Перемножающее устройство

(54)(57) ПЕРЕМНОЖА 1 ОЩЕЕ УСТРОЙСТВО,содержащее первый операционный усилитель, инвертирующий вход которогосоединен с первым выводом первогомасштабного резистора, второй выводкоторого является входом первогосигнала-сомножителя, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен второймасштабный резистор, неинвертирующийвход первого операционного усилителя через третий масштабный резисторсоединен с шиной нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя подключен к первому выводучетвертого масштабного резистора,второй вывод которого соединен спервым выводом пятого масштабногорезистора, второй вывод которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, первый,второй, третий и четвертый усилительные транзисторы, эмиттеры первого и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ(71) Ленинградский ордена Лениордена Октябрьской Революции ина Трудового Красного Знамениинститут им. Г.В. Плеханова"Радио и связь", 1981, с. 95 рис. 3.17 б.2. Авторское свидетельствопо заявке 9 3532136/18-24,кл, С 06 С 7/16, 1982. ЯО 1168971 второго усилительных транзисторовподключены к второму выводу четвертого масштабного резистора, коллекторы первого, второго, третьего ичетвертого усилительных транзисторовчерез соответствующие первьй, второйтретий и четвертый резисторы нагрузки соединены с выходом источника напржения, база первого усилительноготранзистора соединена с первыми выводами первого резистора смещения ипервого токоограничительного резистора, база второго усилительноготранзистора соединена с первыми выводами второго резистора смещения,второго токоограничительного резистора и с базой четвертого усилительного транзистора, эмиттер которогосоединен с эмиттером третьего усилительного транзистора, база которогоподключена к первому выводу третьего резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторыми выводамипервого и второго резисторов смещения и с шиной нулевого потенциала,второй вывод первого токоограничительного резистора подключен к подвижному контакту балансировочногопотенциометра, второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводом терморезистора,второй вывод которого является входомвторого сигнала сомножителя, второйоперационный усилитель между инвертирующим входом и выходом котороговключен шестой масштабный резистор,к неинвертирующему и инвертирующемувходам второго операционного усилителя подключены соответственно колекторы первого и второго усилитель1168971 ных транзисторов, первый вывод седь-:мого масштабного резистора подключенк неинвертирующему входу второго опе.рационного усилителя, выход которогоявляется выходом устройства, источник напряжений смещения, к выходамкоторого подключены первый и второйвыводы балансировочного потенциомет- .ра, общий выход источника напряжений смещения подключен к шине нулевого потенциала, третий операцинныйусилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен восьмой масштабный резистор, второй вывод седьмого масштабного резисторасоединен с выходом третьего операционного усилителя, неинвертирующийвход которого через девятый масштабный резистор подключен к шине нулево.го потенциала, коллекторы третьегои четвертого усилительных транзисторов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя,десятый масштабный резистор, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности в работе путемрасширения диапазона величин входныхсигналов, снижения дрейфа нулевогоуровня и расширения области применения за счет реализации перемножениянаалгебраическую сумму сигналов,в него введены четвертый операционный усилитель, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатыймасштабные резисторы, третий, четвертый, пятый и шестой токоограничительные резисторы, первый и второйограничительные диоды, причем инвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с первым выИзобретение относится к электрическим вычислительным устройствам иможет быть использовано в аналоговых вычислительных машинах,Известно перемножающее устройство, 5содержащее дифференциальный усилитель.ный каскад, операционные усилители,масштабные и токоограничительныерезисторы 11 . водом десятого масштабного резистора,второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом четвертого операционного усилителя включенодиннадцатый масштабный резисторнеинвертирующий вход четвертого операционного усилителя через двенадцатыймасштабный резистор соединен с первымвходом устройства, выход четвертогооперационного усилителя подключен кпервому выводу тринадцатого масштабного резистора, второй вывод которогосоединен с эмиттером третьего и четвертого усилительных транзисторов, санодом первого ограничительного диода и с первым выводом четырнадцатогомасштабного резистора, второй выводкоторого подключен к неинвертирующему входу четвертого операционногоусилителя, катод первого ограничительного диода соединен с шиной нулевогопотенциала и с катодом второго ограничительного диода, анод которогосоединен с вторым выводом четвертогомасштабного резистора, первый выводтретьего токоограничительного резистора соединен с базой третьего усилительного транзистора, второй выводтретьего токоограничительного резистора соединен с вторым"подвижным контактом балансировочного потенциометра, первые выводы четвертого, пятогои шестого токоограничительных резисторов подключены к базам соответственно первого, второго и третьегоусилительных транзисторов, вторыевыводы четвертого, пятого и шестоготокоограничительных резисторов соеди.иены и являются входом дополнительного сигнала-слагаемого устройства. Недостатком этого устройства является невысокая точность в работе вбольшом диапазоне величин входныхсигналов.Наиболее близким к предложенномуявляется перемножающее устройство,содержащее первый операционный усили.тель, инвертирующий вход которогосоединен с первым выводом первогомасштабного резистора, второй выводкоторого является первым входом устройства, между инвертирующим входоми выходом первого операционного усилителя включен второй масштабный резистор, неинвертирующий вход первогооперационного усилителя через третиймасштабный резистор соединен с шинойнулевого потенциала, выход первогооперационного усилителя подключен кпервому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которогосоединен с первым выводом пятогомасштабного резистора, второй выводкоторого подключен к неинвертирующе 1му входу первого операционного усилителя, гервый и второй, третий ичетвертый усилительные транзисторы,эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов подключены к второму выводу четвертого масштабного резистора, коллекторы первого, второго, третьего и четвертого усилительных транзисторов через соответствующие первый и второй, третий и четвертый резисторы нагрузки соединеныс первым выходом источника напряжения, второй выход которого черезвосьмой Масштабный резистор соедийенс инвертирующим входом первогооперационного усилителя, база первого усилительного транзистора соединена с первыми выводами первого резистора смещения и первого токоогра"ничительного резистора, база второгоусилительного транзистора соединенас первыми выводами второго резисторасмещения и второго токоограничительного резистора и с базой четвертогоусилительного транзистора, эмиттеркоторого соединен с первым выводомтокозадающего резистора и с эмиттером третьего усилительного транзистора, база которого подключена кпервому выводу третьего резисторасмещения, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого ивторого резисторов смещения и с шинойнулевого потенциала, второй выводпервого токоограничительного резистора подключен к подвижному контактубалансировочного потенциометра, второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводом термореэистора, второй выводкоторого является вторым входом устройства, второй операционный усилитель между инвертирующим входом и выходс и которого включен шестой масштабный резистор, к неинвертирующемуи инвертирующему входам подключенысоответственно коллекторы первого н 5 второго усилительных транзисторов,первый вывод седьмого масштабногорезистора подключен к неинвертирующему входу второго операционногоусилителя, выход которого является 10выходом устройства, источник напряжений смещения, к выходам которогоподключены первый и второй выводыбалансировочного потенциометра ивторой вывод токозадающего резистораФобщий выход источника напряженийсмещения подключен к шине нулевогопотенциала, третий операционныйусилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен девятый масштабный резистор, второйвывод седьмого масштабного резисторасоединен с выходом третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через десятый масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, коЛлекторы третьего и четвертого усилительных транзисторов соединены соответственно синвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, первый и второй выводы блока коррекции соединены с выводами первогомасштабного резистора 23 .Недостатками известного устройст ва являются узкий диапазон изменениявеличин входных сигналов из-эа неполного использования первого операционного усилителя, значительный дрейфнулевого уровня и узкая область при менения.Цель изобретения - повышение точности в работе путем расширения диапазона величин входных сигналов, снижения дрейфа нулевого уровня и рас ширения области применения за счетреализации перемножения на алгебраическую сумму сигналов.Указанная цель достигается тем,что в известное перемножающее уст ройство, содержащее первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом пер.вого масштабного резистора, второйвывод которого является входом пер вого сигнала-сомножителя, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включенвторой масштабный резистор, неийвер 116897140 45 50 55 тирующий вход первого операционногоусилителя через третий масштабныйрезистор соединен с шиной нулевогопотенциала, выход первого операционного усилителя подключен к первомувыводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединенс первым выводом пятого масштабногорезистора, второй вывод которогоподключен к неинвертирующему входупервого операционного усилителя,первый, второй, третий и четвертыйусилительные транзисторы, эмиттерыпервого и второго усилительныхтранзисторов подключены к второмувыводу четвертого масштабного резистора, коллекторы первого и второго,третьего и четвертого усилительныхтранзисторов через соответствующиепервый и второй, третий и четвертыйрезисторы нагрузки соединены с выходом источника напРяжения, база первого усилительного транзистора .соединена с первыми выводами первогорезистора смещения и первого токоограничительного резистора, базавторого усилительного транзисторасоединена с первыми выводами второгорезистора смещения и второго токоограничительного резистора и с базойчетвертого усилительного транзистора,эмиттер которого соединен с эмиттером третьего усилительного транзистора, база которого подключена к первому выводу третьего резистора смещения, второй вывод которого соединен свторыми выводами первого и второгорезисторов смещения и с шиной нулевого потенциала, второй вывод первоготокоограничительного резистора подключен к подвижному контакту баланси"ровочного потенциометра, второй вывод второго токоограничительного резистора соединен с первым выводомтерморезистора, второй вывод которого является входом второго сигналасомножителя, второй операционный усилитель между инвертирующим входом ивыходом которого включен шестой масштабный резистор, к неинвертирующемуи инвертирующему входам второго операционного усилителя подключены соответственно коллекторы первого и второго усилительных транзисторов, первый вывод седьмого масштабного резистора подключен к неинвертирующемувходу второго операционного усиди 5 10 15 20 25 30 35 теля, выход которого является выходомустройства, источник напряжений сме-,щения, к выходам которого подключеныпервый и второй выводы балансировочного потенциометра, общий выход источника напряжений смещения подключен к шине нулевого потенциала, третий операционный усилитель, междуинвертирующим входом и выходом которого включен восьмой масштабныйрезистор, второй вывод седьмого масш.табного резистора соединен с выходом.третьего операционного усилителя,неинвертирующий вход которого черездевятый масштабный резистор подключен к ши 1 Ге нулевого потенциала,коллекторы третьего и четвертогоусилительных транзисторов соединенысоответственно с инвертирующим инеинвертирующим входами третьего опе.рационного усилителя, десятый масштабный резистор, введены четвертыйоперационный усилитель, одиннадцатьй, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый масштабные резисторы,третий, четвертый, пятый и шестой .токоограничительные резисторы,первый и второй ограничительные диоды, причем инвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с первым выводом десятого .масштабного резистора, второй выводкоторого соединен с шиной нулевогопотенциала, между инвертирующим входом и выходом четвертого операционного усилителя .включен одиннадцатыймасштабный резистор, неинвертирующий вход. четвертого операционного усилителя через двенадцатый масштаб.ный резистор соединен с первым вхо-дом устройства, выход четвертого опе.рационного усилителя подключен к первому выводу тринадцатого масштабного резистора, второй вывод которогосоединен с эмиттерами третьего ичетвертого усилительных транзисторов,с анодом первого ограничительногодиода и с первым выводом четырнадцатого масштабного резистора, второйвывод которого подключен к неинвертирующему входу четвертого операцион.ного усилителя, катод первого ограничительного диода соединен с шинойнулевого потенциала и с катодом второго ограничительного диода, анодкоторого соединен с вторым выводомчетвертого масштабного резистора.= К( 0)ф 25 30 35 40 45 50 55 первый вывод третьего токоограничительного резистора соединен с базой третьего усилительного транзистора, второй вывод третьего токоограничительного резистора соединен с вторым подвижным контактом балансировочного потенциометра, первые выводы четвер" того, пятого и шестого токоограничительных резисторов подключены к ба. зам первого, второго и третьего усилительных транзисторов, вторые выводы четвертого, пятого и шестого токоограничительных резисторов соеди. нены и являются входом дополнительного сигнала-слагаемого устройства.На чертеже показана функциональная схема предложенного перемножаю- щего устройств.:Схема содержит первый 1, второй 2,третий 3, четвертый 4, пятый 5, шес.той 6, седьмой 7, восьмой 8, девятый 9, десятый 10, одиннадцатый 11, двенадцатый 12, тринадцатый 13 и четырнадцатьп 14 масштабные резисторы, операционный усилитель 15, первый 1 б, второй 17 и третий 18 резис", торы смещения, источник 19 напряжения, источник 20 напряжений смещения, балансировочный резистор 21, терморезистор 22, первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 усилительные транзисторы, первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 резисторы нагрузки, второй 31 и третий 32 операционные усилители, шина 33 нулевого потенциала, входы первого 34 и второго 35 сигналов-сомножителей, выход 36, четвертый операцион. ный усилитель 37, первый 38 и второй 39 ограничительные диоды, первый 40, второй 41, третий 42, четвертьп 43, пятый 44 и шестой 45 токоограничительные резисторы, вход 46 дополнительного сигнала-слагаемого.Перемножающее устройство работает следующим образом.Сигналом, подаваемым на второйвход 35, изменяется внутреннее сопротивление одного иэ пары первого 23 ивторого 24 усилительных транзисторовПоэтому ток, поступающий в их эмиттерные цепи от преобразователя напряжение - ток, образованного первым операционным усилителем 15 совместно с первым 1, вторым 2, третьим 3, четвертым 4 и пятым 5 масштабными резисторами, при подаче на первый вход 34 напрфкения пере- распределяется между первым 23 и вторьм 4 усилительными транзисторами,Эа возникающий между их коллекторами дифференциальный сигнал усиливается вторым операционным усилителем 31. Так как коэффициент усиления дифференциального каскада, образованного первым 23 и вторым 24 усилительными транзисторами, зависит от величинывыходного тока преобразователя напряжение - ток, задаваемого положительным напряжением на первом входе 34,то сигнал на выходе второго операционного усилителя 31 (при входных сиг налах усилительных транзисторов Б гг, где Чг =25 мВ - тепловой потенциал) оказывается пропорциональным произведению сигналов на первом34 и втором 35 входах где У и У, - напряжения на первом34 и втором,35 входах.Аналогично работает дифференциаль ный каскад, образованный третьим 25 и четвертым 26 усилительными тран" зисторами, совместно с третьим операционным усилителем 32 с той разницей, что преобразователь. напряжениеток, образованный четвертым операционным усилителем 37, совместно с десятым 10, одиннадцатым 11, двенадцатым 12, тринадцатым 13 и четырнадцатым 14 масштабными резисторами выполнен так, что вырабатывает ра" бочий ток при отрицательной полярности сигнала на первом входе 34, а инвертирующий и неинвертирующий входы третьего операционного усилителя 321 включены так, что сигнал, поступающий на базы второго 24 и четвертого 26 усилительных транзисторов;с второго входа 35 вызывает на выходе третьего операционного усилителя 32 сигна;: с полярностью, противоположной полярности сигнала,на выходе второго операционного усилителя 31,Так как первый 38 и второй 39еограничительные диоды устраняютнежелательное влияние положительного выходного напряжения на выходахчетвертого 37 и первого 15 операционных усилителей на работу дифференциальных каскадов, а сигнал с выхода третьего операционного усилителя 32 поступает на неинвертирующий входе второго операционного усилителя 31, то на его выходе формируется суммарный сигналК 1. Б. Б,= Б(3)Заданная линейность характеристи ки и допустимое значение пролезания" входного сигнала на выход обеспечивается подбором величин сопротивлений второго резистора 17 смещения, второго токоограничительного резистора 41 и терморезистора 22 согласно известному точному выражению для умножителя.Подбор отношения величин второго 41, четвертого 43, пятого 44 и шестого 45 токоограничительных резисторов (КК и Й) ет выполнять умножение на алгебраическую сумму сигналов, т.е. обеспечивается введение сигналов обратных связей (Бо) (важно при реализации замкнутых автоматических устройств) согласно выражениямБ 1 Ж +По ) (4) (при К,=К= 5 о Е=К где К,У с учетом термосопротивления 22);(6) (1 з К П 1 (1-1 г О) 20 Ло сравнению с известным устройст.вом предложенное перемножающее устройство характеризуется более широким диапазоном вепичин входных сигналов, более низким дрейфом нулево го уровня и расширенной областьюприменения, так как реализует перемножение на алгебраическую сумму сигналов.Кроме того, так как введены одновременно четвертый 43 и шестой 45токоограничительные резисторы, влияющие на выходной сигнал только 10соответственно при ИО и Б ( О, ипятый токоограничительный резистор44, влияющий на выходное напряжениенезависимо от знака сигнала на первом входе 34, то возможно введениеобратных связей с глубиной и знаком, 15установленными в зависимости от зна-ка сигнала на первом входе 34 соглас"но выражению: