Аналоговое множительное устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реснублик

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт, сеид-ву (22) 3аявлеио 291079 (21) 2835283/18-24 (51) М. КЛ. с присоединением заявки Нов

G G 7/162

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230781, Бюллетень Мо 27

Дата опубликования описания 2307,81 (53) УДК 681. 335 (088.8), (72) Авторы изобретения

f I .,4 .:;..; л

1

A.Â.Ñòðàòoíoâ и Н.Н.Стратонова

) .:.. 1 (," .

1 .;

Ульяновский политехнический институт

1 (71) Заяв итель (54) АНАЛОГОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и автоматике и может. быть использовано в качестве блока умножения и аналоговых вычислительных машинах и в качестве датчика мощности, например в автоматической системе управления режимом резания токарных и фрезерных станков.

Известны множительные устройства, выполненные на нелинейных элементах, имеющих квадратичную характеристику, реализующие суммарно-раэностный метод умножения. В качестве квадрато- ров часто используются варисторы и диодные квадраторы, построенные по методу кусочно-линейной аппроксимации tl) .

Недостатками таких устройств яв-. ляются необходимость индивидуальнО го подбора корректирующего сопротивления, низкие точность и перегрузочная способность. Кроме того, они не способны обеспечить гальваничес- кую развязку входных и выходных цепей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналоговое множительное устройство, выполненное на двух магнитных квад2

\ раторах, каждый из которых представ-,, ляет собой дроссель с сердечником, имеющим воздушный зазор. Устройствс содержит трансформатор напряжения, . выходная обмотка котброго имеет среднюю точку. В каждое плечо этой обмотки включен дроссель с корректирующим сопротивлением. 3а счет подбора материала сердечника, величины корректирующего сопротивления и величины воздушного зазора обеспечивается характеристика преобразования дросселя (2).

Однако у известного устройства .низкая точность умножения и узкий рабочий (динамический) диапазон,обусловленный тем, что подбором материала сердечника, величины воздушного зазора и корректирующего сопротивления в некотором диапазоне Изменения входного напряжения может быть получена вольт-амперная характеристика дросселя, близкая к квадратичной, а именно:характеристика saba

I =Х +gv+. ср о

Кроме того, устройство не способно перемножать постоянные сигналы и сигналы сложной формы, что не позволяет использовать его, например, в аналоговых вычислительных машинах.

849235

Гальваническая развязка обеспечивается за счет введения развязывающих трансформаторов.

Цель изобретения - повышение точности умножения и расширение функциональных возможностей устройства эа счет перемножения постоянных. сигналов и сигналов сложной формы при одновременном расширении динамического диапазона. поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два 0 магнитных квадратора, каждый иэ которых содержит сердечник, на котором размещены входные и выходная обмотки, два мостовых выпрямителя, нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор, 15 выходная обмотка первогс,магнитного квадратора включена в первую диагональ первого мостового выпрямителя, выходная обмотка второго магнитного квадратора включена в первую диагональ второго мостового выпрямителя, во вторые диагонали первого и второго мостовых выпрямителей включены параллельно соединенные нагруэочный

Резистор и шунтирующий конденсатор введен генератор стробирующих импульсов, магнитные квадраторы дополнительно снабжены обмотками стробирования, выходы генератора стробирующих импульсов подключены к обмоткам стробирования магнитных квадраторов.

На фиг.1 представлена функциональная схема аналогового множительного устройства; на фиг.2 — сердечник магнитного квадратора, разрез.

Устройство содержит два магнитных квадратора 1 и 2 с входными обмотками первого 3 и 4 и второго 5 и 6., Перемножаемых сигналов, генератор стробирующих импульсов 7, подключенный к обмоткам 8 и 9 стробирования, 40 два мостовых выпрямителя 10 и 11, выходные обмотки 12 и 13 магнитных квадраторов, нагрузочный резистор

14 и шунтирующий конденсатор 15.

Сердечники квадраторов выполнены из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и имеют радиальные пазы, глубина которых изменяется от центра к периферии по линейному закону, Что обеспечивает квадратичную характеристику преобразования. Входные обмотки квадраторов для первого из перемножаемых сигналов включены ггоследовательно-согласно, для второго— последовательно-встРечно, а выходные обмотки квадраторов нагружены на мостовые выпрямители, между которыми включены параллельно соединенные нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор.

Аналоговое множительное устройст" 60 во работает следующим образом.

Так как входные обмотки 3 и 4 магнитных квадраторов включены согласно, а.входные обмотки 5 и встречно, магнитные потоки, вызван- 65 ные входными сигналами, в сердечнике магнитного квадратора 1 складываются, а в сердечнике магнитного квадратора 2 вычитаются.

Частота однополярных стробирующих импульсов выбирается не менее чем на порядок выше входных сигналов, а амплитуда не менее чем в два раза больше величины тока, необходимого для полного перемагничивания сердечника магнитного квадратора.

Если направление магнитного потока, вызванного алгебраической суммой входных сигналов, совпадает с направлением магнитного потока, вызванного стробирующим импульсом, на выходе магнитного квадратора сигнал отсутствует. Если они совпадают по направлению, на выходе магнитного квадратора появляется напряжение, пропорциональное квадрату алгебраической суммы входных сигналов.

Вольт-секундная площадь выходных импульсов магнитного квадратора пропорциональна изменению магнитного потока в сердечнике, который равен

Ф =2Br $ где Вг — индукция насыщения материала;

S — перемагничиваемая площадь поперечного сечения сердечника.

В общем случае площадь поперечного сечения, перемагничиваемая алгебраической суммой входных сигналов, изменяется следующим образом.

S= У h(r) dr, "s где r — радиус перемагничиваемой части сердечника;

h(r) — функция изменения высоты сердечника в зависимости от радиуса перемагничивания;

В „ — внутренний радиус сердечника.

Так как сердечники магнитных квадраторов имеют радиальные пазы, магнитное сопротивление которых несравнимо велико по отношению к магнитному материалу сердечника, перемагничиваемая площадь поперечного сечения сердечника расчет с ростом радиуса по квадратичному закону

2 гл tñóñà

1 где с — угол наклона паза к площади основания сердечника.

Величина изменения магнитного потока в сердечнике при перемагничивании его стробирующим импульсом записывается

hФ

ВгР . ted

2 Íñ

849235

° „B rW Ì àó, Д, т 1

< =-Î а второго; (I и Br Wet,(ь -?Л2

2ВНс где WI1 — число витков выходной .обмотки магнитного квадратора.

Выходные напряжения первого и второго магнитных квадраторов вычитаются на нагруэочном резисторе,напряжение на котором пропорционально произведению действующих значений первого и второго входных сигналов

Я

4BrW< W

"алых. TG HG

Предлагаемое устройство имеет более высокую точность умножения сигналов, способно перемножать сигналы сложной формы и одновременно обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей беэ использования развязывающих трансформаторов. Варьируя количество витков входной и выходной обмоток квадратора, можно обеспечить согласование аналогового множительного уст2ЙНс или

9. II

BrW tcrW I;. +Ц

2 i Нс, где F; — намагничивающая сила алгебраической суммы входных сигналов в момент прихода

1-го импульса стробирования;

W — число. витков входной обмотки;

Hc — коэрцитивная сила материаl

„ла сердечника;

I„,I„- — соответственно 1-ый и

2-ой входные сигналы.

Таким образом, выходной сигнал (напряжение) первого магнитного квадратора равен ройства с источником входных сигналов .

Формула изобретения

Аналоговое множительное устройство, содержащее два магнитных квадратора, каждый из которых содержит сердечник, на котором размещены входные и выходная обмотки, два мостовых выпрямителя, нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор, выходная обмотка|первого магнитного квадратора включена в первую диагональ первого мостового выпрямителя, выход15 ная обмотка второго магнитного квадратора включена в первую диагональ второго мостового выпрямителя, во вторые диагонали первого и второго мостовых выпрямителей включены па20 раллельно соединенные нагрузочный резистор и шунтирующий конденсатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности умножения и расширения функциональных воэможр5 ностей устройства эа счет перемножения постоянных сигналов и сигналов сложной формы при одновременном расширении динамического диапазона, в него введен генератор стробирую.щих импульсов, магнитные квадраторы дополнительно снабжены обмотками стробирования, выходы генератора стробирующих импульсов подключены к обмоткам стробирования .магнитных квадраторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 251684, кл. G 01 R 21/06, 1967.

2. Роэенблат A.М. Магнитные

40 элементы автоматики и в „ислительной техники. М., Наука, 1966, с.222 (прототип).

Составитель Т.Сапунова

Редактор Г.Кацалап Техред N.Ãoëèíêà Корректор М.Шароши

Заказ 6095/64 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035р Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектн я, 4