Множительное устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциапистическикРеспублик и 924720(61)Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 2 т 0780 (21) 2961288/18-24с присоединением заявки МВ -(31) М. Кп.з 6 06 6 7/16,: Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийВ.В. Алексеев и В.А. ДартауЛенинградский ордена Ленина, ордена Окт брьскойРеволюции и ордена Трудового Красного 3 далиголыйинститут им. Г,В. Плехановащщэщ(54) МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к аналого- вой вычислительной технике и можетфбыть использовано, в частности, в системах векторного управления, а также.в иэмерительной технике.Известны множительные устройства, содержащие два полевых транзистора, три операционных усилителя, семь резисторов (1.30К недостаткам Данного устройства относится невысокая .термостабильность. и точность.Наиболее близким по техничЕской сущности является множительное устройство, содержащее две идентичные множительные мостовые схемы: рабочую и компенсирующую, в первом и втором плечах каждой из которых имеется по балансировочному резистору, а в треть- о ем и четвертых плечах содержатся элементы с управляемой проводимостью, выполненные на полевом транзисторе, образующие.первую и вторую интегральные согласованные пары, содержащее также два интегральных операционных усилителя, при этом к выходной диагонали мостовых схем подключены дифференциальные входы операционных усилителей, причем инвертирующий вход первого усилителя подключен к общим выводам Первого балансировочного ре"зистора и стока первого полевоготранэистара рабочей мостовой схемы ик первому выводу первого масштабногорезистора, другой вывод которого подключен к выходу первого усилителя ивыходу множительного устройства, анеинвертирующий вход операционногоусилителя подключен к общим выводамвторого балансировочного резистораи стока второго полевого транзисторарабочей мостовой схемы и к первомувыводу второго масштабного резистора,другой вывод которого соединен с ис-.токами полевых транзисторов рабочейи компенсирующей мостовой схем ишиной нулевого потенциала, а входнаядиагональ рабочей мостовой схемыявляется первым входом множительногоустройства, инвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общим выводам первого балансировочного резистора и стока первого полевого транзистора компенсирующей мостовой схемы и к первомувыводу третьего масштабного резистора, другой вывод которого соединенсо вторым входом множительного устройства, а неинвертирующий вход второго усидителя подключен к общим вы 924720водам второго балансировочного резистора и стока второго полевого транзистора компенсирующей мостовой схемы и к первому выводу четвертого масштабного резистора, другой вывод которого соединен с шиной нулевого пбтенциала, к входной диагонали компенсирующей мостовой схемы подключен средний вывод первого подстроечного потенциометра, первый крайний вывод которого соединен с шиной нулевого 10 потенциала, а второй крайний вывод подключен к выходу источника опорного сигнала, выход второго операционного усилителя соединен с затворами вторых полевых транзисторов ра бочей и компенсирующей мостовых схем, а затворы первых полевых транзисторов рабочей и компенсирующей ,мостовых схем соединены со средними выводами соответственно третьего и четвертого подстроечных потенциометров, первые крайние выводы которых соединены с выходом источника сигнала смещения, а вторые крайние выводы - с шиной нулевого потенциала (23.Однако известное множичжльное устройство обладает недостатком. При высокой линейности (статической точности) в каждом из четырех квадрантов устройство в общем случае имеет различные масштабные коэффициенты в каждом из квадрантов, что обусловлено ф отличием коэффициентов угла наклона вольт-амперных характеристик полевого транзистора (д,) при изменении 35 знака напряжения на стоке (У ) и не" иэменном напряжении на затворе Эс, -- =с(,Бс,при Ос 7 0;1 =с(1) при Ус О и разбросом характеристик транзисторов пары (в частности зависимости сопро тивления сток"исток от напряжения на затворе), Линейность этого множительного устройства в каждом из квадрантов составляет 0,2-0,5.Разброс же коэффициентов передачи 45 в квадрантах дКВ достигает 5. Например, результат перемножения сигналов, равных У, =01 = 10 В, в разных квадрантах по абсолютной величине может составить 9,5 до 10 и не может быть для конкретного устройства предугадан и скорректирован.Использовать же устройство для перемножения гармонического сигнала с аналоговым с точностью до 1 уже нельзя. Так как если входные сигналы Б = 10 яЫ ш 1 и (1 = 10, то на вы- хсде вместо сигнала О ц= 10 яЫш 1 мы получим 60 го и второго балансировочных резисторов объединены и поДключены к среднему выводу первого подстроечного 65 потенциометра, первый крайний вы(1, = 10-ЬК) я 1 пш)+К,в частном случае, напРимеР. Бвм = =(9,5 эапц)1)+0,5 (выходной гармонический сигнал имеет постоянную составляющую й К, превышающую 1, /ЬК/=- 100, где лК в вольтах) . Можно далее показать, что перемножение с помощью прототипа двух гармонических сигналов вида я 1 пЧ"сояЧ, я 1 пМ соя% вызовет недопустимые искажения выходных сигналов (относительная векторная погрешность больше допустимой) . Это ограничивает точность работы множительного устройства.Цель изобретения - повышение точности работы множительного устройства.Поставленная цель достигается тем,что в известное множительное устройство, содержащее два операционныхусилителя, четыре масштабных резистора, три подстрочных потенциометра,источник стабильного сигнала, компенсирующий и рабочий множительные мосты, в первое и второе плечи множительных мостов включены соответственно первый, второй, третий и четвертый балансировочные резисторы, а в третье и четвертое плечи включены соответственно первый, второй, третийи четвертый элементы с управляемойпроводимостью, выполненные на управляемых полевых транзисторах, истокивсех управляемых полевых транзисторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала, сток первого управляемого транзистора и первый вывод первого балансировочного резистора объединены и подключены к инвертирующему входу первого операционногоусилителя, сток второго управляемого полевого транзистора и первый выводвторого балансировочного Резистораобъединены и подключены к неинвертирующему входу первого операционногоусилителя и через первый масштабныйрезистор подключены к шине нулевого потенциала, сток третьего управляемого полевого транзистора и первый вывод третьего балансировочного резистора объединены и подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, сток четвертого управляемого полевого транзистора и первый вывод четвертого балансировочного резистора объединены и подключены к неинвертирующему,входу второго операционного усилителя и черезвторой масштабный резистор подключены к шине нулевого потенциала, выход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор подключен к его инвертирующему входу и является выходом устройства, инвертирующий вход первого операционного усилителя через четвертый масштабныйрезистор подключен к первому входуустройства, вторые выводы третьего ичетвертого балансировочных резисторов объединены и являются вторым входом устройства, вторые выводы перво924720 четвертом плечах - элементы с управляемой проводимостью, выполненные на управляемых полевых транзисторах 7-10 соответственно из первой 11 и второй 12 согласованных пар, опера ционные усилители 13 и 14, масштабные резисторы 15-18, подстроечные потенциометры 19-24, источник 25 стабильного сигнала, пороговые блоки 26 и 27, элемент И 28, сумматор 29, ис- О точник 30 опорного сигнала, первый ройства 32 и выход устройства 33,Множительное устройство работаетследующим образом,15 20 25 вторые крайние выводы которых подключены к шине нулевого потенциала, выход элемента И подключен к первому крайнему выводу шестого подстроечного 30 инвертирующий вход первого операционного усилителя 13, в цепь обратной связи которого включен идентичный по параметрам рабочего моста 1 компенси, рующий мост 2, а с выхода операционного усилителя 13 сигнал, связанный с сигналом второго сомнакителй 01 зависимостью 0 = 11(01), обратной линеаризуемой характеристике множительного устройства, поступает на затвор полевого транзистора 10 рабочего моста 1. На вторые выводы балансировочных резисторов 3 и 4 компенсирующего моста 2 с подвижного контакта первого подстроечного потенциометра 19 через сумматор 29 подается опорный сигнал с выхода источника 30 опорного сигнала, обратно пропорциональный масштабному коэффициенту множительного устройс 1 ва.Для обеспечения умножения в четы" рех квадрантахс высокой линейностью в каждом из квадрантов и для получения максимального подавления сигнала первого сомножителя 0 на выходе устройства используются соответственно подстроечные потенциометры 20 и 21, на которые поступает стабильный сигнал с выхода источника 25 стабильного сигнала. вод которого подключен к шине нулевого потенциала, затворы первого итретьего управляемых полевых транзисторов соответственно подключены.ксредним выводам второго и третьегоподстроечных потенциометров, первыекрайние выводы которых объединены иподключены к шине нулевого потенциала, а вторые крайние выводы второгои третьего подстроечных потенциометров объединены и подключены к выходу источника стабильного сигнала, затворы второго и четвертого управляемых полевых транзисторов объединеныи подключены к выходу первого операционного усилителя, введены два пороговых блока, элемент И, сумматор,четвертый, пятый и шестой подстроечные потенциометры и источник опорного сигнала, входы первого и второгопороговых блоков соответственно подключены к первому и второму входамустройства, выходы пороговых блоковподключены соответственно к первомуи второму входам элемента И и к первым крайним выводам четвертого и пятого подстроечных потенциометров,потенциометра, второй крайний вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, первый вход сумматора подключен к выходу источника опорного сигнала, второй, третий и четвертый входы сумматора подключены к средним выводам соответственно четвертого, пятого и шестого подстроечных потенциометров, выход сумматора подключен ко второму крайнему выводу первого подстроечного потенци-ометра.Указанное множительное устройство обладает не только высокой термостабильностью, но и обеспечивает перемножение сигналов с масштабным коэфФициентом, равным К, во всех четырех квадрантах, что важно при перемножении гармонических сигналов (при преобразованиях векторных величин).,В предлагаемом устройстве можно . устранить разброс коэффициента передачи в квадрантах с погрешностью ЬКЪ 0,2, а следовательно, уменьшить общую погрешность четырехквадрантных множительных устройств до 0,2-0,5 Ъ, что позволяет существенно повысйть точность четырехквадрантного перемножения сигналов.На чертеже приведена Функциональная схема предлагаемого, устройства.Множительное устройство содержит два идентичных множительных моста - рабочий 1 и компенсирующий 2, каждЫй из которых содержит в первом и втором плечах соответственно балансировочные резисторы 3-6, а в третЬем и 40 45 50 55 65 Вход устройства 31, второй вход устСигнал первого сомножителя 0 поступает на вход 32 устройства. Коэффициент передачи рабочего моста 1 К зависит от сигнала второго сомножителя 01 на входе 31 устройства, а напряжение с выходнойдиагонали рабочего моста 1 К 0 поступает на дифференциальные входы второго операционного усилителя 14.С целью линеаризации характеристики множительного устройства 0 э= = Е(0), нелинейность которой обусловлена нелинейностью зависимости сопротивления сток-исток от напряжения на затворе полевого транзистора 10 (в режиме управляемого резистора) и нелинейной зависимостью коэффициента передачи рабочего моста 1 от изменения сопротивления сток-истокполевого транзистора 10, а также дляобеспечения стабильности устройствасигнал второгосомножителя 0 черезмасштабный резистор 17 поступает наТак как ввиду неизбежного технологического разброса характеристикполевых транзисторов в,интегральнойпаре и неравенства коэффициентовнаклона вольт-амперных характеристикпри смене полярности напряжения стокисток полевого транзистора, при постоянстве напряжения на затворе (присмене знака сигнала на входе 32) вобщем случае в каждом из четырех квадрантов масштабные коэффициенты устройства неравны К )КК К 4, для ихвыравнивания и получения общего коэффициента, равного эталонному К 1, навходы сумматора 29, кроме опорногосигнала, подаются корректирующие сиг"15налы. На второй вход подается сигналс подстроечного потенциометра 24,Ъкоторый уменьшает по абсолютной величине выходное напряжение сумматора29 пропорционально ошибке при сигнале сомножителя на входе 32, имеющемзнак, обратный знаку этого сомножителя в эталонном квадранте К ь К 1=К.На третий вход сумматора 29 подаетсясигнал с движка потенциометра 24,уменьшающий по абсолютной величиневыходное напряжение сумматора 29пропорционально ошибке при сигналесомножителя на входе 31, имеющемзнак, обратный знаку этого сомножи.теля в эталонном квадранте Кьк-к,.На четвертый вход сумматора 29 поступает сигнал с движка подстроечногопотенциометра 23, изменяющий величину выходного напряжения сумматора 29 пропорционально ошибке при 35сигналах на входах 31 и 32, имеющихзнаки, обратные знакам соответствующих сигналов в эталонном квадрантеК ЬК,:К,.Сигнал на подстроечный потенциометр 22 поступает с выхода порогового блока 27 только при сигнале первого сомножителя на входе 32, имею.-,щем знак, противоположный знаку этого сигнала в эталонном квадранте, ана подстроечный потенциометр 24 - свыхода порогового блока 2 б при сигнале второго сомножителя на входе31 со знаком, обратным знаку сигнала второго сомножителя в эталонномквадранте, Сигнал на подстроечныйпотенциометр 23 поступает с выходаэлемента И 28 при знаках сигналовсомножителей, поступающих с выходов31, и 32 на входы элемента 28, проти-,воположных знаком сомножителей в эта лонном квадранте,Предлагаемое множительное устройство позволяет значительно повыситьточность четырехквадрантного перемножения сигналов. 60 ФормуЛа изобретенияМножительйое устройство, содержащее два операционных усилителя, четыре масштабных резистора, три подстроечных потенциометра, источникстабильного сигнала, компенсирующийи рабочий множительные мосты, в первое и второе плечи множительных мостов включены соответственно первый,второй, третий и четвертый балансировочные резисторы, а в третье ичетвертое плечи включены соогветственно первый, второй, третий и четвертый элементы с управляемой проводимостью, выполненные на управляемых полевых транзисторах, истокивсех управляемых полевых транзисторов объединены и подключены к шиненулевого потенциала, сток первогоуправляемого полевого транзистора ипервый вывод первого балансировочного резистора объединены и подключены,к инвертирующему входу первого операционного усилителя, сток второгоуправляемого полевого транзистора ипервый вывод второго балансировочно-го резистора объединены и подключенык неинвертирующему входу первого операционного усилителя и через первыймасштабный резистор подключены к шине нулевого потенциала, сток третьего управляемого полевого транзистораи первый вывод третьего балансировочного резистора объединены и подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, стокчетвертого управляемого полевоготранзистора и первый вывод четвертого балансировочного резистора объединены и подключены к неинвертирующему входу второго операционногоусилителя и через второй масштабныйрезистор подключены к шине нулевогопотенциала, выход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор подключен к егоинвертирующему входу и является выходом устройства, инвертирующий входпервого операционного усилителя через четвертый масштабный резисторподключен к первому входу устройства,вторые выводы третьего и четвертогобалансировочных резисторов объединены и являются вторым входом устройства, вторые выводы первого и второго балансировочных резисторов объединены и подключены к среднему выводу первого подстроечного потенциометра, первый крайний вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, затворы первого и третьего управляемых полевых транзисторов соответственно подключены к средним выводам второго и третьего подстроечных потенциометров, первые крайниевыводы которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, а вторые крайние выводы второго и третьегоподстроечных потенциометров объединены и подключены к выходу источникастабильного сигнала, затворы второго924720 Заказ 2820/67 НИИ ж 732 Подписное Филиал ППП "Патент" У:город, ул.Проектная, 4 и четвертого управляемых полевых транзисторов объединены и подключены квыходу первого операционного усилителя, о т л и ч а ю ш е е с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены два пороговых блока, 5элемент И, сумматор, четвертый, пятый и шестой подстроечные потенциометры и источник опорного сигнала,входы первого и второго пороговыхблоков соответственно подключены 10к первому и второму входам устройства, выходы пороговых блоков подклю.чены соответственно к первому ивторому входам элемента И и к первымкрайним выводам четвеРтого и пятогоподстроечных потенциометров,.вторыекрайние выводы которых подключенык шине нулевого потенциала, выход1 элемента И подключен к первому крайнему выводу шестого подстроечногопотенциометра, второй крайний выводкоторого подключен к шине нулевогопотенциала, первый вход сумматораподключен к выходу источника опорногосигнала, второй, третий и четвертыйвходы сумматора подключены к среднимвыводам соответственно четвертого,пятого и шестого подстроечных потенциометров, выход сумматора подключенк второму крайнему выводу первого подстроечного потенциометра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 661561, кл. 6 06 С 7/16, 1977.2, Электронная техника в автоматике. М., Советское радио, 1976,М 8, с. 253-256, рис. 2 (прототип).