Четырехквадрантное множительное устройство

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБР ЕТЕ Н И Я К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) Ч.Кл.з С 06 6 7/164 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(45) Дата опубликования описания 21.11.80(54) ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНОЕМНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изооретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и радиотехнической аппаратуре. Известен четырехквадрантный перемножитель сигналов на дифференциальных усилительных,каскадах Ц, содержащий два дифференциальных усилительных каскада, выходы которых соединены перекрест- но, а к точкам соединения подключены выводы нагрузочных резисторов, другие выводы которых соединены с шиной питания. Дифференциальный эмиттерный повторитель, в общей цепи которого включен генератор тока на двух транзисторах с объединенными коллекторами, подключен к базам дифференциальньх усилительных каскадов. Эмиттеры дифференциальных усилительных каскадов через управляющие транзисторы подсоединены ко второму генератору тока, Причем базы транзисторов генератора тока на двух транзисторах и входы второго генератора тока объединены между собой, попарно и образуют третий вход Такое устройство не термостабильно, однако его можно использовать для перемножения трех сигналов при условии, что два входа перемножителя работают в режиме переключения, а один вход - линейный с возможностью масштабирования динамического диапазона. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является четырехквадрантное,множительное устройство 12, содержащее два дифференциальных усилительных каскада, выходы которых соединены перекрестно, подключены к выводам со- Ю ответствующих нагрузочных резисторов иявляются выходом устройства, два дифференциальных генератора стабильного тока, два управляемых напряжением дифференциальных источника тока, линеаризующие диоды и источник напряжения смещения.Дифференциальные выходы первого и второго генераторов стабильного тока подключены ко входам первого и второго управляемых напряжением дифференциальных 20 источников тока соответственно. Выходыпервого управляемого напряжением дифференциального источника тока подключены ко входам первого и второго дифференциальных усилительных каскадов, а вход 25 является первым входом устройства. Входвторого управляемого напряжением дифференциального источника тока является вторым входом устройства. Первый и второй входы первого дифференциального усилиЗ 0 тельного каскада подключены через соответствующие линеаризующие диоды к выходу источника напряжения смещения,Недостатком этого устройства является отсутствие возможности реализации функции перемножения суммы двух произвольных сигналов на третий произвольный сигнал с одновременным масштабированием по всем трем входам, что резко ограничивает возможности применения устройства в аналоговых вычислительных машинах и радиотехнической аппаратуре. В сбалансированном состоянии при нОрмальной температуре устройство обладает достаточно высоким динамическим диапазоном. Однако в широком интервале температур происходит изменение масштабного коэффициента перемножения, в результате чего сужается динамический диапазон перемножаемых сигналов,Целью изобретения является расширение динамического диапазона перемножаемых сигналов в широком диапазоне температур при одновременном масштабировании по трем входам,Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое множительное устройство введены третий и четвертый дифференциальные усилительные каскады, два дифференциальных источника тока, два дополнителыных .линеаризующих диода, масштабные резисторы и баланспые резисторыпричем первый и второй входы третьего и четвертого дифференциальных усилительных каскадов перекрестно соединены и являются третьим входом устройства. Выходы третьего дифференциального усилительного каскада подключены к псрвому и второму входам первого дифференциального усилительного каскада, Выходы четвертого дифференциального усилительного каскада подключены к первому и второму входам второго дифференциального каскада и через дополнительные линеаризующие диоды к выходу источника напряжения смещения. Выходы первого дифференциального источника тока подключены к третьему и четвертому входам третьего дифференциального усилительного каскада, а выходы второго дифференциального источника тока - к третьему и четвертому входам четвертого дифференциального усилительного каскада, Первый вход первого дифференциального источника тока через последовательно соединенные первый и втор 1 ой балансные резисторы подключен ко второму выходу второго дифференциального источника тока, а второй выход первого дифферениального источника тока через последовательно соединенные третий и четвертый балапсныс резисторы подключен к первому входу второго дифференциального источника тока, Первый балансный резистор через первый масштабный резистор подключен к третьему балансному резистору Выходы первого и второго дпффереццп 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 И 65 альных источников тока подключены к выходам второго управляемого напряжением дифференциального источника тока,ко входам которого параллельно подключен второй масштабный резистор. Ко входам первого управляемого напряжением дифференциального источника тока параллельно подключен третий масштабный резистор.Функциональная схема предложенного четырехквадрантного перемножителя сигналов изображена на чертеже.Устройство содержит линеаризующие диоды 1, 2, источник напряжения смещения 3, дополнительные линеаризующие диоды 4, 5, нагрузочные резисторы б, 7, соответственно первый, второй, третий и четвертый диффвренциальные усилительные каскады 8, 9, 10, 11, первый и второй дифференциальные генераторы стабильного тока 12 и 18, первый и второй управляемый напряжением дифференциальные источники тока 14 и 15, первый и второй дифференциальные источники тока 1 б и 17, первый, второй, третий и четвертый балансные резисторы 18, 19, 20, 21, первый, второй и третий масштабные резисторы 22, 23, 24.Устройство работает следующим образом.При подаче на третий 27 и первый 25 дифференциальные входы устройства напряжения, не равного нулю, отсутствии сигнала на втором 2 б дифференциальном входе и при условии, что сопротивления масштабных резисторов 22 и 24 не равны бесконечности, выходное напряжение на дифференциальном выходе 28 пропорционально произведению входных напряжений.Сигнал, поступивший на вход 27 устройства, воздействует на входы двух пар дифференциальных усилительных каскадов, состоящих соответственно из первого 8, третьего 10, второго 9 и четвертого 11 дифференциальных усилительных каскадов, Каждая пара дифференциальных усилительных каскадов содержит пару линеаризующих диодов 1, 2 и 4, 5 и поэтому обладает высокой линейностью коэффициента передачи в широком диапазоне входных напряжений.При отсутствии сигнала на входе 2 б и при полной идентичности обеих пар дифференциальных усилительных каскадов их коэффициенты передачи должны быть равны по величине и противоположны по знаку. Таким образом, выходные токи в резисторах б, 7 и выходное дифференциальное напряжение (на выходе 28) не зависят от уровня сигнала на первом дифференциальном входе устройства, когда на входе 2 б сигнал отсутствует,При подаче сигнала на вход 2 б и равенстве нулю сигнала на входе 27 напряжение на выходе 28 устройства также отсутствует из-за идентичности между сооой двух токовых цепей (первая токовая цепь: источник тока 1 б, усилительные каскадывая цепь: источник тока 17, усилительные каскады (1, 9, резистор 7, диолы 4, 5). Однако, например, при транзисторном исполнении устройства происхолцт модуляция эмиттерных сопротивлений транзисторов первого 8 и второго 9 дифференциальных усилительных каскадов. Коэффициенты передачи этих каскадов и, следовательно, коэффициенты передачи пары лифференццальных усилительных каскадов изменяются по величине в противофазе относительно друг друга. При этом происходит модуляция сопротивлений диодов 1, 2, 4, 5, вследствие чего коэффициент перелачи пары каскадов 8, 10 изменяется по величине в противофазе коэффициенту передачи пары усилительных каскадов 9, 11. Результатом этого является появление выходного напряжения при наличии сигналов на первом и третьем дифференциальных вхолах.Таким образом, при неравенстве нулпо сигналов на всех трех дифференциальных. входах выходное дифференциальное напряжение равно сумме двух составляющих Первая составляющая выходного напряжения прямо пропорциональная произвелению сигналов на первом и втором дифференциальных входах и обратно пропорционально произведению сопротивления резисторов 22 и 24. Вторая составляющая прямо пропорциональна произведению сигналов на первом и третьем дифференциальных вхолах обратно пропорциональна произведению св противлений резисторов 22 и 28,Следствием этого является обеспечение на дифференциальном выходе четырехквадрантного перемножителя сигналов функции видаЦ,= К,.и, и, - . - К 2.Ц, и(1) где 10 и 1 - режимные токи, обозначенные на чертеже;У, - входное напряжение на первом дифференциальном входе;У - входное напряжение на втором дифференциальном вхоле;У, - входное напряжение на третьем дифференциальном входе;)Выбором сопротивлений масштабных резисторов можно обеспечить равенство К=К 2 -- К и добиться на выходе устрой 60 рекрестно, подключены к выводам соответствующих нагрузочных резисторов и явля ются выходом устройства, два Лцффереч 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ства реализации функции перемножения суммы двух произвольных сигналов К, и ЕУ., на третий призвольный сигнал С,Высокое значение динамического диапазона перемножаемых сигналов в широком интервале температур обеспечиваются в предлагаемом устройстве за счет повышения термостабцльности коэффициентов полавленця двух цз трех входных сигналов. Так повышенная термостабцльность коэффициентов подавления входных сигналов, цриклалываемых ко второму,ц третьему входам устройства, является следствием практически полной ликвидации взаимного влияния входных (базовых) токов первого 8 и второго 9 дифференциальных усилительных каскадов. Обычно дифференциальный усилительный каскад в транзисторном исполнении представляет собой дифференциальную пару транзисторов с общим эмцттером. Каждый такой каскад с линеаризирующимц лиодамц отличается как высокой термостабильцостью коэффициента передачи, так и повышенной термостабильностью коэффициента подавления сцнфазной составляощей входных напряжений, формирующихся на линеаризирующих диодах 1, 2 и 4, 5 с помощью третьего 10 ц четвертого 11 дифференциальных усилительных каскадов пол влиянием входного напряжения на третьем дифференциальном входе устройства.Первый 8 и второй 9 дифференциальные усилительные каскады обладают повышенной термостабильностью также ц по коэффициенту токораспределенця по общим (эмиттерным) цепям, питаемым выходными тока,мн первого 14 управляемого напряжения дифференциального источника тока, слелствием чего является повышение термостабцльностц коэффициента подавления входного напряжения на втором дифференциальном входе устройства.В результате применения изобретения расширяются функциональные возможности четырехквадрантного перемножителя сигналов и при проектировании аналоговых вычислительных машин появляется возмож. ность эквивалентной замены трех элементов (лва перемножцтеля сигналов ц сумматор) на одно предложенное устройство с бо. лее высокими эксплуатационными парамет. о а ми Формула изобретения Четырехквалрантное множительное устройство, содержащее два дифференциальных каскада, выходы которых соединены пецпальных генератора стабильного тока, два управляемых напряжением дифференциальных источника тока, линеаризующие диоды и источник напряжения смещения, дифференциальные выходы первого,и второго генераторов стабильного тока подключены ко входам первого и второго управляемых напряжением дифференциальных источников тока соответственно, выходы первого управляемого напряжением дифференциального источника тока подключены д(о входам первого и второго дифференциальных усилительных каскадов, а вход является первым входом устройства, вход второго управляемого напряжением дифференциального источника тока является вторым входом устройства, первый и второй входы первого дифференциального усилительного каскада подкгиочены через соответствующие линеаризу,ошие диоды к выходу источника напряжения смещения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона перемножаемых сигналов в широком диапазоне температур при одновременном масштабировании по всем трем входам, в устройство введены третий и четвертый дифференциальные усилительные каскады, два дифференциальных, источника тока, два дополнительных линеаризующих диода, масштабные резисторы,и балансозые резисторы, причем первый и второй входы третьего и четвертого дифференциальных усилительных каскадов перекрест- но соединены и являются третьим входом устройства, выходы третьего дифференциального усилительного каскада подключены к первому и второму входам первого дифференциального усилителя каскада, выходы четвертого дифференциального усилительного каскада подключены к первому и второму входам второго дифференциального усилительного каскада и через дополнительные линеаризуюшие диоды подключены к выходу источника напряжения смещения, выходы первого дифференциального источника тока подключены к третьему и четвертому входам третьего дифференциального усилительного каскада, а выходы второго дифференциального источника тока подключены к третьему и четвертому вхо О да м четвертого дифференциального усидитгльного каскада, первый выход первого дифференциального источника тока через последовательно соединенные первый и второй балансные резисторы подклю Ь чены ко второму выходу второго дифференциального источника тока, а второй выход первого дифференциального источника тока через последовательно соединенные третий и четвертый балансные резисторы О подключен к первому выходу второго диф.ференциального источника тока, первый балансный резистор через первый масштабный резистор подключен к третьему баланспому резистору, входы первого и второго дифференциальных источников тока подключены к выходам второго управляемого напряжением дифференциального источника тока, ко входам которого параллельно подключен второй масштабный резистор, ко ЗО входам первого управляемого напряжениемдифференциального источника тока лараллельно подключен третий масштабный резистор.З Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1 Лвторское свидетельство СССРМ 434560, кл. Н 03 Р 7/06, 1974.4 О 2. Патент СШЛ ЛЪ 3689752, кл. б 06 б7/16, опублик. 1972 (прототип).ип, Харви. фил. пред. Патент Заказ 1289/1295 Нзд.484 НПО Поиск Государственного комите13035, Москва, ЖТпрагк 772 Годпи;о СССР по делач изобретений и открыти 1 Раушская наб., д. 4/5