DE102013106652A1 - Method for multiplying two voltages - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Multiplizieren von zwei elektrischen Spannungen UA und UB miteinander durch – Erzeugen einer symmetrischen Dreieck-Wechselspannung mit einer gleichbleibenden Frequenz f und einer gleichbleibenden Amplitude AMM, – Umwandeln der Spannung UA mittels der Dreieck-Wechselspannung in ein pulsbreitenmoduliertes Signal durch Modulieren der Dreieck-Wechselspannung mit der Spannung UA unter der Randbedingung, dass bei einer Spannung UA = 0 Volt im pulsbreitenmodulierten Signal ein Tastverhältnis von 50% erhalten wird, – Invertieren der Spannung UB zur Erzeugung einer Spannung –UB, – Umschalten sowohl der Spannung UB als auch der invertierten Spannung –UB mit dem pulsbreitenmodulierten Signal auf einen gemeinsamen elektrischen Pol, – Tiefpassfiltern des am gemeinsamen Pol auftretenden Signals, – Ausgeben des gefilterten Signals.A method is described for multiplying two electrical voltages UA and UB by - generating a symmetrical delta AC voltage with a constant frequency f and a constant amplitude AMM, - converting the voltage UA by means of the delta AC voltage into a pulse width modulated signal by modulating the Triangle AC voltage with the voltage UA under the boundary condition that at a voltage UA = 0 volts in the pulse width modulated signal, a duty cycle of 50% is obtained, - invert the voltage UB to generate a voltage -UB, - switching both the voltage UB and the inverted voltage -UB with the pulse width modulated signal to a common electrical pole, - low pass filtering the signal occurring at the common pole, - outputting the filtered signal.

Description

Analoge Multiplizierer arbeiten häufig so, dass die miteinander zu multiplizierenden Spannungen logarithmiert, die logarithmierten Werte addiert und anschließend zur Bildung des Produkts wieder exponiert werden. Solche analogen Multiplizierer können nur positive Spannungen miteinander multiplizieren, eignen sich also nur für das Multiplizieren in einem einzigen Quadranten, weil der Logarithmus einer negativen Zahl nicht reell ist.Analog multipliers often operate by logarithmizing the voltages to be multiplied together, adding the logarithmic values, and then exposing them back to form the product. Such analog multipliers can only multiply positive voltages together, so they are only suitable for multiplying in a single quadrant because the logarithm of a negative number is not real.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein analoger Multiplizierer geschaffen werden, welcher nicht nur positive Spannungen, sondern auch positive und negative Spannungen miteinander multiplizieren und deshalb in allen vier Quadranten arbeiten kann.The present invention seeks to provide an analog multiplier which can multiply not only positive voltages but also positive and negative voltages with each other and therefore operate in all four quadrants.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method with the method specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei elektrische Spannungen U_A und U_B miteinander multipliziert, indem zunächst eine symmetrische Dreieck-Wechselspannung mit einer gleichbleibenden Frequenz f und einer gleichbleibenden Amplitude AM erzeugt wird. Generatoren zur Erzeugung einer symmetrischen Dreieck-Wechselspannung sind dem Fachmann bekannt.According to the method according to the invention, two electrical voltages U _A and U _B are multiplied together by first generating a symmetrical delta AC voltage with a constant frequency f and a constant amplitude AM. Generators for generating a symmetrical delta AC voltage are known in the art.

Von den beiden miteinander zu multiplizierenden Spannungen U_A und U_B wird eine Spannung U_A mittels der Dreieck-Wechselspannung in ein pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt, indem die Dreieck-Wechselspannung mit der Spannung U_A multipliziert wird, und zwar unter der Randbedingung, dass bei einer Spannung U_A = 0 Volt im pulsbreitenmodulierten Signal ein Tastverhältnis von 50% erhalten wird. Das ist bei einer symmetrischen Dreieck-Wechselspannung der Fall.Of the two voltages U _A and U _{B which} are to be multiplied together, a voltage U _{A is} converted into a pulse-width-modulated signal by means of the delta-AC voltage by multiplying the delta-AC voltage by the voltage U _A , under the boundary condition that at a Voltage U _A = 0 volts in the pulse width modulated signal a duty cycle of 50% is obtained. This is the case with a symmetrical delta AC voltage.

Die andere Spannung U_B der beiden miteinander zu multiplizierenden Spannungen U_A und U_B wird zur Erzeugung einer Spannung –U_B invertiert. Sowohl die Spannung U_B als auch die invertierte Spannung –U_B werden für das weitere Verfahren benutzt, und zwar werden sie mittels eines Wechselschalters abwechselnd auf einen gemeinsamen elektrischen Pol geschaltet. Mit anderen Worten: Mit dem pulsbreitenmodulierten Signal wird ein einpoliger Wechselschalter angesteuert, welcher in dem vom pulsbreitenmodulierten Signal vorgegebenen Takt abwechselnd die Spannung U_B und ihre invertierte Spannung auf den gemeinsamen elektrischen Pol des Wechselschalters schaltet.The other voltage U _{B of} the two voltages U _A and U _B to be multiplied together is inverted to produce a voltage -U _B. Both the voltage U _B and the inverted voltage -U _B are used for the further process, namely, they are alternately switched by means of a changeover switch to a common electrical pole. In other words: With the pulse width modulated signal, a single-pole changeover switch is actuated, which alternately switches the voltage U _B and its inverted voltage to the common electrical pole of the changeover switch in the cycle predetermined by the pulse width modulated signal.

Abschließend wird das am gemeinsamen Pol auftretende Signal einer Tiefpassfilterung unterzogen und dann ausgegeben. Die ausgegebene Spannung U_P ist proportional zum Produkt der Spannungen U_A und U_B: U_P = k·U_A·U_B, worin der Proportionalitätsfaktor k eine Konstante ist, welche von der Amplitude der Dreieck-Wechselspannung abhängt und durch Wahl der Amplitude AM eingestellt werden kann.Finally, the signal occurring at the common pole is subjected to low-pass filtering and then output. The output voltage U _P is proportional to the product of the voltages U _A and U _B : U _P = k × U _A × U _B , wherein the proportionality factor k is a constant which depends on the amplitude of the delta AC voltage and can be adjusted by selecting the amplitude AM.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt mit einem preiswerten Schaltungsaufbau eine sehr genaue Multiplikation von Spannungssignalen in allen vier Quadranten, das heißt es können positive Spannungswerte miteinander multipliziert werden, es können negative Spannungswerte miteinander multipliziert werden und es können positive Spannungswerte mit negativen Spannungswerten multipliziert werden. Die Genauigkeit der Multiplikation ist um so größer, je besser die Linearität der Dreiecksspannung ist.The method according to the invention allows a very accurate multiplication of voltage signals in all four quadrants, ie positive voltage values can be multiplied together, negative voltage values can be multiplied together and positive voltage values can be multiplied by negative voltage values. The accuracy of the multiplication is greater the better the linearity of the triangular voltage.

Welche Frequenz für die Dreieckspannung gewählt wird, richtet sich nach der Anwendung. Mit zunehmender Frequenz kann die Bandbreite eines erfindungsgemäß arbeitenden Multiplizierers erhöht werden.The frequency chosen for the delta voltage depends on the application. With increasing frequency, the bandwidth of a multiplier operating according to the invention can be increased.

Für das Umschalten der Spannung U_B wird bevorzugt ein spannungsgesteuerter einpoliger Wechselschalter mit einer Bandbreite von wenigstens 10 MHz, noch besser von wenigstens 80 MHz verwendet.For switching the voltage U _B , a voltage-controlled single-pole changeover switch with a bandwidth of at least 10 MHz, more preferably of at least 80 MHz, is preferably used.

Die Ordnungszahl des Tiefpassfilters hängt von der Anwendung ab. Für die Anwendung in Stromversorgungen, zum Einstellen der Amplitude eines 50 Hz Signals, genügt bereits ein Tiefpassfilter erster Ordnung, d. h. ein R-C-Glied. Das Tiefpassfilter soll für die zu multiplizierenden Frequenzen möglichst ohne Phasenverschiebung arbeiten und eine hohe Steigerung der Dämpfungskurve aufweisen. Solche Filter sind im Handel erhältlich.The atomic number of the low-pass filter depends on the application. For use in power supplies, to set the amplitude of a 50 Hz signal, already a low-pass filter of the first order, d. H. an R-C member. The low-pass filter is to work for the frequencies to be multiplied as possible without phase shift and have a high increase in the attenuation curve. Such filters are commercially available.

Vorzugsweise wird ein Tiefpassfilter von wenigstens zweiter Ordnung verwendet.Preferably, a low-pass filter of at least second order is used.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt.A preferred embodiment is shown in the accompanying schematic drawings.

1 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 is a block diagram of a circuit arrangement for carrying out the method according to the invention,

2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Dreieck-Generators zur Verwendung in der Schaltungsanordnung gemäß 1, 2 is an embodiment of a triangle generator for use in the circuit according to 1 .

3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, welche mit der Schaltungsanordnung aus 2 zur Bildung eines Multiplizierers zusammenarbeitet, und 3 is an embodiment of a circuit arrangement, which with the circuit arrangement 2 cooperates to form a multiplier, and

4 zeigt grafisch dargestellt das Ergebnis einer erfindungsgemäßen Multiplikation zweier Spannungen und den dabei auftretenden Fehler. 4 shows graphically represented the result of a multiplication according to the invention of two voltages and the errors occurring.

Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung besteht aus einem Dreieck-Generator 1, einem Pulsbreitenmodulator 2, einem Invertierer 3, einem vom Pulsbreitenmodulator 2 gesteuerten einpoligen Wechselschalter 4 und einem Tiefpassfilter 5 n-ter Ordnung, wobei n eine ganze Zahl ist.In the 1 The circuit arrangement shown consists of a triangle generator 1 , a pulse width modulator 2 , an inverter 3 , one from the pulse width modulator 2 controlled single pole changeover switch 4 and a low pass filter 5 nth order, where n is an integer.

Der Dreieck-Generator 1 erzeugt eine symmetrische Dreieck-Wechselspannung mit konstanter Frequenz f und konstanter Amplitude AM, welche im Pulsbreitenmodulator 2 mit einer Spannung U_A moduliert wird, welche mit einer zweiten Spannung U_B multipliziert werden soll.The triangle generator 1 generates a symmetrical delta AC voltage with constant frequency f and constant amplitude AM, which in the pulse width modulator 2 is modulated with a voltage U _A , which is to be multiplied by a second voltage U _B.

Der einpolige Wechselschalter 4 hat drei Eingänge und einen Ausgang. Einem ersten Eingang wird die Spannung U_B direkt zugeführt. Einem zweiten Eingang wird die durch den Invertierer 3 invertierte Spannung U_B zugeführt. Der dritte Eingang ist ein Steuereingang, welchem das Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators 2 zugeführt wird. Der Wechselschalter 4 wird im Takt des vom Pulsbreitenmodulator 2 gelieferten Signals zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang hin und her geschaltet, so dass am Ausgang des Wechselschalters 4 abwechselnd die Spannung U_B und die invertierte Spannung-U_B erscheint. Das Ausgangssignal des Wechselschalters 4 wird durch das Tiefpassfilter 5 einer Tiefpassfilterung unterzogen und liefert ein Ausgangssignal, welches dem Produkt U_A·U_B proportional oder gleich ist.The single-pole changeover switch 4 has three inputs and one output. A first input, the voltage U _B is supplied directly. A second input is the one through the inverter 3 inverted voltage U _B supplied. The third input is a control input to which the output of the pulse width modulator 2 is supplied. The changeover switch 4 is in time with the pulse width modulator 2 supplied signal between the first input and the second input switched back and forth, so that at the output of the toggle switch 4 alternately the voltage U _B and the inverted voltage-U _B appears. The output signal of the changeover switch 4 is through the low pass filter 5 subjected to a low-pass filtering and provides an output signal which is proportional or equal to the product U _A · U _B.

Der in 2 dargestellte Dreieck-Generator wird mit Hilfe von zwei Spannungsquellen V1 und V2 mit einer Spannung von ±5 Volt betrieben. Mittels eines Spannungsreferenzelements 6 und einem Operationsverstärker 7, wird eine Referenzspannung erzeugt, die als Eingangsspannung und als Schaltschwelle für einen Umschaltkomparator 8 dient, welcher über einen Wechselschalter 9 mit dem Spannungsreferenzelement 6, und dem Ausgang des Operationsverstärkers 7 verbunden ist. Für einfache Anwendungen kann als Spannungsreferenzelement 6 eine Zenerdiode verwendet werden. Ist der Wechselschalter 9 geschlossen, liegt an dem Widerstand R20 eine Spannung von z. B. 2,5 Volt an. Der nicht invertierende Integrator 11 integriert die Eingangsspannung in Richtung der Betriebsspannung von +5 Volt. Ist eine Spannung von 2,5 Volt erreicht, so schaltet der Komparator 8 um und legt über den Wechselschalter 9 eine Spannung von –2,5 Volt an den Integrator 11 und gleichzeitig auch an den Eingang des Komparators 8. Es ist deshalb keine Hysterese notwendig. Nun integriert der Integrator 11 in Richtung –5 Volt. Wird am Ausgang des Integrators 11 eine Spannung von –2,5 Volt erreicht, so schaltet der Komparator 8 wieder um und der Vorgang beginnt erneut von vorne.The in 2 shown triangle generator is operated by means of two voltage sources V1 and V2 with a voltage of ± 5 volts. By means of a voltage reference element 6 and an operational amplifier 7 , a reference voltage is generated, the input voltage and the switching threshold for a switching comparator 8th serves, which via a changeover switch 9 with the voltage reference element 6 , and the output of the operational amplifier 7 connected is. For simple applications can be used as a voltage reference element 6 a zener diode can be used. Is the change-over switch 9 closed, is at the resistor R20, a voltage of z. B. 2.5 volts. The non-inverting integrator 11 Integrates the input voltage in the direction of the operating voltage of +5 volts. If a voltage of 2.5 volts is reached, the comparator switches 8th and puts over the changeover switch 9 a voltage of -2.5 volts to the integrator 11 and at the same time to the input of the comparator 8th , Therefore no hysteresis is necessary. Now the integrator integrates 11 in the direction of -5 volts. Will be at the output of the integrator 11 reaches a voltage of -2.5 volts, so the comparator switches 8th again and the process starts all over again.

Die Linearität der Integrationsrampe und die Integrationsrampe selbst sind von den Toleranzen der Widerstände und von der Referenzspannung abhängig. Die Linearität der Integrationsrampe kann deshalb sehr genau ausgebildet werden. Die Werte der Eckpunkte der Dreieckspannung sind nur vom Komparator 8 und von der Referenzspannung abhängig und lassen sich deshalb sehr genau einstellen.The linearity of the integration ramp and the integration ramp itself are dependent on the tolerances of the resistors and the reference voltage. The linearity of the integration ramp can therefore be formed very accurately. The values of the vertices of the triangle voltage are only from the comparator 8th and dependent on the reference voltage and can therefore be set very accurately.

Die in 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist an den Kontaktpunkten 12 und 13 mit dem Dreieck-Generator 1 aus 2 verbunden und wird demnach auch mit einer Spannung von ±5 Volt betrieben. Die beiden miteinander zu multiplizierenden Spannungen U_A und U_B werden der Schaltungsanordnung über zwei getrennte Eingänge A und B zugeführt. Dem Pulsbreitenmodulator 2 wird einerseits die Dreieckspannung über einen Eingang 14 und die Spannung U_A über den Eingang A zugeführt. Der Pulsbreitenmodulator 2 vergleicht die Spannung am Eingang A mit der vom Dreieck-Generator 1 kommenden Dreieck-Wechselspannung und erzeugt daraus durch Pulsbreitenmodulation die Steuerspannung für den Wechselschalter 4, welchem die mit U_A zu multiplizierende Spannung U_B einmal über den Operationsverstärker 15 nicht invertiert und über den invertierenden Operationsverstärker 16 invertiert zugeführt wird. Im Takt des pulsbreitenmodulierten Signals legt der Wechselschalter 4 abwechselnd die Spannung U_B und die invertierte Spannung –U_B auf seinen Ausgang, der mit dem Eingang eines Tiefpassfilters 5 siebter Ordnung verbunden ist. An dessen Ausgang 17 erscheint ein Signal, welches dem Produkt aus der Spannung U_A und der Spannung U_B proportional ist. Wenn die Spannung U_A am Eingang A Null ist, ist das Tastverhältnis am Ausgang des Pulsbreitenmodulators 2 genau 50% und die Spannung U_B am Eingang B wird ebenfalls mit 50% umgeschaltet. Dann liegt am Ausgang 17 des Tiefpassfilters 5 auch keine Spannung an.In the 3 shown circuit arrangement is at the contact points 12 and 13 with the triangle generator 1 out 2 connected and is therefore operated with a voltage of ± 5 volts. The two voltages U _A and U _B to be multiplied are supplied to the circuit arrangement via two separate inputs A and B. The pulse width modulator 2 On the one hand, the delta voltage is passed through an input 14 and the voltage U _A via the input A supplied. The pulse width modulator 2 compares the voltage at input A with that from the triangle generator 1 coming AC triangle voltage and generated by pulse width modulation, the control voltage for the changeover switch 4 in which the voltage U _B to be multiplied by U _{A is applied} once via the operational amplifier 15 not inverted and via the inverting operational amplifier 16 is fed in inverted. In time with the pulse width modulated signal sets the changeover switch 4 alternately the voltage U _B and the inverted voltage -U _B at its output, which is connected to the input of a low-pass filter 5 Seventh order is connected. At the exit 17 a signal appears which is proportional to the product of the voltage U _A and the voltage U _B. When the voltage U _A at input A is zero, the duty cycle is at the output of the pulse width modulator 2 exactly 50% and the voltage U _B at input B is also switched to 50%. Then lies at the exit 17 the low-pass filter 5 also no voltage.

Wenn die Spannung U_B am Eingang B Null ist, kann das Tastverhältnis und damit die Spannung U_A am Eingang A in den durch die Amplitude der Dreieckspannung gezogenen Grenzen beliebig sein, es wird mit dem Wechselschalter 4 zwischen Null hin und her geschaltet, so dass auch die Spannung am Ausgang 17 des Tiefpassfilters 5 Null ist. Die Spannung U_A kann maximal der Amplitude des Dreiecksignals entsprechen, die Obergrenze für die Spannung U_B hängt im Beispiel der 3 von der Betriebsspannung der Operationsverstärker 14 und 15 ab. Werden als Operationsverstärker 14 und 15 Rail-to-Rail Operationsverstärker vorgesehen, so ist die maximale Eingangsspannung U_B gleich der Betriebsspannung der Operationsverstärker.If the voltage U _B at input B is zero, the duty cycle and thus the voltage U _A at the input A in the drawn by the amplitude of the delta voltage limits can be arbitrary, it is with the changeover switch 4 Switched between zero, so that the voltage at the output 17 the low-pass filter 5 Is zero. The voltage U _A can correspond at most to the amplitude of the triangular signal, the upper limit for the voltage U _B depends in the example of 3 from the operating voltage of the operational amplifier 14 and 15 from. Become as an operational amplifier 14 and 15 Provided rail-to-rail operational amplifier, the maximum input voltage U _{B is} equal to the operating voltage of the operational amplifier.

Die Ausgangsspannung am Ausgang 17 ergibt sich zu U_P = U_A·U_B·k. Der Proportionalitätsfaktor k wird durch Wahl der Amplitude AM der Dreieckspannung vorzugsweise auf 0,5 eingestellt. Damit lässt sich erreichen, dass die Ausgangsspannung in derselben Größe wie die Eingangsspannung liegt.The output voltage at the output 17 results in U _P = U _A × U _B × k. The proportionality factor k is preferably set to 0.5 by selecting the amplitude AM of the triangular voltage. This allows the output voltage to be the same size as the input voltage.

Als Wechselschalter 4 eignet sich z. B. der Analogschalter TS12A12511 von Texas Instruments, welcher sich für Spannungen von 0 bis 12 Volt oder von –6 Volt bis +6 Volt eignet und eine Bandbreite von mehr als 90 MHz aufweist.As a changeover switch 4 is suitable for. Texas Instruments analog switch TS12A12511, which is suitable for voltages from 0 to 12 volts or from -6 volts to +6 volts and has a bandwidth greater than 90 MHz.

Die Bandbreite des erfindungsgemäß arbeitenden Multiplizierers hängt von den Eigenschaften des verwendeten Tiefpassfilters, der verwendeten Operationsverstärker und der Frequenz der verwendeten Dreieckspannung ab.The bandwidth of the multiplier operating according to the invention depends on the properties of the low-pass filter used, the operational amplifier used and the frequency of the triangular voltage used.

Wenn man als Tiefpassfilter z. B. das Modell LTC1566-1 der Linear Technology Corporation in Milpitas (CA), U.S.A., einsetzt, ein Filter siebter Ordnung mit einer zwischen 2 MHz und 3 MHz liegenden Grenzfrequenz, und als Frequenz der Dreieckspannung f = 10 MHz wählt, dann kann man einen Multiplizierer mit einer Bandbreite von 2 MHz verwirklichen.If you as a low-pass filter z. For example, using the LTC1566-1 model from the Linear Technology Corporation of Milpitas (CA), USA, a seventh order filter with a cutoff frequency between 2 MHz and 3 MHz, and choosing the frequency of the triangular voltage f = 10 MHz, then one can realize a multiplier with a bandwidth of 2 MHz.

4 zeigt ein einfaches Beispiel für die Multiplikation von zwei dreieckförmigen symmetrischen Spannungssignalen. 4 zeigt unten eine Eingangsspannung U_A mit einer Periode von 100 ms und eine Eingangsspannung U_B mit einer Periode von 50 ms. Die Spannung U_A am Eingang A beginnt bei –2 Volt, steigt in 50 ms auf +2 Volt an und fällt in weiteren 50 ms auf –2 Volt ab. Die Dreieckspannung U_B am Eingang B verhält sich entsprechend, jedoch mit einer Periodendauer von nur 50 ms. Die vom Dreieck-Generator 1 gelieferte Dreieckspannung hat eine Frequenz von z. B. 10 MHz und eine Amplitude von z. B. 2 Volt und wird mit der Spannung U_A moduliert. Das Produkt aus U_A und U_B, welches mit Anwendung der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen erhalten wird, ist im mittleren Diagramm von 4 dargestellt. Im oberen Diagramm von 4 ist der gerechnete Fehler der Multiplikation dargestellt. Bei einer maximalen Ausgangsspannung von 1,7 Volt beträgt der Fehler 35 mV. Das entspricht einer dynamischen Abweichung von 2%. Die statistische Abweichung liegt im Aussteuerbereich von +/–2 Volt bei weniger als 5 mV, was einer Genauigkeit von 0,2% entspricht. 4 shows a simple example of the multiplication of two triangular symmetric voltage signals. 4 below shows an input voltage U _A with a period of 100 ms and an input voltage U _B with a period of 50 ms. The voltage U _A at input A starts at -2 volts, rises to +2 volts in 50 ms and drops to -2 volts in another 50 ms. The triangular voltage U _B at input B behaves accordingly, but with a period of only 50 ms. The from the triangle generator 1 delivered triangle voltage has a frequency of z. B. 10 MHz and an amplitude of z. B. 2 volts and is modulated with the voltage U _A. The product of U _A and U _B , which is obtained using the circuit arrangements described above, is in the middle diagram of 4 shown. In the upper diagram of 4 the calculated error of the multiplication is shown. At a maximum output voltage of 1.7 volts, the error is 35 mV. This corresponds to a dynamic deviation of 2%. The statistical deviation is in the control range of +/- 2 volts at less than 5 mV, which corresponds to an accuracy of 0.2%.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Dreieck-ModulatorDelta modulator

22

PulsbreitenmodulatorPulse width modulator

33

Invertiererinverter

44

Wechselschalterchangeover switch

55

TiefpassfilterLow Pass Filter

66

Spannungsreferenzelement, ZenerdiodeVoltage reference element, Zener diode

77

Operationsverstärkeroperational amplifiers

88th

UmschaltkomparatorUmschaltkomparator

99

Wechselschalterchangeover switch

1111

Integratorintegrator

1212

Kontaktpunktcontact point

1313

Kontaktpunktcontact point

1414

Eingangentrance

1515

Operationsverstärkeroperational amplifiers

1616

Operationsverstärkeroperational amplifiers

1717

Ausgangoutput

AA

Eingangentrance

BB

Eingangentrance

AMAT THE

Amplitudeamplitude

ff

Frequenzfrequency

kk

Proportionalitätsfaktorproportionality

R20R20

Widerstandresistance

U_A U _A

Spannungtension

U_B U _B

Spannungtension

–U_B -U _B

invertierte Spannunginverted voltage

V1V1

Spannungsquellevoltage source

V2V2

Spannungsquellevoltage source

Claims (6)

Verfahren zum Multiplizieren von zwei elektrischen Spannungen U_A und U_B miteinander durch – Erzeugen einer symmetrischen Dreieck-Wechselspannung mit einer gleichbleibenden Frequenz f und einer gleichbleibenden Amplitude AMM, – Umwandeln der Spannung U_A mittels der Dreieck-Wechselspannung in ein pulsbreitenmoduliertes Signal durch Modulieren der Dreieck-Wechselspannung mit der Spannung U_A unter der Randbedingung, dass bei einer Spannung U_A = 0 Volt im pulsbreitenmodulierten Signal ein Tastverhältnis von 50% erhalten wird, – Invertieren der Spannung U_B zur Erzeugung einer Spannung –U_B, – Umschalten sowohl der Spannung U_B als auch der invertierten Spannung –U_B mit dem pulsbreitenmodulierten Signal auf einen gemeinsamen elektrischen Pol, – Tiefpassfiltern des am gemeinsamen Pol auftretenden Signals, – Ausgeben des gefilterten Signals.A method for multiplying two electrical voltages U _A and U _B by - generating a symmetrical delta AC voltage with a constant frequency f and a constant amplitude AMM, - converting the voltage U _A by means of the delta AC voltage into a pulse width modulated signal by modulating the Triangle AC voltage with the voltage U _A under the boundary condition that at a voltage U _A = 0 volts in the pulse width modulated signal, a duty cycle of 50% is obtained, - inverting the voltage U _B to generate a voltage -U _B , - switching both the Voltage U _B and the inverted voltage -U _B with the pulse width modulated signal to a common electrical pole, - low-pass filtering of the signal occurring at the common pole, - outputting the filtered signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f zu f ≤ 10 MHz gewählt wird. A method according to claim 1, characterized in that the frequency f is selected to f ≤ 10 MHz. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f zu f ≤ 100 MHz gewählt wird.A method according to claim 1, characterized in that the frequency f is selected to f ≤ 100 MHz. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude AM zu –10 Volt ≤ A ≤ +10 Volt gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the amplitude AM to -10 volts ≤ A ≤ +10 volts is selected. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Tiefpassfilters von wenigstens zweiter Ordnung.Method according to one of the preceding claims, characterized by the use of a low-pass filter of at least second order. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines durch das pulsbreitenmodulierte Signal steuerbaren Wechselschalters mit einer Bandbreite von mindestens 10 MHz, noch besser von mindestens 80 MHz.Method according to one of the preceding claims, characterized by the use of an adjustable by the pulse width modulated signal changeover switch with a bandwidth of at least 10 MHz, even better of at least 80 MHz.

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