Квадратор

 

Изобретение относится к измерительной и аналоговой вычислительной технике и предназначено для возведения в квадрат сигналов произвольной формы, в том числе и с наличием постоянной составляющей. Целью изобретения является расширение области при- .менения и повышение точности квадрирования за счет периодической автоматической коррекции паразитной линейной составляющей выходного напря- jKf.HHH квадрата. Устройство содержит операционный усилитель 1, квадратирующий полевой транзистор 2, резистор 3 обратной связи, ключи 4 5, 10, 14, масштабные резисторы 6, 17, генератор 7 с гналов прямоугольной формы , элемент РГСКдаЧАЮШЕЕ ИЛИ 8, фильтры 9, 12, масштабный усилитель 11, компаратор 13, помехоподавляющий резистор 15, повторитель 16 напряжения ,, фоторезисторный оптрон-18, запоминающий конденсатор 19. Благодаря введению дополнительных элементов-, составляю1т{их структурную автоматическую компенсацию линейной составляющей в выходном сигнале устройства, можно возводить в квадрат широкий класс входных сигналов, в том числе сигналы с наличием -постоянной составляющей при изменении параметров внешней сре- №1 в широких пределах. 1 ил. 1C

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИК

РЕСПУБЛИК (51)4 С 06 С 7/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОЬбб СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4041050/24-24 (22) ? 4. 03, 87 (46) 28. 02. 89. Бюл. № 8 (71) Кишиневский политехнический институт им. С.Лазо (72) И.Ф. Клисторин, Ф,И,Жуганарь и В. В. Кий свик (53) 681 ° 3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 842848, кл. С 06 С 7/20, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1089587, кл. G 06 G 7/20, 1982, (54) КВАДРАТОР (57) Изобретение относится к измерительной и аналоговой вычислительной технике и предназначено для возведения в квадрат сигналов произвольной формы, в том числе и с наличием постоя иной со ставляющей. Целью из о бр етения является расширение области применения и повышение точности квадрирования з а счет периодической автома„„SU 1462366 А 1 тической коррекции паразитной ли, нейной составляющей выходного напря,жения квадрата. устройство содержит операционный усилитель l, квадратирующий полевой транзистор 2, резистор

3 обратной связи, ключи 4, 5, 10, 14, масштабные резисторы б, 17, генератор 7 сигналов прямоугольной формы, элемент ИСКЛюЧА1п111ЕЕ ИЛИ 8, фильтры 9, 12, масштабный усилитель 11, компаратор 13, помехоподавляющий резистор 15, повторитель 16 напряжения у фоторезисторный оптрон 18, запоминающий конденсатор 9. Благодаря введению дополнительных элементовр составляющих структурную автоматичес- а

Ж кую компенсацию линейной составляющей в вмхонном сигнале устройства, мох- (/) но возводить в квадрат широкий класс входных сигналов, в том числе сигналы ( с наличием постоянной составляющей при изменении параметров внешней среды в широких пределах. 1 ил.

1икй, 1462366

Z=hU+-Г, сц з где Ic — ток стока;

Со — проводимость канала; напряжение сток-исток, U, — напряжение отсечки.

Следовательно, выходное напряжение операционного усилителя 1

U px Koc — — -(1+ — -)-(U - — — )

45 входное напряжение квадратора; сопротивление фоторезистарного оптрана 18 50 сопротивление первого масштабнога резистора 6; сопротивление резистора 3 обратной связи; сопротивление канала квадратир ующе гn пале Ва га тран1 эистора 2 (К = — ) .

Вых В где

Кф

Roc о

Изобретение относится к электраиэмерительной и аналоговой, вычислительной технике и предназначено для возведения в квадрат сигналов произвольной формы, в том числе и с нали—

5 чием постоянной составляющей.

Цель изобретения — расширение области применения и повьпяение точности квадрирования за счет периодичес- 10 кой автоматической коррекции паразитпай линейной составляющей выходного напряжения квадратара, На чертеже представлена блок-схеа квадратора. 15 !

Квадратор содержит операционный усилитель 1, квадратирующнй паленой транзистор 2,, резистор 3 обратной связи, первый и второй ключи 4 и 5, 1 ервый масштабный резистор 6, гене1 атор 7 сигналов прямоугольной формы, 1

Ьлемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, первый ильтр 9, третий ключ 10, масштабйый усилитель 11, второй фильтр 12, кампаратор 13, четвертый ключ 14, 25

Помехоподавляющий резистор 15, повторитель 16 напряжения, второй масштабНый резистор 17, фоторезисторный оптрон 18 и запоминающий конденсатор 19.

Для полевого транзистора с р"и-пе- 30 реходом с соединенными вместе выводами затвора и истока выражение для тока стока имеет вид

Отсюда следует, что

Кф Rec Кос 1

UÄ,„=V,„ t — — -- (1+ +— — ) - — - (К1м ф " о

Бв Rqc

2Бвс Ко где первый член в правой части выражения представляет собой паразитную линейную составляющую выходного сигнала. Для того, чтобы г

Ugx R„

2П К

Зо о необходимо, чтобы линейная со ставляющая выходного сигнала была скомпенсиравана, т. е. выполнялось условие

Кос

=0

Кф Rec

-- — -- (1+ ---)

R,„+Rô Ro

Для выполнения данного условия необходимо, чтобы

R Roc

R = — ——

R, С этой целью цикл работы квадратора состоит из двух тактов. такта коррекции и рабочего такта.

С началом такта коррекции управляющим сигналом на входе задания режима коррекции замыкаются второй и четвертый ключи 5 и 14. При этом устройство представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с высоким коэффициентом передачи по разомкнутой цепи. При этом напряжение генератора 7 сигналов прямоугольной форм, импульсы которого имеют скважнОсть, с ВысОкаи тОчнаcTью pBBHую двум, проходит через первый фильтр, не пропускающий постоянную составляющую, и поступают на входы операционного усилителя 1 через квадратирующий полевой транзистор 2 и резистивный делитель, состоящий из первого масштабного резистора 6 и фаторезисторного оптрона 18. Выходное напряжение операционного усилителя 1, состоящее из суммы двух сигналов — постоянного квадратичного и переменного линейного, усиливается масштабным усилителем 11. Полезная постоянная составляющая выходного напряжения масштабного усилителя 11 задерживается вторым фильтром 12, На инвертирующий вход кампаратора 13 поступает паразитная переменная составляющая воз2366

10 з 146 неделя< го в квадрат сигнала, Выходное напряжение компаратора 13, представляющее собой импульсную последовательность с частотой генератора 7, поступает на второй вход элемента

HCKJIN×ANI IÅE ИЛИ 8, на первый вход которого поступают импульсы с выхода генератора 7. Если эти сигналы на входах элемента 8 будут противофазны, то это означает, что линейная составляющая входного сигнала больше на неинвертирующем входе операционного усилителя 1. При этом на выходе логического элемента ИСКЛН)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ

8 присутствует высокий логический уровень, запоминающий конденсатор 19 заряжается через выходное сопротивление элемента 8, замкнутый четвертый ключ 14 и помехоподавляющий резистор 15. Напряжение на выходе по-. вторителя 16 напряжения возрастает, следовательно, сопротивление фоторезисторного оптрона 18 уменьшается.

Через некоторое время линейная сос- . тавляющая на неинвертирующем входе операционного усилителя становится меньше, чем на инвертирующем. При этом импульсы на входах элемента 8 становятся синфаз ными, на его выходе появляется низкий логический уровень и конденсатор 19 начинает разряжаться. В этот момент происходит установление режима равновесия, характеризующегося периодическим изменением выходного состояния элемента 8. его 15

35 пенсация линейной составляющей в выходном cHI нлле", генератор 7 сигналов прямоугольной формы отключается от входа устройства, исследуемый сигнал подается на вход устройства, а с его выхода снимается сигнал, возведенный в квадрат.

Выбором достаточно высокой частоты следования импульсов генератора 7 сигналов прямоугольной формы, малых постоянных времени первого и второго фильтров и цепи, состоящей из помехоподавляющего резистора 15 и запоминающегоо ко нде нс атор а 1 9, до стиг ает ся малое время установления равновесия во время коррекции. Длительность такта коррекции выбирается заведомо большей времени установления.

Длительность р"-,бочего такта определяется скоростями утечки заряда с запоминающего конденсатора 1 9 и изменения параметров окружающей среды и может намного превышать длительность такта коррекции при достаточно высокой точности.

° Таким образом, введение дополнительных элементов, осуществляющих структурную автоматическую компенсацию линейной составляющей в выходном сигнале устройства, позволяет с его помощью возводить в квадрат широкий класс входных сигналов, в том числе сигналы с наличием постоянной составляющей при изменении параметров внешней среды в широких пределах. выходное напряжение усредняется на запоминающем конде нс аторе 19 и является практически стабильным. При этом линейная составляющая на выходе операционного усилителя 1 пренебрежимо мала, ее остаток не превышает Upg, где

1.1см к

AC мЧ

U,„„- напряжение смещения нуля компаратора 13;

К„„- коэффициент усиления масштабного усилителя,.

После такта коррекции начинается рабочий такт. Управляющий сигнал подается только на вход задания рабочего режима, первый и третий ключи 4 и 1О замыкаются, второй и четвертый ключи 5 и 14 размыкаются. При этом на конденсаторе 19 запоминается напряжение, при котором наступила комФор мул а из о брет ения

Квадратор, содержащий опер аци40 онный усилитель, который инвертирующим входом соединен со стоком квад45

55 ратирующеro полевого транзистора и через резистор обратной связи подключен к выходу операционного усилителя, подключенного неинвертирующим входом через первый масштабный резистор к истоку и затвору квадратирующего полевого транзистора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности, в него введены генератор сигналов прямоугольной формы, четыре ключа, фоторезисторный оптрон, масштабный усилитель, компаратор, элемент HCK3INWNli(FF, ИЛ11, два фильтра, второй масштабный и помехоподавляющий резисторы, пс вторитель напряжения и запоминающий конденсатор, включенный между входом повторителя наСоставитель Н.Зайцев

Техред Л.Сердюкова

Редактор А.Огар

Корректор С.Некмар

Заказ 716/50 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 14 пряжения и ниной нулевого потенциала информационный вход квадратора через

> первый ключ соединен с истоком и затвором квадратирующего полевого транзистора и выходом второго ключа, выход генератора сигналов прямоугольной формы соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАВШЕЕ ИЛИ и через первый фильтр подключен к информационному входу второго ключа, выход операционного усилителя через третий ключ подключен к выходу квадратора, а также через последовательно соединенные масштабный усилитель, второй фильтр и компаратор подключен к второму входу элемента ИСКЛ1ОЧА10ПЕЕ ИЛИ, 62366 6 выход которого через последовательно включенные четвертый ключ, помехоподавляющий резистор, повторитель напряжения и второй масштабный резис5 тор соединен с первым выводом светодиода фотореэисторного оптрона, вто рой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала и через фоторезистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, управляющие входы первого и третьего ключей соединены с входом задания рабочего режима квадратора, вход задания режима коррекции которого соединен с управляющими входами второго и четвертого ключей,