 ключи, источник 23 образцовых токов, элемент НЕ 24, первый 25 и второй 26 элементы И. Аналоговый перемножитель работает следующим образом.5 10 15 момента срабатывания нуль-органа 9 импульса (фиг. 2,б) генератора 11 опорной частоты (момент времени 1, на фиг. 2,в). Селектор 12 периода формирует образцо вый интервал Ткоторый заканчивается в момент времени 1 г после прохождения целого числа п импульсов генератора 11 опорной частоты Т, = п Тк.Срабатывание нуль- органа 9 в момент времени 1 вызывает также смену знака напряжения 1.1 О с+ на45 - и подключение к инвертирующему вхо 50 55 Пусть на входы первого 1 и второго 15 сигналов-сомножителей поданы напряжения соответственно 11 (1) и 11 г (1). Полный цикл преобразования осуществляется в течение длительности Т сигнала формирователя 16 тактового импульса, причем 1.1(1) =1.1, = сопз 1 и 1.1, (1) = Ц = сопМ (фиг. 2,а). Пусть в одном из полупериодов Т)2 интервала Т напряжение на выходе пе- реключателя 3 находится в противофазе с 11 (1), что обусловлено управляющим сигналом на переключатель 3 с выхода формирователя 16 тактового импульса. Тогда напряжение 1.1 с (1) на выходе сумматора 4 имеет вид 11 с ) = 11 г- 11( (1) - 1-19, (1) где 3 о - выходное напряжение формирователя 14 разнополярных импульсов (фиг. 2 ж); У%г (1)1-1 (1) (2)До момента времени 1, первый накопительный конденсатор 17 заряжен током - 1 и имеет заряд ц = -1,Т, (фиг. 2,г), где Т - образцовый временной интервал, формируемый узлом калиброванной задержки, образуемым генратором 11 опорной частоты и селектором 12 периода.Пусть в момент времени 1 (фиг, 2, в) линейно убывающее со скоростью (11 г - Ц + 1.10)( ь = КС - постоянная времени, К и С - сопротивление и емкость масштабного резистора 5 и интегрирующего конденсатора 8) выходное напряжение интегратора на основе операционного усилителя 7 достигает нуля. Это приводит к срабатыванию нуль-органа 9 (фиг. 2,е) и соответственно к запуску селектора 12 периода по переднему фронту первого после ду операционного усилителя 7 посредствбм первого ключа 19 первого накопительного конденсатора 17, с которого накопленный заряд перетекает на интегрирующий конденсатор 8 вследствие наличия на инвертируюшем входе операционного усилителя 7 мнимого нуля и глубокой отрицательной обратной связи. При этом знак заряда изменяется на противоположный, а первый накопительный конденсатор 17 к моменту времени 1, разряжается практически до нуля.В течение интервала То, начиная с момента времени 6, и до момента времени ,20 25 зо 35второй накопительный конденсатор 18 че рез замкнутый четвертый ключ 22 заряжается током +1, от источника 23 образцовых токов, в результате чего на втором накопительном конденсаторе 18 накапливается заряд с 1 = + 1,Т, (фиг. 2,д).В момент времени 1 г четвертый ключ 22 размыкается и заряд запоминается до момента времени 1 . С момента времени 1 одновременно с перетеканием заряда с первого накопительного конденсатора 17 происходит заряд интегрирующего конденсатора 8 еще и током, обусловленным выходным напряжением сумматора 4, равным . 1.111 г - 11, - Ц причем чем дальше по времени от момента 1 г, тем сильнее доминирует ток, обусловленный напряжением сумматора 4 и выходное напряжение операционного усилителя 7 начинает убывать практически линейно со скоростью -(11, - 11 - 1.)о) /йдо момента времени 1 з, когда оно становится равным нулю, и срабатывает нуль-орган 9. Тем самым заканчивается первый интервал преобразования длительностью Т= 1 з - 1 ь Уравнение баланса зарядов за интервал времени Тг имеет вид(3) Отсюда можно определитьТ 1 = 1 оТО К 1)-о - (1.)г - Ц ) ), (4) 11 с = 1-1 г 1-1- 1-)о (5) В момент времени 1 с приходом импульса генератора 11 опорной частоты запускается селектор 12 периода, по сигналу которого замыкается третий ключ 21, в результате чего первый накопительный конденсатор 17 начинает заряжаться образцовым током 1 р до момента времени когда заканчивается интервал Т,. Тогда третий ключ 21 размыкается, а накопленный образцовый заряд ц = - 1,Т, хранится до очередного срабатывания нуль-органа 9 (момент времени 1). В момент времени 1 по сигналу нуль- органа 9 вновь меняется полярность напряжения с выхода формирователя 14 разно- полярных импульсов, переключаются первый 19 и второй 20 ключи, в результате чего первый накопительный конденсатор 17 отключается от инвертирующего входа операционного усилителя 7, а второй накопительный конденсатор 18 подключается к нему. При этом заряд с 1 = + 1,Т накопленный на втором накопительном конденсаторе 18, начинает перетекать в интегрирующий конденсатор 8, который одновременно заряжается током, обусловленным выходным напряжением сумматора 4:1166143- 1(е = -У У Й Го К где гпЪ.- целое число,где Т = кТ, К - целое число. В момент времени 1 линейно нарастающее со скоростью (1 е - 1.11+ 1.)с)/Г выходное напряжение операционного усилителя 7 достигает нуля, вызывая срабатывание нуль-органа 9, что означает окончание второго такта преобразования длительностью Те и начало нового цикла, в котором все описанные процессы повторяются.Уравнение баланса зарядов для интервала времени Т имеет вид1,1; - (и, - и,+ 1 З,ДК = О, (6)Отсюда интервал времени Те имеет следующую зависимость:Т, = 1,Т,й/(Б, - 1.1, - 1.)е) . (7)Частоту импульсов, поступающих на вход реверсивного счетчика 13 в течение первого полупериода сигнала формирователя 16 тактового импульса на сложение, можно представить с учетом выражений (4) и (7) следующим образом:(8)1+Те 21/о 1 о То ВКоличество импульсов Хь поступив щих в реверсивный счетчик 13 за первый полупериод Т/2 интервала измерения, равно: За второй полупериод Т/2 в реверсивныйсчетчик 13 на вычитание поступает числоимпульсов, которое равно1 ) Т Ыо - (Уз+ЯТФ Уо 1 о 1 К (10)По окончании периода сигнала формирователя 16 тактового импульса, записанногов реверсивном счетчике 13 число импульсовХк можно представить выражением 10 15 Как видно из конечного результата (11),код в реверсивном счетчике 13 прямо пропорционален произведению мгновенных значений входных сигналов. Таким образом в аналоговом перемножителе временные задержки ь Т, и д Те между моментом срабатыванием нуль-органа. 9 и моментом прихода ближайшего импульса с генератора 11 опорной частоты вообще не оказывают влияния на точность перемножения входных сигналов, т, е. в предложенном ана.25 логовом перемножителе соответствующая.методическая погрешность полностью исключена. Предложенный аналоговый перемножитель по сравнению с известным обладает повышенной точностью работы.Составитель Техред И. Ве Тираж 710 И Государственно делам изобретен осква, Ж - 35, Р Патент, г. Ужедактор И. Николайчаказ 43 3/46 радиовр КорПодго комитета Сй и открытийаушская наб.,город, ул. Про ектор О. ТигорисноеССР д. 4/5 ктная, 4