Квадратичный преобразователь

 

КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗО .ВАТЕЛЬ, содержащий масштабный резистор , подключенный одним из выводов к одному из внешних вьшодов нелинейного элемента, другой внешний вьшод которого соединен с шиной нулевого потенциапа, и фильтр низкой частоты, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности,он содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор,выход которого является выходом преобразователя , нелинейный элемент выполнен в виде полупроводника, в котором имеются две внешние области с неравномерным распределением легирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами , и промежуточная область, .снабженная третьим омическим контактом , внешний вьгоод которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя импульсов, вход (Л модулятора является входом преобразователя , а его выход подключен к другому вьтоду масштабного резистора . 4аь 4 fc сс (od

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК

4(51) G 06 G 7/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬС ГВУ дьа оР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3624331/24-24 (22) 18. 07. 83 (46) 07.03.85. Бюл. ¹ 9 (72) В.В. Иванютин (7 1) Куйбышевский электротехнический институт связи (53) 681. 3 (088.8) (56) 1. Справочник по нелинейным схемам. Под ред, Шейгольда. М., "Мир", 1977.

2. Авторское свидетельство СССР .№ 989562,кл. G 06 G 7/20, 1980 (прототип). (54)(57) КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОВРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий масштабный резистор, подключенный одним из выводов к одному из внешних выводов нелинейного элемента, другой внешний вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, и фильтр низкой частоты, о т л и ч а ю„„SU„„1144123 А шийся тем, что, с цепью йовьшения точности,он содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор,выход которого является выходом преобразователя, нелинейный элемент выполнен в виде полупроводника, в котором имеются две внешние области с неравномерным распределением легирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами, и промежуточная область, снабженная третьим омическим контактом, внешний вывод которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя импульсов, вход модулятора является входом преобразователя, а его выход подключен к другому выводу масштабного резистора.

1144123

1

Изобретение относится к электроизмерительной и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении в измерителях мощности и вольтмет- 5 рах среднеквадратичного значения диапазона звуковых, ультразвуковых и радиочастот, а также в модулирующих устройствах и аналоговых вычислительных машинах.

Известны квадратичные преобразователи, содержащие нелинейные элементы, например термопреобраэователи или биполярные транзисторы переменной крутизны, включенные в резистивно-усилительные схемы (1).

Такие преобразователи имеют недостаточно высокие точность и быстро-. действие.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является усредняющий квадратичный преобразователь, содержащий полевой транзистор, к затвору которого подключен первый вывод источника напряжения смещения, второй вывод которого и первый входной вывод преобразователя соединены с шиной нулевого потенциала, компенсирующий терморезистор, корректирующий конденсатор, масштабный резистор и фильтр низких частот, выходные выводы которого являются выходом преобразователя, а входные выводы подключены соответственно к истоку и стоку полевого транзистора, корректирующий конденсатор

35 включен между вторым входным выводом преобразователя и стоком полевого транзистора,. параллельно корректирующему конденсатору включена

40 цепочка из соединенных последовательно компенсирующего термореэистора и масштабного резистора (2) .

Недостатками известного квадратичного преобразователя являются труд- 45 ность достаточно полной коррекции температурной погрешности, связанной с изменениями сопротивления канала и значения коэффициента управления А полевого транзистора, 50 а также необходимость индивидуальной коррекции частотной характеристики. Последнее связано с технологическим разбросом частотных свойств полевых транзисторов. 55

Цель изобретения — повьш ение точности квадратичного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем„ что квадратичный преобразователь, содержащий масштабный резистор, подключенный одним иэ выводов к одному иэ внешних выводов нелинейного элемента, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, и фильтр низкой частоты, содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор, выход которого является выходом преобразователя, нелинейный элемент выполнен в виде полупроводника, в котором имеются две внешние области с неравномерным распределением легирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами, и промежуточная область, снабженная третьим омическим контактом, внешний вывод которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя импульсов, вход модулятора является входом преобразователя, а его выход подключен к другому выводу масштабного резистора.

На чертеже приведена схема квадратичного преобразователя.

Схема содержит масштабный резистор 1 и фильтр 2 низкой частоты . (усредняющий интегратор), нелинейный.элемент 3, выполненный в виде полупроводника, имеющего три вывода и две области с неравномерным распределением легирующей примеси, один из выводов соединен с шиной нулевого потенциала, а другой — с первым выводом масштабного резистора 1, модулятор 4 входного сигнала, вход которого является входом преобразователя, а выход подключен к другому выводу масштабного резистора 1, и соединенные последовательно усилитель 5 импульсов и детектор

6 импульсов. При этом вход фильтра

2 низкой частоты подключен к третьему выводу нелинейного элемента 3, выход фильтра 2 низкой частоты— к входу усилителя 5 импульсов, а выход детектора б импульсов является выходом квадратичного преобразователя.

Масштабный резистор 1 используется для установки коэффициента функции преобразования преобразователя и уменьшения изменений входно го тока нелинейного элемента 3, 1144123 4 тервале времени действия радиоимпульса протекает ток

К

8х Вх Р 2Я

5 о

8Ы«Н . ВЫ» Н 8»

15

К K (н Ф Х

2(а„2Я,)

3 связанных с температурными изменениями его входного сопротивления.

Фильтр 2 низкой частоты (усредняющий интегратор) обеспечивает выполнение операций интегрирования и усреднения выходного напряжения нелинейного элемента 3, который вырабатывает напряжение, содержащее составляющую, пропорциональную квадрату его входного тока и квадрату входного сигнала преобразователя.

Модулятор 4, использующийся для получения импульсной модуляции входного сигнала преобразователя, представляет собой аналоговый ключ, выполненный на полупроводниковых приборах или герконах. Последние можно использовать при входных сигналах, среднее значение которых изменяется медленно. Для получения импульсной амплитудной модуляции модулятор 4 должен содержать генератор управляющих ключом импульсов.

Усилитель 5 импульсов обеспечи1вает усиление импульсов выходного напряжения фильтра 2 низкой частоты, амплитудные значения которых пропорциональны средним значениям квадрата входного сигнала преобразователя. Детектор 6 импульсов преобразует выходные импульсы усилителя 5 в напряжение или ток,пропорциональные среднему значению входного сигнала.

Преобразователь при синусоидальном входном сигнале работает следующим образом.

Входное напряжение преобразователя U „, = U 8„з пы в модуляторе

4 подвергается амплитудной модуляции, в результате которой формируются радиоимпульсы с синусоидальным сигналом заполнения. Амплитудное значение напряжения радиоимпульсов

U = К П 8„,где К,— коэффициент преобразования модулятора иа интервалах времени формирования радиоимпульсов.

Выходное сопротивление нелинейного элемента 3 определяется выражением .5

8ЫХН О ак ВХ 2Н 8» ЬН В»

+К 1 +К i +K i +: а его входное сопротивлейие (в вх - Ыо °

В результате этого через входную цепь нелинейного элемента 3 на ингде R„сопротивление масштабного резистора 1.

Выходное напряжение элемента 3

Согласно выше изложенному оно содержит квадратичную составляющую к к 2 ,и .2. K M q 2

K$1H вх (Я 2Я \> 8» о! среднее значение которой (K1HK4 а

Кв 7 КВ (Я+2Я ) вх пропорционально квадрату амплитудного значения входного сигнала на интервалах времени действия радиоимпульсов, много больше средних значений других составляющих и равно нулю в паузах между радиоимпульсами.

Фильтр 2 низкой частоты, имеющий коэффициент преобразования К>, формирует импульсы среднего значе35 ния квадратичной составляющей выходного напряжения нелинейного элемента 3 и подавляет. другие составляющие. Усилитель 5 импульсов с. коэффициентом усиления К усиливает эти импульсы,а детектор б импульсов с коэффициентом преобразования К преобразует импульсы в постоянное напряжение. При этом выходное напряжение квадратичного преобразователя

2. н

1н 2 5 Ь 2

89» 2(Я + Zg g мвх

Введение в преобразователь не линейного элемента, имеющего две области с неравномерным распределением легирующей примеси, поз= воляет получить составляющую напряжения, которая квадратична по от:.ношению к входному току в широком диапазоне изменения его значений.

1144123

Составитель А. Маслов

ТехредЖ.Кастелевич Корректор C° . 1цекмар

Редактор А. Козориз

Заказ 932/41

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал !1ПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Введение в квадратичный преобразователь импульсного модулятора 4 обеспечивает импульсную модуляцию квадратичной составляющей выходного напряжения нелинейного элемента.

Введение усилителя 5 импульсов с так называемым закрытым входом (во входной цепи имеется разделительный конденсатор) и детектора 6 импульсов обеспечивает отделение импульсов измерительного сигнала, сформированных фильтром 2 низкой частоты, от термо-ЭДС нелинейного элемента 3, не имеющей модуляции, усиление этих импульсов и преобразование в постоянное напряжение.

В связи с тем, что частотный ,диапазон нелинейного элемента, не

f имеющего p-n-переходов, очень широк (до тысячи мегагерц) обеспечивается уменьшение частотной погрешности преобразователя.

Погрешность квадратичной функции. преобразования в результате введения нелинейного элемента новой конструкции и импульсной модуляции

5 входного тока, облегчающей тепловой режим нелинейного элемента, снижается по сравнению со случаем использования полевого транзистора. Температурная погрешность, 10 связанная с изменениями входного сопротивления нелинейного элемента, в результате последовательного подключения масштабного резистора снижается до долей процента.

15 Измерение метрологических характеристик измерительного преобразователя с использованием компенсационного вольтметра ВЗ-24 класса

0,2 в диапазоне частот О, 1-10 МГц о

20 и диапазоне температур О-5П С показывает, что его основная приве денная погрешность преобразования не пэевышает 17.