Перемножувач електричних сигналів

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, а также в схемах управления приводами переменного тока. Известно устройство для перемножения электрических сигналов [1], содержащее безинерционный умножитель, операционный усилитель, конденсаторы, постоянные и переменные резисторы. Недостатком известного устройства является невысокая точность перемножения сигналов, обусловленная влиянием смещений на входах и вы ходе безинерционного умножителя на результат перемножения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является перемножитель электрических сигналов [2], содержащей первый и второй переключатели полярности, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами перемножителя, безинерционный умножитель, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго переключателей полярности, управляющие входы последних подключены к первому выходу блока синхронизации, фазочувствительный выпрямитель, информационный вход которого подключен к выходу безинерционного умножителя, управляющий вход - ко второму выходу блока синхронизации, а выход - к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом перемножителя. В известном устройстве исключается влияние смещений на входах и вы ходе безинерционного блока умножения на точность перемножения сигналов. Недостатком известного устройства является невысокая точность перемножения переменных во времени сигналов, обусловленная возникновением динамической погрешности перемножения. Задачей изобретения является создание перемножителя электрических сигналов, в котором использование фильтра нижних частот с более широкой полосой позволяет уменьшить динамическую погрешность и тем самым повысить точность перемножения переменных во времени электрических сигналов. Решение поставленной задачи достигается тем, что в перемножитель электрических сигналов, содержащий первый и второй переключатели полярности, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами перемножителя, безинерционный; умножитель, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго переключателей полярности, а управляющие входы последних подключены к первому входу блока синхронизации, усредняющий сумматор, выход которого является выходом перемножителя, введен переключатель с памятью, информационный вход которого подключен к выходу безинерционного умножителя, управляющий вход - ко второму выходу блока синхронизации, а первый и второй выходы - подключены соответственно, к суммирующему и вычитающему входам усредняющего сумматора. На фиг. 1 представлена функциональная схема перемножителя электрических сигналов; на фиг. 2 - схема блока синхронизации; на фиг. 3 - схема переключателя полярности, а на фиг. 4 - эпюры сигналов в узловых точках перемножителя электрических сигналов. Перемножитель электрических сигналов содержит безинерционный умножитель 1, переключатели 2, 3 полярности, переключатель 4 с памятью, блок 5 синхронизации и усредняющий сумматор 6. Безинерционный умножитель 1 подключен входами к выходам переключателей 2, 3 полярности, а выходом к информационному входу переключателя 4 с памятью. Блок 5 синхронизации подключен первым выходом 7 к управляющим входам переключателей 2, 3 полярности, а вторым выходом 8 к управляющему входу переключателя 4 с памятью. Первый и второй выходы переключателя 4 с памятью подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам усредняющего сумматора 6, выход которого является выходом перемножителя. Входами перемножителя являются входы переключателей 2, 3 полярности. Переключатель 4 с памятью может быть выполнен на основе ключей 9, 10 и накопительных конденсаторов 11, 12. Информационным входом переключателя 4 являются объединенные входные выводы ключей 9, 10, управляющим входом - объединенные управляющие входы ключей 9, 10, а выходами - выходные выводы ключей 9, 10. При этом выходные выводы ключей 9, 10 соединены с первыми выводами конденсаторов 11, 12 соответственно, вторые выводы которых подключены к общей шине. Блок 5 синхронизации содержит последовательно соединенные мультивибратор 13, триггер 14, элемент 15 НЕ и элемент 16 И, а также последовательно соединенные делитель 17 частоты и элемент НЕ 18. При этом делитель 16 частоты подключен входом к выходу мультивибратора 13, а выходом дополнительно ко второму входу элемента 16 И. Первым выходом 7 блока 5 синхронизации являются выходы триггера 14 и элемента 16 И, а вторым выходом 8 - выход элемента 18 НЕ. Каждый переключатель 2, 3 полярности выполнен на основе схемы 19 вычитания и ключей 20, 21. Ключ 20 соединяет первый неинвертирующий вход схемы 19 вычитания с ее инвертирующим входом, а ключ 21 подключает второй неинвертирующий вход схемы 19 к общей шине. Информационным входом переключателя полярности является инвертирующий вход схемы 19 вычитания, управляющим входом - управляющие входы ключей 20, 21, а выходом - выход схемы 19 вычитания. Устройство работает следующим образом. Цикл работы устройства определяется периодом следования управляющих импульсов переключателя 4 с памятью. В промежутках между управляющими импульсами на суммирующем входе усредняющего сумматора 6 формируется сигнал где X, Y - перемножаемые сигналы, DX, DY, D - смещения на соответствующи х входа х и вы ходе безинерционного умножителя, f - периодическая знакопеременная функция с единичной амплитудой и с периодом 2t, t - период выходных импульсов одновибратора 13. С приходом управляющих импульсов ключ 9 размыкается, а ключ 10 замыкается. Накопительный конденсатор 11 отключается от выхода безинерционного умножителя 1, запоминая выходное напряжение умножителя 1 в момент размыкания ключа 9. Управляющие импульсы вырабатываются достаточно узкими, чтобы за время длительности импульсов результат перемножения сигналов не смог заметно измениться. В силу этого во время прихода управляющих импульсов на вход переключателя 4 с памятью сигнал на суммирующем входе усредняющего сумматора 6 также будет описываться выражением (1). На время длительности управляющих импульсов накопительный конденсатор 12 подключается через ключ 10 к выходу безинерционного умножителя 1. В это время с помощью переключателей 2, 3 полярности на первый и второй входы умножителя 1 подаются нулевые задания, и в силу этого на его выходе формируется сигнал Поскольку смещения DX, DY, D являются слабо меняющимися сигналами; то после прихода нескольких управляющих импульсов накопительный конденсатор 12 зарядится до установившегося значения, и сигнал на инвертирующем входе усредняющего сумматора 6 будет описываться выражением (2). На фиг. 4 приведены сфазированные диаграммы сигналов на выходах блоков, иллюстрирующие работу перемножителя электрических сигналов, где Ui-j-сигнал на j-ом выходе I-го блока, j=1,2; i=4,13,..., 18. Усредняющий сумматор 6 состоит из последовательно соединенных безинерционного сумматора и фильтра нижних частот с амплитудно-фазовой характеристикой Ф ( j w). Поскольку на суммирующий и вычитающий входы усредняющего сумматора 6 приходят сигналы, описываемые выражениями (1), (2), то выходной сигнал перемножителя электрических сигналов запишется в виде: где Ф {× } - оператор, отображением которого в комплексной области является амплитудно-фазовая характеристика Х . Y - полезный выходной сигнал перемножителя, - статическая и динамическая погрешности перемножения. Статическая погрешность перемножения в полной мере зависит от несущей частоты модулированной помехи f ( X × DY + Y × DX), т.е. о т частоты w н знакопеременной периодической функции f. При выборе фильтра нижних частот, эффективная полоса пропускания которого ограничивается частотой w ф < w н , модулированная помеха отфильтровывается и не проходит на выход перемножителя электрических сигналов. Динамическая погрешность перемножения d д определяется соотношением между эффективной полосой пропускания фильтра нижних частот и спектральной характеристикой полезного выходного сигнала Х . Y. Чем шире полоса пропускания фильтра нижних частот, тем меньше вносимая динамическая погрешность. В предлагаемом перемножителе электрических сигналов несущая частота модулированной помехи w н = p / t, где t - период выходных импульсов одновибратора, тогда как в известном перемножителе w н = p / 2t, т.е. в предлагаемом перемножителе несущая частота в два раза выше, чем в известном устройстве. Это позволяет воспользоваться более широкополосным фильтром нижних частот, тем самым уменьшить динамическую погрешность перемножения, т.е. повысить точность перемножения переменных во времени электрических сигналов. Таким образом, введение в перемножитель электрических сигналов переключателя с памятью позволяет воспользоваться усредняющим сумматором с более широкой полосой пропускания, тем самым повысить точность перемножения переменных во времени электрических сигналов.