Усредняющий квадратичный преобразователь

 

УСРЕДНЯЮЩИЙ КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два масштабных резистора, первые выводы объединены и соединены с входом преобразоватепя, фильтр низких частот н два трехпопосника, каждый из которых содержит вкшоченный между первым и вторым -выводами первый туннельный диод , а между вторым и третьим ныводамвпервый нагрузочный резистор, вторые выводы первого и второго трехпопюсн№ков соединены соответственно с первым Ti вторым входами фипьгра низких частот , третий вывод - с шиной нулевого . поте щт1апа, второй вывод первого маоштабного резистора подключенк nepBONQ выводу первого трекполюсника, к аноду первого туннельного диода, первый вывод второго трехполюсннка соединен с катодом первого туннельного диода этого трехполюсника, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразователя, каждый трехлолюсник дополнительно содержит два ограничительных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннельный диод, причем второй нагрузочный резистор включен между первым и вторым выводами трехполюсника, первый вывод вто-. рого туннельного диода соединен с одноi именным выводом первого туннельного диода и выводом трехполкюника, второй вывод второго туннельного диода соединен с третьшм выводом трехпопюснюш,. ограничительные диоды каждого трехло люсншш соединеФ встречно-параллельно И подключены между первым и -третьим ) выводами трехполюсника, причем первый вывод второго трехполюсника соединен оэ ю с вторым выводом второго масштабного резистора, а выход фильтра низких час4 тот является выходом преобразователя. С5 О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Сола ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11!

g g g 06 Q 7/20

«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 299791 1/1 8-24 (22) 27.10.80 (46) 30.07.83. Бюп. № 28

:(72) В.B,ÈBàíþòèí (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (53) 681.335 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

% 434420, кп. G 06 С 7/20, 1974-.

2. Патент Великобритании № 1070281, кп. С 06 С, 7/20, опубпик. 1965. (прототип) . (54) (57) УСРЕДНЯ10ЩИЙ КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержаший два масштабных резистора, первые выводы объединены и соединены с входом преобразоватепя, фильтр низких частот и два трехпопосника, каждый из которых содержит включенный между первым и вторым выводами первый туннепьный ди од, а между вторым и третьим выводамипервый нагрузочный резистор, вторые выводы первого и второго трехпопюсников соединены соответственно с первым

И вторым входами фильтра низких частот, третий вывод - с шиной нупевого потенпиапа, второй вывод первого маоштабного резистора подкпючен к первому выводу первого трехпопюсника, к аноду первого туннепьного диода, первый вывод второго трехполюсника соединен с катодом первого туннельного диода этого трехпопюсника, о т и и ч а ю ш и и с я тем, что, с депью расширения динамического диапазона преобразователя, каждый трехпопюсник допопнитепьно содержит два ограничитепьных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннепьный диод, причем второй нагрузочный резистор вкпючен между первым и вторым выводами трехполюсника, первый вывод вто-. рого туннепьного диода соединен с одноименным выводом первого туннельного диода и выводом трехпопюсника, второй вывод второго туннельного диода соединен с третьим выводом трехнолюсника,. С ограничитепьные диоды каждого трехпопюсника соединены встречно-параппепьно и подкшочены между первым и третьим выводами трехпопюсника, причем первый вывод второго трехпопюсника соединен ф ) с вторым выводом второго масштабного резистора, а выход фипьтра низких час- р тот явпяется выходом преобразователя.

1 032

460 2 тий вывод - C шиной нупевого потенциапа, второй вывод первого масштабного резистора подкпючен к первому выводу первого трехпопюсника, к аноду первого туннепьного диода, первый вывод второго трехпопюсника соединен с катодом первого туннельного диода атого трехпопюсника, каждый трехпопюсник допопнитепьно содержит два ограничитепьных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннепьный диод, причем Второй нагрузочный резистор включен между первым и вторым выводами трехпопюсника, первый вывод второго туннельного диода соединен с однсименшям выьодом rrepBoro туннельного диода и вторым выводом трехпошос ника, второй вывод второго туннельного диода соединен с третьим выводом трехпопюсника, ограничительные диоды каждого трехпопюсника соединены Встречнопараппепьно и подкпючены между первым и вторым выводами трехпопюсника, причем первый вывод второго трехпопюсника соедичен с вторым выводол второго масш абного резистора, а выход фильтра низких частот явпяется Вь|ходом преобразоватепя, На чертеже представлена бпок-схема преднагаемого преобразоватепя.

Преобразоватепь содержит два масштабных резистора 1 и 2, два трехпопюсника 3 H 4,,фильтр 5 низких частот, два соединенных параппепьно разноименными выводами ограничительных диода 6 и 7, B и 8, первые нагр.узочные резисторы

10 и 11, вторые нагрузочные резисторы

12 H 13, первые туннепьные диоды 14 и 15„BTopere туниепьные диоды 16 и 1 7.

Преобразоватепь работает спедующим образом.

Дпя формирования нелинейной характеристики используют ту«пнепьные ипи Об ращенные диоды (обращснный диод-вариант туннельного диода, Обпадающий мапым з Каче нием тoKQ пии1 ВОпьт""нмпереОЙ ха рактеристики), сопротивление которых Я при напряжениях прямого смещения, не гревышающих напряжечия rrrT3

P k 3 пр

А АО

Ие пь изобрете ния . N! 01лире ние ДЩЖ." мического диапазона, ГЬставпенная цепь достигается тем что в усредшпощем квадратичном преобразоватепе, содержащем два масштабных резистора, первые выводы которых объедчнены и соедичены с входом преобразоватепя, фипьтр низких частот и два трехЯ попюс п ка, каждый из которых содержит вкпюченный между первым и вторым выводами-первый туннепьный диод, а между вторым и третьим выводами - первый нагрузочный резистор, вторые выводы SS первого и второго трехдопюсников соед«..иены соответственно с первым и вторым входами фильтра низких чистот, а треИзобретение относится к анапоговой вь чиспитепьной технике и может быть

HcnorrB3oBaHo в эпектроизмеритепьной„ радиоизмеритепьной и аналоговой вычислительной технике дги определения средне- 5 квадратичных значений аналоговых вепичин.

Известны устройства, в которых операция возведения в квадрат производится при помощи диодно-резисторных цепей 1

Недостатком данных устройств явпя- ° 1О ется то, rTo их можно испопьзовать дпя преобразования сигнапов, уровень которых превышает сотни МН.

Наибопее близким к предпагаемому . явпяется усредняющий квадратичный пре- r5 образоватепь, содержащий два масштабных резистора первые ВыВОды которы х объ е дине ны и соединены с ВКОдОм преоб разователя, фипьтр низких частот и два. трехпопюсника, каждый из которых содер=20 жит включенный между первым и вторым выводами первый туннепьный диод, а между вторым и третьим выводами— первый нагрузочный резистор, вторые выводы первого и второго трехпопюсни- 25 ков соединены соответственно с первым «

H вторым Входами фильтра низких частот, а третий вывод -" с шиной нупеВОГО по тенциана, второй вывод первого масштабного резистора оoдaкxrпr.rоoчaеeн a Hк rпrеeрpвBоorм у вBüыl- - дä воду первого трехпож сника и аноду перВОГО туннельного дпоцав rrepÐìé Вывод второго трехпопюсника соединен с катодом первого тупнепьного диода етого трехпопюсника i 2j.

Недостатком известнОГО УсTPoflcTBQ явпяется .узкий динамический диапазон, поскопьку при мапых уровнях Входного сигнапа возрастают статические погрешности, а при больших уровнях проис:ходит,@ деградация туннепьных диодов, вто приводит к отказу устройс ва, Где 3 " Ве Личина прямого TOKB

RP

- постояиый коеф ишиент, вепичина которого опредепяется характеристикой диода;

:*. СопрОТИВ««ение диода при

Д "ФОр

1032460 н - FFoKaaareffb CPSFFeFLH, величина которого обычно находится в пределах 1-2, Обратное сопротивление туннепьных диодов мапо зависит от величины обратного тока и по величине близко к прямому сопротивлению диода апя токов 3

О, т.е. R . Если соединить параллель но туннельный (обращенный) диод и нагрузочный резистор с сопротивлением,величина которого ниже минимального огрипатепьного сопротивления R,, „ падающего участка вольт-амперной характеристики диода, то можно подучить нелинейную цепь, сопротивление К„ которой с погрешностью, не превышающей 1-2%, может быть аппроксимировано выражением

8 =.В + с 10 дпЯ пРЯмых токов диода и выражением R ßo для обратных токов диода. Здесь В и 4 — постоянные коэффициенты, à 10 = fA+ 1p — сУъьма токов диода 1 и резистора 1Р . Для каждого типа туннельного (обращенного) диода существует оптимапьнач величина сопротивления шунтируюшего резистора при которой погрешность выше приведей:ной аппроксимации .общего сопротивления

В„минимальна. Зта оптимальная величина сопротивления резист ора обратно пропорциональна величине тока пика вольт-амперной характеристики диода. Аппроксимация является справедливой и при напряжениях на туннельном диоде, в 2-4 раза превышающих напряжение пика вольт» ампервой характеристики. Данный преобразователь содержит два трехполюсника

3 и 4, в,состав каждого из которых входит последовательное соединение двух выше описанных нелинейных цепей. Поскольку туннельные (обращенные) диоды соединены друг с другом одноименными выводами, при любом направлении входных токов трехпопюсников их входные сопротивления определяются формулой

R z=2Hо+ о "0 . Входное напряжение

И „преобразователя вызывает протекание через входные цепи каждого ..из двух трехпопюсников 3 и 4 токов

1 1 =1

sx

ВХ1 8Х2 0 Я +2@ +21 р о о где R+ - сопротивление масштабных рсGHGTopoB 1 и 2е

Если выбрать Я так, что . условие

R +2H >y3: будет выполняться во

P о о всем динамическом диапазоне входного сигнала Nq,< ппррееооббрраазэооввааттеелпяя, то (I ех и прямопроиорпионaaF Sx„ех = р + 2Р но вхоаному напряжению. Рыхоаное напряжение И,,„1 первого трехпопюсника 3, снимаемое между его вторым и третьим выводами при положительном входном напряжении И определяется выражениSy

661 1 о ьх 1, а при отрнцательWx H Ех выРажением Еь,,х (R0

-с 1 „„ 1 „„,Выходное напряженйе второго трехпопюсника 4 равно .Оеь1х2 = (Ro + сЫл > . > ) fa„- при положитейьных И и ех 2 ах2

ОВ = 1 Р - при отрицательных ИФ. !

Когда параметры туннеиьных (обращеннь1 x) диодов и резисторов трехпопюсников 3 и 4 одинаковы, входное напряжение фильтра 5 низких частот равно

0 2

20 U eU -u 2 - ех

Ейх Bblx Bg R + 2

Таким образом, в предлагаемом преобразователе имеет место квадратичное преобразование входного сигнала И любой полярности во входное напряжение .фил-тра 5 низких частот, выполняющего, операцию усреднения, которая описывается выражением

Т) бХср г p +R а о

Применение в преобразователе тун непьных диодов, имеющих малые величины емкостей и малую инерционность

З5 туннельного эффекта, а также сравнитепь но низкие значения сопротивлений резисторов, шунтируюших туннепьные диоды, обеспечивают рабочий диапазон частот преобразователя достигающий сотен МГц.

40 Нелинейность характеристик туннепьных диодов в области малых напряжений (десятки и сотни мБ}. позволяет применять преобразователь для преобразования сигналов низкого уровня, Испопьзованиевместо туннепьных (обращенных) диодов несколько ухудшает частотную характеристику преобразователя, но улучшает его чувствительность по току за счет увеличен я входного сопротивпения. При50 менение ту-ннелыых (обращенных) диодов из арсенида галлия с оптимальной концентрацией пегирующей примеси, имеющих высокую температурную стабипьность .вольт-амперных ха рактеристик, позволяет

55; обеспечить малую температурную погрешность преобразователя. Ограничительные диоды 6-9, шунтирующие входные выводы трехполюсников, защищают туннепьные

10324

3 д@ от перегрузки, предотвращая их . де радапию и иовышая надежность пре» образоватепя (деградапия свойственна туннельным диодам, выполненным на арсениде галлия). Схем преобразователя допускает его изготовление в виде

Интегральной схемы.

Предлагаемый преобразователь может работать с малой погрешностью преобра60 зования даже при напряжениях,приложенных к туннвльным диодам, достиганхпнх

400 мВ. Это значительно больше, чем предельное напряжение на обращенных диодах известного преобразователя, равное приблизительно 50 мВ, и обеспечивает возможность его применения дпя преобразования сигналов с широким динамическим диапазоном уровней.

Составитель 10. Петренко

Редактор Н. Ковалева Техред М,Надь К ppe p о кто Л. Бокшан

Заказ 5402/53 Тираж 706 Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1ХЗО35, Косква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/=

Филиал ПППБ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4