Среднеквадратический преобразователь
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (gg 4 С О! R 19/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
gt
/ " .1 ! !
Е (2 ) 3926961/24-21 (22) 04.07 .85 (46) 07.12.86. Бюл. К 45 (72) В.И.Иихирев (53) 621.317.7(088.8) (56) Шило В.А. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре.
М.: Советское радио, 1978, с. 189.
Сухов Н. Среднеквадратичный милливольтметр. — Радио, 1981, М ll, с. 53-55. (54) СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах перемен - ного тока, автоматических системах контроля переменного напряжения.
Цель изобретения — расширение динамического диапазона входного напряжения, уменьшение погрешности преобразования, обусловленной температурным дрейфом выходного напряжения
ÄÄSUÄÄ 1275302 А 1 первого операционного усилителя.
Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее операционные усилители 1 и 12, масштабные резисторы 2 и 13, транзисторы 3, 4, 5, 6, 8, 9, ll конденсатор 10, корпусы
14 и 15 транзисторной сборки, введены инвертирующий усилитель 7, логарифмирующие транзисторы 4 и 6 и антилогарифмирующий транзистор 9. Погрешность измерений при малых входных напряжениях в предлагаемом преобразователе меньше эа счет того, что в нем отсутствует формирователь модуля входного напряжения, обладающий высокой нелинейностью при малых входных напряжениях. Это также позволяет расширить диапазон входных напряжений, так как первый каскад предлагаемого устройства является логарифмическим усилителем, в котором происходит сжатие входного сигнаtt н ла. 1 э.п. ф-лы, 1 ил.
127
Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах переменного тока, автоматических системах контроля переменного напряжения.
Цель изобретения — расширение динамического диапазона входного напряжения, уменьшение погрешности преобразования, обусловленной температурным дрейфом выходного напряжения первого операционного усилителя.
На чертеже представлена схема предлагаемого преобразователя.
Схема содержит первый операционный усилитель 1, инвертирунйций вход которого соединен с одним из выводов первого масштабного резистора 2, с коллектором и базой транзистора 3 и эмйттером транзистора 4, эмиттер транзистора 3 соединен с базой и коллектором транзистора 5, база и коллектор транзистора 4 соединены с эмиттером транзистора 6, эмиттер транзистора 5, база и коллектор транзистора 6 соединены с выходом операционного усилителя l, с входом инввртирующего усилителя 7 и с эмиттером транзистора 8, база и коллектор которого соединены с эмиттером транзистора 9, с одним из выводов конденсатора 10 и с коллектором и базой транзистора ll эмиттер которого соединен с выходом инвертирующего усилителя 7 коллектор и база транзистора 9 соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 12 и с одним из выводов масштабного резистора 13, второй вывод которого соединен с вторым выводом конденсатора 10 и с выходом операционного усилителя 12, неинвертирующие входы операционных усилителей 1, 7. и 12 соединены с. общей шиной. Транзисторы 3, 4, 8 и ll находятся в корпусе т4 транзисторной сборки, а транзисторы 5, 6 и 9 — в корпусе 15 транзисторной сборки.
Преобразователь работает следующим образом.
Входное переменное напряжение через резистор 2 поступает на логарифмический:усилитель 1. Положительная полуволна входного напряжения логарифмируется с помощью транзисторов 3 и 5, отрицательная полуволна — с помощью транзисторов 4 и 6.
На выходе операционного усилителя
1 появляется переменное напряжение, 5302 2 пропорциональное логарифму входного напряжения. Отрицательная полуволна этого напряжения поступает на антилогарифмический усилитель (элементы 9, 12 и 13) через транзистор 8, положительная полуволна с выхода операционного усилителя 1 через инвертирующий усилитель 7 поступает на антилогарифмический усилитель через
10 транзистор ll. Ток через транзистор
9, равный сумме средних токов, проходящих через транзисторы 8 и 11 (усреднение осуществляется с помощью конденсатора 10), поступает на вход
15 операционного усилителя 12. На выходе формируется напряжение, пропорциональное среднеквадратическому значению входного напряжения. Резистор
13, а также резистор 2 определяют
10 коэффициент пропорциональности между входным и выходным напряжениями по уровню среднеквадратического значения.
Напряжение на выходе операционного усилителя 1 равно з Ц 11
U =-2U 1n - "- - + 2П 1п -г"- вых= т Р 7. т R I
1 S !
30 ек + ex (1) где UT — термический потенциал; U>Ä ек.1 и Бек — мгновенные значения положительной и отрицательной полуволн напряжения соответственно; К 1 — значение сопротивления резистора 2;
I S — обратный ток насыщения транзистора.
Ток коллектора I транзистора 9 равен сумме средних значений токов коллектора транзисторов 8 и 11, т ° е.
+ > (2)
Выражение (2) можно представить в виде
"Eз зз зЗВз О -Одз еUq =I е Ут +I е От
S S з или 8, u u
$0 е "т = е " + е (3) где У вЂ” напряжение база — эмиттер транзистора 9.
Напряжение на выходе преобразователя равно 9 (4) где R< — сопротивление резистора 13.
302
4 бэ 1 1 е
50
S5 з 1275
Формулу (4) с учетом выражений (3) и ()) можно представить в виде
/ u о е т+е т = — ц (/
u u R2
&Ь!х 2 5 ска ск
R2 $
= — U ск»
1 где U, — среднеквадратическое значение входного напряжения; U u
СК1
U, - среднеквадратические значе- 10 ния положительной и отрицательной полуволн входного напряжения. рая R(= 1,2 имеем Пеых 11ск
Анализ проведен в предположении, что обратные токи всех транзисторов одинаковы. Результат анализа не изменится, если идентичными будут транзисторы 3, 4, 8 и 11, а транзисторы 5, 6 и 9 могут быть другими, но также идентичными один друго му. Для положительной полуволны напряжения
1 и кх
U =U +U =U 1n †-"-- + еых ээ Вэ5 т R I
1 Sl
+ U 1п -- - = U In
U гр, (и — —,=,==, ээ 55
ЗО где. Ug и С э, 1 и 1 — напряжение база — эмиттер и обратные токи соответственно транзисторов 3 и 5. I = I,, т.е. коллекторный се се » ток транзистора 9, равен среднему
35 коллекторному току трвдд рара 8
u6э . 6э8.
I =I е "т =I, =.I e .сe 5э 8 58 о оа, и е
5»г 4О откуда получаем
Окончательно имеем u6 ó 0 и ьтт
=R f е т
ЕЬ»х 2 SS г SS
58 ре ПБ Т
R д Z ск
5э 55
Если транзистор 3 идентичен транзистору 8, то I = IS, а если
8 транзистор 5 идентичен транэстору 9, то I = I с учетом этого имеем
U = — — U с
Вы)(R пк
Поэтому для компенсации температурных дрейфов обратных токов транзисторов достаточно взять транзисторы 3, 4, 8 и ll из одной сборки транзисторов, а транзисторы 5, 6 и
9 — из другой сборки.
Погрешность измерений при малых входных напряжениях в предлагаемом преобразователе меньше из-за того, что в нем отсутствует формирователь модуля входного напряжения (выпрямитель), обладающий высокой нелиней-, ностью при MGJIbIx входных напряжениях, Исключение иэ схемы формирователя модуля позволяет расширить динамический диапазон входных напряжений, так как первый каскад предлагаемого устройства является логарифмическим усилителем, в котором происходит сжатие входного сигнала.
Для предлагаемого устройства выходное напряжение с учетом напряжения смещения вследствие температурного дрейфа
R2 2 2 р 1 Ucm
U =-- U +U J. „, Еых R c< ск2 2 и
1 т
2 2 (Uc»c, —.Uc I БсМ2 Uc»12 2 — — — — + — — -w — —— )+ где U „, У и U напряжение
СМ2 смещения логарифмирующего, инвертирующего и антилогарифмического усилителей соответственно.
Из последнего выражения видно, что при U „ U, т.е. при приблиСК, " СК2» зительно равных среднеквадратических значениях положительной и отрицательной полуволн, напряжение смещения первого каскада преобразователя не влияет на выходное напряжение, а влияние напряжения смещения U, в с» 12 предлагаемом устройстве в два раза меньше, чем в известном.
Формула изобретения
1. Среднеквадратический преобразователь» содержащий два операционных усилителя, два масштабных резистора, два логарифмирующих транзистора, два антилогарифмирующих транзистора и интегрирующий конденсатор, причем инвертирующий вход первого операционного усилителя соет динен с одним иэ выводов первого масштабного резистора и с коллектором и базой первого логарифмирующего транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором и базой второго логарифмирующего транзистора, Составитель» И.NocTGBGH
Редактор A,Êîçîðèç Техред 3.Кадар
Корректор С.1Пекмар
Заказ 6554/34 Тираж 728 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4, V
3 1275302 б его эмиттер соединен с выходом пер- масштабного резистора является вхо. вого операционного усилителя и с дом устройства, инвертирующий вход эмиттером первого антилогарифмирую- первого операционного усилителя щего транзистора, коллектор и база соединен с эмиттером первого дополкоторого соединены с эмиттером вто5 кительного логарифмирующего транзисрого антилогарифмирующего транзис- тора, причем его коллектор и база тора, коллектор и база последнего соединены с эмиттером второго дополсоединены с инвертирующим входом нительного логарифмирующего транзисвторого операционного усилителя и с тора, коллектор и база которого соеодним из выводов второго масштабно- 1ð динены с выхоцом первого операционго резистора, второй вывод которого ного усилителя и с входом инвертирусоединен с выходом второго опера- ющего усилителя, а выход последнего ционного усилителя, являющегося вы" соединен с эмиттером дополнительноходом устройства, и с одним из выво- го антилогарифмирующего транзистора, дов интегрирующего конденсатора, . 15 а его коллектор и база соединены с второй вывод конденсатора соединен эмиттером второго антилогарифмируюс эмиттером второго антилогарифми- щего транзистора, рующего транзистора, неинвертирующне 2, Преобразователь по п. 1, о т " входы первого и второго операцион- л и ч а ю шийся тем, что перных. усилителей соединены с общей ши- 2б вый логарифмирующий, первый дополной, отличающийся тем, нительный логарифмирующий, первый что, с целью повышения точности антилогарифмирующий и дополнительпреобразования, расширения динамичес- ный антилогарифмирующий транзисторы кого диапазона входных напряжений, в входят конструктивно в одну транзисв него введены два дополнительных 25 торную сборку, а второй логарифмилогарифмирующих транзистора, один рующий, второй дополнительный логадополнительный антилогарифмирующий рифмирующий и второй антилогарифмитранзистор и инвертирующий усили- рующий транзисторы входят конструктель, причем второй вывод первого тивно во вторую транзисторную сборку.
