Аналоговый умножитель

Союз Советски кСоциалистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 945871(22)Заявлено 07. 07,80 (21) 2995854/18-24с присоединением заявки РЙ(5 )М, Кд,О 06 О 7/163 Ъеудареткнный комнтет СССР ню делам нзабретеннй н, открытий(72) Автор изобретейия В, В. Иванютин Куйбышевский электротехнический институт св(54) АНАЛОГОВЫЙ УИНОЖИТЕЛЬ 1Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сигналов, измерительных приборах и системах связи.5Известны аналоговые умножители, основанные на принципе управления коэффициентом передачи управляемого аттенюатора, в состав которых входят элементы с регулируемым сопротивлением, например полевые транзисторыИзвестные умножители характеризуются низкой точностью и узким частотным диапазоном входных сигналов,Наиболее близким к изобретению является аналоговый умножитель, содержащий входной дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен через первый и второй 20 масштабные резисторы соответственно к источнику первого перемножаемого сигнала и источнику напряжения смещения, а неинвертирующий - через 2третий масштабный резистор к шине нулевого потенциала, первый и второй управляемые резисторы, выполненные, например, на полевых транзисторах, масштабные резисторы, делитель напряжения и выходной дифференциальный усилитель 2 1.Недостатками известного умножителя являются снижение его точности при расширении спектров входных сигналов, невысокая температурная стабильность коэффициента преобразования и начального выходного уровня. Это связано с тем, что в нем применяются дифференциальные усилители, вно.- сящие значительные фазовые сдвиги высокочастотных составляющих спектров сигналов и обладающие дрейфом нуля, а также тем, что в области высоких частот сопротивления межэлектроднцх емкостей полевых транзисторов, уменьшаются,и через эти емкости протекают сравнительные большие токи. Так, например, через емкость затворЦепь коррекции температурной погрешности содержит два последовательно соединенных постоянных резистора, первый вывод первого постоянного ре" зистора является входом цепи коррекции температурной погрешности, а втотора подключен к шине нулевого потенциала, и терморезистор, включенный параллельно второму постоянному резистору, второй вывод первого посто" янного резистора является выходом цепи коррекции .температурной погрешности,На Фиг. 1 приведена Функциональная схема аналогового умножителя;на фиг. 2 - функциональная схема кордва управляемых делителя напряжения 1 и 2, состоящих из постоянных резисторов 3 и 4 и полевых транзисторов 5и б, дифференциальный усилитель 7,корректирующий преобразователь 8,симметрирующий переменный резистор 9,неинвертирующий 10 и ин=ертирующий11 масштабные преобразователи и нейтрализующие конденсаторы 12 и 13.Корректирующий преобразователь 8содержит два усилительных блока 14и 15, цепь коррекции температурнойпогрешности 1 б, выполненную на резисторах 17 и 18 и терморезисторе 19фазосдвигающая КС-.цепь 20, выполненную на резисторе 21 и конденсаторе 22.Аналоговый умножитель работаетследующим образом,Управляемые делители напряжения 1и 2 выполняют операции аналоговогоперемножения, Формируя выходной сигнал, содержащий составляющую, пропорциональную произведению их входногои управляющего напряжений.Усилитель 7 служит для выделенияи усиления разности выходных сигналовуправляемых делителей напряжения, про"порциональной произведению входныхсигналов умножителя.Корректирующий преобразователь 8обеспечивает коррекцию частотной итемпературной погрешностей перемножителя и преобразование масштаба пер-.вого перемножаемого сигнала, поступающего через него на входы управляемых делителей напряжения,Коррекции. температурной погрешности умножителя можно достигнуть,введя в канал преобразования одного 3 945871 4сток полевого транзистора протекаетток, обусловленный подводимым к цепизатвора сигналом. Указанный ток протекает через участок исток-сток полевого транзистора и вызывает появ 5ление на этом участке напряжения,складывающегося с выходным сигналом рой вывод второго постоянного резисуправляемого аттенюатора, Это ведетк повышению погрешности умножения,увеличивающейся с ростом частотысигнала, действующего в цепи затвора.Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона входных сигналов,Эта цель достигается тем, что ваналоговый умножитель, содержащийдифференциальный усилитель, выходкоторого является выходом умножителя ректирующего преобразователя.и два управляемых делителя напряже- .Аналоговый умножитель содержитния, введены инвертирующий и неинвертирующий масштабные преобразователи,корректирующий преобразователь, симметрирующий переменный резистор и дванейтрализующих конденсатора, входкорректирующего преобразователя является первым входом умножителя, а выход - подключен к среднему ьыводу симметрирующего переменного резистора,крайние выводы которого соответственно подключены к информационным входамуправляемых делителей напряжения, входы инвертирующего и неинвертирующегомасштабных преобразователей обьединены и являются вторым входом умножителя, выход инвертирующего масштабногопреобразователя подключен к управляющему входу первого управляемого делителя напряжения и через первый нейтрализующий конденсатор подключен квыходу второго управляемого делителяЩнапряжения и к, первому входу дифференциального усилителя, выход неинвертирующего масштабного пРеобразователяподключен к управляющему входу второго управляемого делителя напряженияи через второй неитрализующий конденм45сатор подключен к выходу .первого управляемого делителя напряжения и квторому входу дифференциального усилителя.Корректирующий преобразователь содержит последовательно включенные пер-,вый усилительный блок, цепь коррекциитемпературной погрешности, второйусилительный блок и ФазосдвигающуюкС-цепь выход которой является выходом преобразователя, вход первого усилительного блока является входом преобразователя.71 6степени, а фазовая характеристика в области высоких частот такова, что усиливаемый сигнал получает положительный фазовый сдвиг.Введение в схему симметрирующего переменного резистора 9 позволяет выравнивать коэффициенты передаци управляемых делителей напряжения по входному сигналу для подавления в выходном сигнале перемножителя состав- ляющей, пропорциональной входному напряжению управляемых делителей напряжения.Неинвертирующий 10 и инвертирующий 11 масштабные преобразователи обеспечивают преобразование масштаба второго входного перемножаемого сигнала. Они имеют одинаковые по величине, но отличающиеся по фазе на 180 выходные напряжения.Нейтрализующие конденсаторы 12 и 13 введены для нейтрализации в цепях исток-сток полевых транзисторов токов, протекающих через емкости затвор-сток под действием выходных сигналов масштабных преобразователей и вызывающих появление погрешности перемножения, возрастающей с частотой этих сигналов.Зависимость сопротивления исток- сток полевых транзисторов с р-и переходом при малых напряжениях между истоком и стоком выражается формулойО е К Осгде ОСО- созначении Оунапряжения см ОСО Ъ еление и нулевомеличиныфициент ящее от я, а ко 5 948из входных сигналов умножителя цепь,коэффициент передачи которой уменьшается при увеличении температуры.8 данном умножителе такую цепь содержит корректирующий преобразователь 8.Частотная погрешность перемножителя определяется неравномерностьюамплитудно-частотных характеристикмасштабных преобразователей (они 1 Оидентичны) и корректирующего преобразователя 8, Разность фазо-частотных характеристик указанных узлов перемножителя изменяет величину постоянной составляющей выходного, напряжения перемножителя, пропорциональной созЧ.Для коррекции частотной погрешности перемножителя связанной с изменением разности фазо-частотных характеристик каналов преобразованияпервого и второго входных сигналов,в один из этих каналов должен бытьвведен фазовый корректор, обеспечивающий коррекцию фазо-цастотной ха- Ирактеристики одного из каналов, Коррекция заключается в достижении идентичности фазо-частотных характеристикканалов в полосе частот входных сиг.налов, В качестве такого корректора зеиспользуется фазосдвигающая ВС-цепь22, которая входит в состав корректи.рующего преобразователя,Усилительные блоки 14 и 15 обеспечивают усиление первого перемножаемо-го сигнала.35.Цепь 16 коррекции температурнойпогрешности представляет собой делитель напряжения, коэффициент передачикоторого падает с увеличением темпера 40туры. Резистор 18 введен для выравнивания относительного изменения коэффициента передачи делителя. Это является необходимым в виду того, что зависимость сопротивления терморезистора4319 от температуры обычно бывает нелинейной,фазосдвигающая ВС-цепь 22 обеспечивает отрицательный фазовый сдвигпервого перемножаемого сигнала, возрастающии с увеличением частоты. ТачМкая цепь позволяет корректировать частотную погрешность широкополосногоумножителя, содержащего масштабныепреобразователи 10 и 11, представляющие собой широкополосные резисторныеусилители, комплексный коэффициентпередачи которых описывается линейнымдифференциальным уравнением первой гд О - сопротивление материала канала; О- напряжение на затворе; О о - напряжение на затворе, соответствующее перекрытию канала; Ч - контактная разность потенциалое.При постоянном напряжении смешения О и малых по отношению сумме Ос и Ч значениях напряжения О, действующего в цепи затвора, заейсимость сопротивления исток-сток полевых транзисторов с каналом и-типа от величины О может быть достатоцной точностью аппроксимирована выражением.9 9458 . реэ емкости затвор-сток полевых тран" эисторов и выходные цепи управляемых делителей напряжения. Нейтрализация объясняется тем, что каждый иэ конденсаторов имеет емкость, равную ем- з кости затвор-сток и подключен к выходу масштабного преобразователя, на .выходе которого .напряжение в любой момент времени имеет полярность, противоположную полярности напряжения, поступающего с выхода другого масштабного преобразователя на нейтрализуемую емкость затвор"сток. Нейтрализация емкостей затвор-сток снижает связанную с ниии частотнозависимую погрешность умножения.Введение в схему корректирующего преобразователя, симметрирующего переменного резистора, неинвертирующего и инвертирующего масштабных пре образователей (их можно заменить од-, ним преобразователем с парафазнымвыходом), а также нейтралиэующих конденсаторов позволяет значительно снизить погрешности умножителя и расшн рить его частотный диапазон до десятков МГц. 1, Аналоговый умножитель, содержащий дифференциальный усИЬитель, выход которого является. выходом умно- жителя и два управляемых делителя ЭЗ напряжения, о т л и ч а ю щ и й с яФтем,. что с целью .повышения точности и расширения частотного диапазона входных сигналов, в него введены инвертирующий и неинвертирующий масшаб-ные преобразователи, корректирующий преобразователь, симметрирующий переменный резистор и два нейтрализующих конденсатора, вход корректирующего преобразователя является первымФВ входом умножителя, а выход - подключен к среднему выводу симметрирующего переменного резистора, крайние выводы которого соответственно подключены к информационным входам первого и второго управляемых делителей напряжения, входы инвертирующего и неинвертирующего масштабных преоб 71 10разователей объединены и являются вто;рым входом умножителя, выход инвертирующего масштабного преобразователяподключен к управляющему входу первого управляемого делителя напряженияи через первый нейтрализующий конденсатор подключен к выходу второго управляемого делителя напряжения и кпервому входу дифференциального усилителя, выход неинвертирующего масштабного преобразователя подключен куправляющему входу второго управляемого делителя напряжения и через второйнейтрализующйй конденсатор подключенк выходу первого управляемого делителя напряжения и к второму входу дифференциального усилителя.2, Умножитель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что корректирующий преобразователь содержит последовательно включенные первый усилительный блок, цепь коррекции температурной погрешности, второй усилительный блок и фазосдвигающая ВС-цепь,выход которой является выходом преобразователя, вход первого усилительного блока является входом преобразо,вателя.3, Умножитель по пп, 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что цепькоррекции температурной погрешностисодержит два последовательно соединенных постоянных резистора, первыйвывод первого постоянного резистораявляется входом цепи коррекции температурной погрешности, а второй вывод второго постоянного резистораподключен к шине нулевого потенциала,и терморезистор, включенный параллельно второму постоянному резистору, второй вывод первого постоянного резистора является выходом цепи коррекциитемпературной погрешности,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 453703, кл. С 06 6 7/16, 19732. М 111 ег. А,К.Н. ТещрегайцгеСоарепэаед апа 1 од щц 1 й 1 р 1 1 ег. % 1 есгоп 1 сэ 1 еййегз", 9 йЬ, 5 ррйеаЬег, 1971, Чо 1. 7, й 18 (прототип).ооизлз иауФаи рекИИПИ Заказ 5332/68 Тираж 73 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. одписное ШЮШШШ В Вжектная, 4