Логарифмический преобразователь
ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий аналоговый сумматор , первый вход которого является входом логарифмического преобразователя , преобразователь напряжения в ток выход которого подключен к информацион«ому входу управляемого делителя тока, выполненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом которого являются объединенные эмиттеры первого и вто рого биполярных транзисторов, коллекторы которых являются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого является база первого биполярного транзисто- ; ра, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, база второго биполярного транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, а коллекторы первого и второго биполярнь х транзисторов соединены с первыми выподами первого и второго резисторов нагрузки, соединенные последовательно выпрямитель, элвгмент сравнения, свободный вывод которого соеди«ен с выводом источника опорного напряжения, и выходной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя , отличающийс я тем,, что, с целью повьпиения точности, в преобразователь введены два дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот и масштабный усилитель, включенный между выходом аналогового сумматора и входом преобразователя напряжения в ток, к базам первого и второго биполярных транзисторов подключены неи вертирусл ющие входы соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, инвертирующие входы которых подключены соответственно к коллекторам первого и второго биполярных транзисторов, выход первого дифференциального усилителя подключен к второму выводу первого резистора а: нагрузки и к второму входу аналогоо вого сумматора, выход второго диф4 4 О5 ференциального усилителя подключен к второму выводу резистора нагрузки , к входу выпрямителя и к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к третьему входу аналогового сумматора, к четвертому входу которого подключен второй вмход источника опорных напряжений.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
4(5!) С 06 С 7/24
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3692986/24-24 (22) 24. 01. 84 (46) 07.06.85. Бил. У- 21 (72) Н.В. Голубенко, В. В. Бухалов, О.Н.Величко, А.М.Нараев и И.Е.Мозговой (53) 681.335 ° 813(088.8) (56) 1.. Патент СНА Y - 3502952, кл. 321-8, опублик. !970.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 801002, кл. G 06 С 7/24, 1981 (прототип). (54)(57) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий аналоговый сумматор, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, преобразователь напряжения
L в ток, выход которого подключен к информационному входу управляемого делителя тока, выполненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом которого являются объединенные эмиттеры первого и вто рого биполярных транзисторов, кол-. лекторы которых являются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого является база первого биполярного транзистора, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, база второго биполярного транзистора соединена с ниной нулевого потенциала, а коллекторы первого и второго биполярных транзисторов соединены с первыми выводами первого и второго
„„SU„„1160446 A резисторов нагрузки, соединенные последовательно выпрямитель, эле; мент сравнения, свободный вывод которого соединен с выводом источника опорного напряжения, и выходI ной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя, о т л и ч а ю щ и й— с я тем,. что, с целью повьш ения точности, в преобразователь введены два дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот и масштабный усилитель, включенный между выходом аналогового сумматора и входом преобразователя напряжения в ток, к базам первого и второго биполярных транзисторов подключены неинвертирующие входы соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, инвертирующие входы которых подключены соответственно к коллекторам первого и второго биполярных транзисторов, выход первого дифференциального усилителя подключен к второму выводу первого резистора нагрузки и к второму входу аналогового сумматора, выход второго дифференциального усилителя подключен к второму выводу резистора нагрузки, к входу выпрямителя и к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к третьему входу аналогового сумматора, к четвертому входу которого подключен второй выход источника опорных напряжений.
1760446
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, а именно к функциональным преобразователям переменного напряжения, и может быть использовано для измерительного преобразования напряжений, Известен логарифмический преобра- зователь, содержащий управляемый масштабный преобразователь, в цепь обратной связи по управлению кото- tO рого включен выпрямитель и элемент сравнения, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, а второй вход соединен с выхо.дом выпрямителя., вход которого,под- 15 ключен к выходу управляемого масштабного преобразователя, являющемуся выходом логарифмического преобразова еля, вход управляемого масштабного преобразователя подключен .к выходу 20 входного сумматора, один из входов которого является входом преобразователя (1).
Недостатком известного преобразователя является узкий динамический 25 и частотный диапазоны логарифмического преобразования из-за использования в составе управляемого масштабного преобразователя операционного усилителя с переменной в широких пределах глубиной отрицательной обратной связи, что ограничивает точность логарифмического преобразования.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является лога35 рифмический преобразователь, содержащий аналоговый сумматор,, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, преобра
I0 зователь напряжения в ток, выход которого подключен к информационному входу управляемого делителя тока, выполненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом ко-. торого являются объединенные эмиттеры первого и второго биполярных транзисторов, коллекторы которых явля-. ются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого
50 является база первого биполярного транзистора, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, база второго биполярного транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, а коллекторы первого и второго биполярных транзисторов соединены с первыми выводами первого и второго резисторов нагрузки, соединенные последовательно выпрямитель, элемент сравнения, свободный вывод которого соединен с первым выводом источника опорных напряжений,и выходной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя Г2 ).
Недостатком известного логарифмического преобразователя является то, что в процессе изменения коэффициента деления, напряжение коллекторбаза биполярных транзисторов управляемого делителя тока может принимать произвольные значения от нуля до напряжения питания, в результате чего происходит искажение экспоненциальной зависимости коэффициента деления управляемого делителя тока от управляющего сигнала, а следовательно, вносится погрешность в функцию логарифмического преобразования.
Цель изобретения — повышение точности преобразования.
Поставленная цель достигается тем, что в логарифмический преобразователь, содержащий аналоговый сумматор, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, преобразователь напряжения в ток, выход которого подключен к информационному входу управляемого делителя тока, выполненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом которого являются объединенные эмиттеры первого и второго биполярных транзисторов, коллекторы которых являются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого является база первого биполярного транзистора, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, база второго биполярного транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, а коллекторы первого и второго биполярных транзисторов соединены с первыми выводами первого и второго резисторов нагрузки, соединенные последовательно выпрямитель, элемент сравнения, свободный вывод которого соединен с первым выводом источника опорного напряжения, и выходной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя, введены два дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот и масштабный усилитель, включенный между выходом аналогового сумматора
3 1160446 4 и входом преобраз<.вателя напряжения ния выходного напряжения U лоз в ток, к базам первого и второго би-, гарифмического преобразователя, приполярных транзисторов подключены не- ложенного между базами биполярных инвертируюшие входы соответственно транзисторов 4 и 5. Разделенные токи первого и втоРого дифференциальных передаются в коллекторные цепи би5 усилителей, инвертирующие входы кото- полярных транзисторов 4 и 5 после рых подключены соответственно к кол- прохождения через резисторы 7 и 8 лекторам первого и второго биполярных нагрузки на них выделяются напряжетранзисторов, выход первого дифферен- ния ц,(e)+u„ V, (t)+Uz . Напряжения, циального усилителя подключен к вто- 1О которые формируются на коллекторах рому выводу первого резистора на- биполярных транзисторов 4 и 5, постугрузки и к второму входу аналогового пают на входы дифференциальных усисумматора, выход второго дифференци- лителей 9 и 10, причем на неинального усилителя подключен к второ- вертирующие входы подаются базовые му выводу резистора нагрузки к вхо- напряжения. А так как токи проте1
1 ду выпрямителя и к входу фильтра ниж- кающие через резисторы 7 и 8 нагруэних частот, выход которого подключен ки замыкаются на шину нулевого поу к третьему вход1 аналогового сумма- тенциала через выходные цепи диффетора, к четвертому входу которого ренциальных усилителей 9 «и 10, то подключен второй выход источника
20 напряжения на их инвертирующих вхоопорных напряжений. дах повторяют напряжения на неинНа чертеже представлена функцио- вертирующих входах независимо от нальная схема логарифмического преоб- значений токов, протекающих через разователя. резисторы 7 и 8 нагрузки. Таким обЛогарифмический преобразователь разом, значения напряжений база—
25 содержит аналоговый сумматор 1, мас- коллектор биполярных транзисторов 4 штабный усилитель 2, преобразователь и 5 поддерживаются близкими к нулю, 3 напряжения в ток, два биполярных а напряжения на выходах дифференцитранзистора 4 и 5 управляемого дели- альных усилителей 9 и 10 равны нателя 6 тока, два резистора 7 и 8 на- пряжениям, выделенным на сопротивгрузки, два дифференциальных усилите- лениях резисторов 7 и 8 нагрузки.
30 ля 9 и 10, фильтр 11 нижних частот, Фильтр 11 нижних частот выделяет из выпрямитель 12, источник 13 опорных выходного напряжения дифференциальнапряжений, элемент 14 сравнения, ного усилителя 10 постоянную составвыходной усилитель 15. ляющую с масштабным коэффициентом, Логарифмический преобразователь 35 равным единице, формируя при этом работает следующим образом. напряжение Uz . Переменная составВходноепеременное напряжение U,Ì ляющая LI Я) выходного напряжения подается на первый вход аналогового сум- дифференциального усилителя 10 поматора 1, на четвертый вход которого по- ступает на выпрямитель 12 и после дается постоянное0„,напряжение от 4О преобразования требуемого параметисточника 13 опорных напряжений, на ра (амплитудного, средневыпрямленновторой вход подается сумма переменно- го или среднеквадратического знаго и постоянного напряжений Uz(4)+ 0„ чения) в постоянное напряжение сравс выхода дифференциального усилите- нивается с напряжением U „„источника
ОП2 ля 9, а на третий вход подается по- 45 опорных напряжений. Разность, выдестоянное напряжение Uz с выхода ленная элементом 14 сравнения фильтра 11 нижних частот. Суммарное усиливается усилителем 15 постояннонапряжение с выхода аналогового го напряжения и его выходное напрясумматора 1, усиленное в Kz раз мас- жение U поступает на выход лога3 штабным усилителем 2,преобразуется 5О рифмического преобразователя и на в ток преобразователем 3 и суммарный базу биполярного транзистора 4
У ток, содержащий постоянную и пере- изменяя коэффициент деления управменную составляющие, поступает на ляемого делителя 6 тока до установобъединенные эмиттерные цепи первого ления равенства значений постоянного и второго биполярных транзисторов 55 напряжения на выходе выпрямителя
4 и 5 управляемого делителя 6 тока. 12 и опорного напряжения LI опт
Входной ток разделяется на две со- В уравновешенном состоянии ставляющие в зависимости от значе- работа логарифмического преобразо1160446
" 1 2. 3 5 е Р(0э!У,Р
"а "в 1+ е„Р()э l ò ) (э) 1), тогда прн К К„получаем
"- К, О())."-*) вателя описывается системой уравнений (ц,(Ч и,Ф) К, к, к+ (- к,)-О,И) . CP((U,(1))Ок(1))К КкКкКкК )К, -О e >Kee=Ue lel 3
) 1
e 1 акр(О )О где К+ и К вЂ” коэффициенты деления делителя 6 тока по коллекторным цепям биполярных транзисторов
4 и 5;
Р 1 ;..) — оператор выделения. информативного параметра преобразуемого íà- © пряжения выпрямителем 12;
)т — температурный потенциал р-в-перехода.
Учитывая линейность устройств 1-5, и 10, можно считать справедливым равенство
РЦ „(1)+О (1))К„К, K Ke (-К„,)} =Р(О ((РОк(1)) .кк,кэк к о,.
1 2 э 5 1В 30
Решая систему уравнений (1) — (4) относительно выходного напряжения.путем выделения из уравнения (1) величины0 (}в явном виде и подставив ее
: в уравнение .(2) получаем
-U„(. ) <„, к, к, ) э
1+ к„к кэ к+ кэ
Если выбрать значение К таким образом, чтобы выполнялось условие
К К К К > 1 при всех значениях К
1 которые находятся в пределах (0,5; (7) откуда с учетом выражений (3) и (4) получаем (s)
ОК(К Р(О (1)) Р р (- О )ee ) О )К нли иначе, при выполнении условия
Uon а К 5 U3 получаем . Р(ц„()("э "т " кк . 9)
"оn 2 где P(V (t)) среднеквадратичное V, „, средневыпрямленное U или амплитудное V „ значение входного напряжения.
Таким образом, выходное постоянное напряжение логарифмического преобразователя пропорционально логарифму информативного параметра преобразуемого переменного напряжения. При этом идеальный логарифмический масштаб преобразования достигнут без применения цепи положительной обратной связи, а также благодаря поддержанию близким к нулю значения напряжения база — коллектор биполярных транзисторов управляемого делителя тока.
1160446
Составитель Н.Фирсов
Техред Л.Коцюбняк . Корректор И.Муска
Редактор Г.Волкова
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 3781/48 Тиразк 710 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
