Квадратор

 

Союз Советсккк

Соцмалмстмческмк

Реслублмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

736126 (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 18.01.78 (21) 2570826/18-24 (51)м. Кл.

G 06 G 7/20 с присоединением заявки.%—

Государстввииый комитет (23) Приоритет по девам изабретеиий и открытий

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень .М 19

Дата опубликования описания 26.05.80 (53) УДК 681. .335.813 (088.8) С. У. Климович (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) КВАДРА ТОР

Изобретение относится к измерительной и аналого-вычислительной технике и может быть использовано для возведения в квадрат .электрических сигналов, а также для квадратичного детектирования.

Известен квадратор, содержащий подкпюченньте ко входу операционного усилителя диодно-резистивные цепи, каждая из которых состоит из последовательно

10 включенных звезды резисторов и двух диодов, параллельно одному из которых включен входной резистор. Кроме того, он содержит дополнительные диоды и группы> соединенных в звезду, резисторов по числу диодно-резистивных цепей (1) .

Недостаток такого квадратора - сложность схемы, большое количество используемых элементов и узкий динамический диапазон. 20

Наиболее близким техническим решением к изобретению является квадратор, содержащий цепочку из последовательно соединенных компенсирующих диодов

2 и фазоинверсный каскад, вход которого является входом квадратора, а его выходы через разделительные конденсаторы соединены с базами соответствующих транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, резистивные делители напряжения, средние выводы которых соединены с базами соответствующих транзисторов, свободные выводы первых ре= зисторов резистивных делителей напряжения соединены между собой, а свободные выводы вторых резисторов резистивных делителей напряжения подключены к шине питающего напряжения f2) .

Недостаток известного квадратора— узкий динамический диапазон рабочего напряжени я.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона квадратора.

С целью расширения динамического диапазона, квадратор содержит дополнительные транзисторы и токозадающие резисторы, первый из которых включен меж ду шиной питающего напряжения и общим

736 126 выводом первых резисторов резистивных депитепей напряжения, соединенным с одним выводом цепочки из последовательно соединенных компенсирующих диодов, другой вывод которой соединен с >шиной ну5 пового потенциапа, коллекторы транзисторов подключены к шине питающего напряжения, эмиттеры транзисторов соединены межееу собой и через второй токозадающий резистор соединенье с коппектором, 10 а через третий токозадаюший резистор— с базой первого допопнитепьного транзистора, эмиттер которого подключен к и ине нулевого потееециаееа, а коллектор соединен "выходом квадратора,,ба;з:а пер- 15 вого допоп>еитепьного транзистора соединена с коллектором и базой второго допопнитепьного транзистора, эмиттер которогo через четвертый токозадающий резисгop соединен с шиной нулевого no — 20 тенееиапа.

На чертеже приведена схема квадратора.

К> адратор содержит два транзистора

1 и 2, коппекторы которых соединены 25 между собой и подкпючень> к ц Ifne 3 пи— та1оцеего папря>кения непосредственно, фазоинверсный каскад 4, вход которого явпяется входом квадратора, а выходы через раздепитепьные конденсаторы 5 и 6 30 подкщочены к базам транзисторов 1 и 2 п средним выводам резистивных делитепей напряжеещя, выполненных на резистор». 7, 8 и 9, 10. Э млттеры транзисторов соединены между собой и через со- 35 ответствующие токозадающие резистооы

: 1 и 12 подключены к коннектору и базе первого допопн>лтегьного транзистора

1З, база которого соединена с базой и коллектором второго допопнитепьно;-.о 49 транзистора 14, эмиттер которого через токозадающий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала, вторые вьеводы депителей напряжения соединены с 5 анодом первого из двух компенсирующих диодов 16.и 16 и выводом токозадак щего ре зист ора 1 7.

Квадратор работает следующим об-разом.

HB базь! Транзисторов 1 и 2 поступает противофазное напряжение с выходов фазоинверсного каскада 4 через разделитепьньее конденсаторы 5 и 6. На общем выводе эмиттеров транзисторов 1 и 2 существует пупьсирующее напряжение удвоенной частоты, споженное с постоянным напряжением, задаваемым депнтепями напряжения на резисторах 7,8 и 9,10.

Суммар>еое напряжение поступает через резисторы 11 и 12 на коппектор и базу транзистора 13. На коллекторе транзистора 13 существует переменное напряжение двойной частоты, амплитуде которого пропорциональна квадрату амплитуды входного напряжения, поступак>щему на вход квадратора. При этом реализуется операция

Д-Д ccs2>

Я.

Азах = А уп <=

Доказать это можно следующим. Известно, что ток коплектора транзистора в рабоче и точке определяетс я

4 5.

">>кт где q, — величина заряда электрона;

К вЂ” постоянная Бол ьц мана; Т вЂ” те мпература транзистора; U — — напряжение дно с мещения база-эмиттер, g -теорети ческий обратный ток коллектора; s» -константа, близкая к единице.

Приращение коплекторного тока при увепичении напряжения база-эмиттер равЕ- >.О )

l где к — тангенс угла наклона прямой изменения напряжения база-эмиттер.

Используя разложение функции e " в ряд Тейлора, получим „:Л„, i +

Приращение напряжения на коллекторе транзистора при одновременном линейном изменении напряжения питания и тока базы равно

1д где K — тангенс угла накпона прямол див нейного изменеешя напряжения питания.:

p „- сопротивпение колпекторной нагрузки.

При равенстве чпенов K> u K 3„ >, приращение напряжения на коллекторе пропорционально квадрату изменения напря>кения питания.

Б предлагаемом квадраторе с помощью резистора 12 обеспечивается выпопнсние равенства первых двух членов в выражении д>ея ь U . Это равенство выполняется за счет постоянного напряжения Q npu отсутствии переменного напряжения.

Таким образом, введение одного транзистора вместо двух цепочек последовательно соединенных диодов в известном устройстве позволяет упростить устройство и расширить динамический диапазон его работы без увеличения числа квадратирующих элементов. центное содержание требуемых гармонических составляющих о?ень мапо.

Квадратор, содержащий цепочку из поспедовательно соединеннь|х компенсирующих диодов, а также фазоинверсный каскад, вход которого является входом квадраторе, а его выходы через разделительные конденсаторы соединены с базами соответствующих транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, резистивные депители напряжения, средние выводы которых соединены с базами соответствующих транзисторов, свободные выводы первых резисторов резистпвных делителей напряжения соединены между собой, а свободные выводы вто рых резисторов реэистивных делителей напряжения подключены к шине питающего напряжения, о т и и ч а ю щ и йс я тем, что, с цеЬью расширения динамического диапазона, он содержит дополнитедьные транзисторы и токозадающие резисторы, первый пз которых включен между шиной питающего напряже ния и общим выводом первых резисторов резистивных делителей напряжения, соединенным с одним выводом цепочки иэ последовательно соединенных компен=ирлощих диодов, другой вывод которой соединен с шиной нулевого потенциала коллекторы транзисторов подкпючены к шипе питающего напрчжения, эмиттеры транзисторов соединены между собой и через второй токозадеющий резистор соединены с коллектором, а через третий токоэадающий резистор - с базой первого дополнительного транзистора, эмиттер которого подкщочен к шине нулевого потенциале, а коллектор соединен! с выходом квадретора, база первого дополнительного транзисторе соединена с коллектором и базой второго дополнительного транзистора, эмиттер которого через четвертый токозадеюший резистор соединен с шиной нулевого потенциала.

5 736 126

Последовательно включенные диоды находятся в активном режиме за счет тока делителей напряжения и тока, обеспечиваемого резистором 17. Величина падения напряжения на диоде и его изменение при изменении температуры зависит от величины тока через диод. Тем самым обеспечивается необходил1ое изменение напряжения на базах транзисторов 1 и 2 при изменении температуры. Дополнительный транзистор 14 обеспечивает температурную стабилизацию режима транзистора

13.

Введение второго транзистора и указанное включение последовательно соединенных диодов позволяет стабилизировать работу устройства при изменении температуры.

B квадраторе можно получить диапазон изменения выходного переменного напряжения более 60 дБ при напряжении питания всего лишь 12,6 B. Настройка квадратора осуществляется регулировкой тока базы квадрируюшего транзистора

13 с помощью резисторов 12 и 15.

Для квадратичного детектирования достаточно включить конденсатор пареплельно выходу квадратора. При этом уменьшение постоянной составляющей на выходе пропорционапьно квадрату увеличения напряжения сигнала на входе. При квадратичном детектировании расширяется динамический диапазон работы устроиства, так как средний квадрат напряжения всегда меньше амплитудного значения.

При вкгпочении на выходе устройства усилителя-инвертора постоянного тока приращение постоянной составляющей напряжения на выходе усилитепя пропорционально квадрату увеличения напря-жения на входе устройства.

Предложенный квадратор позволяет строить измерительные устройства для измерения напряжений произвольной формы с большим коэффициентом пика. Большая протяженность квадратичной характе-. ристики особе пю важна при разработке и построении цифровых измерительных устройств, работающих в автоматическом режиме измерения.

При использовании квадратора в передатчиках, работающих на четных гармониках напряжения задающего генератора при переходе с поддиапазона на поддиапазон, возможно обеспечить выигрыш в выходной мощности передатчика, особенно на верхних поддиапазонах, roe npoФормула изобретения

Источники информации, приняятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 542998, кп. 5 06 0 7/20, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

No 44-4205, кл. С 06 С 7/20, 1974

1протстипq ..

736 126

Составитель О. Сахаров

Релактор А. Ь1отыль Текрел И. Аоталош Корректор Т. Скеорлоеа

Заказ 2277/7 Тираж 751 Подписное

ЦНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-335, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4