Аналоговый экспоненциальный пре-образователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическими

Республик

«»813465

> (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 300379 (21) 2743710/18-24 (51)М. Кл.

G 06 G 7/24 с присоединением заявки Йо— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 150381.Бюллетень И9 10

Дата опубликования описания 200 381 (53) УДК 681. 335 (088 ° 8) (72) Автор изобретения

Р. В. Бегота

Ф .:t.: . с

) Львовский ордена Ленина политехнический институт: . ) 1

I с (71) Заявитель

4 с

/ (54 ) АНАЛОГОВЬ1И ЭКСПОЧЕНЦИАЛЬНЬй ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение предназначено для использования в вычислительных устройствах, в частности в устройствах умножения, деления, а также в различных схемах информационно-измерительной аппаратуры.

Известен аналоговый экспоненциальный преобразователь, и =пользующий включение биполярного транзистора по трехполюсной схеме на входе операционного усилителя (11.

Недостаток данного преобразователя .состоит в том, что с увеличением входного тока вплоть до допустимых значений коллекторного тока увеличивается погрешность воспроизведения заданной функциональной характеристики и это явление связано, главным образом, с влиянием объемного сопротивления базы транзистора rl . Работа экспоненциатора при больших значениях коллекторного тока желательна не только с точки зрения расширения динамического диапазона входных сигналов, но и для повышения быстродействия данного преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий первый операционный усилитель, ко входу которого подключен коллектор

2 антилогариймирующего транзистора, выход операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, инвертирующий и суммирующий усилители, второй вход суммирующего усилителя подключен ко входу преобразователя, выход суммирующего усилитеЛя соединен с змиттером антилогарифмирующего транзистора, база которого присоединена ко входу инвертирующего усилителя P2, j

Недостатком данного аналогового экспоненциального преобразователя является то, что суммирующий и инвер35 тирующий усилители вместе с антилогарифмирующим транзистором образуют цепь положительной обратной связи, которая характеризуется нестабильностью параметров во времени и при оп20 ределенных условиях может быть причиной возникновения генерации электрических сигналов в этом устройстве, т. е. причиной выхода преобразователя из режима работы. Кроме того, в

25 данном преобразователе не устраняется погрешность воспроизвецения функциональной характеристики, вызванная нарушением условия равенства нулю напряжения коллекторного перехода, 30 действительно, в соответствии с урав813465 нениями Эберса-Молла выражение для коллекторного тока lz биполярного транзиа. ора с заземленной базой имеет вид

""SÅ "О Чсь

Э =-З. Е (Е -1)+a„(C 1).СЗ P "",) (1) где V,,Н вЂ” напряжение между базой-эмиттером и базойколлектором; — токи насыщения эмиттеЕБ ра и коллектораА,H — коэффициенты передачи 15 тока в нормальном режиме;

m j — коэффициент, учитывающий "несобранные" составляющие тока в цепи базы; — температурный потенцит

Т ал, равный

1ЬОО

Если выполнить условие, = О, то уравнение (1) преобразовывается в чц ЧВ т ЕЕ

3=-а (0 -a)=d. 0 .Е =3 ЕЮ(— ), (1)

С МE6 g ЕЯ S т

30 где и М вЂ” постоянные коэАйициенс ты, зависящие от температуры и требующие мер термокомпенсации.

Потенциалы коллектора и базы антилогарифмирующего усилителя практически равны нулю за счет глубокой отрицательной обратной связи операционного и инвертирующего усилителей, т. е. напряжение V = О, что дает возможность реализовать уравнение (2). Экс- 40 поненциальная зависимость коллекторного тока с от напряжения V для данного режима справедлива до значения Зс = 100 МА в случае применения маломощных транзисторов и с ростом 4$ тока 3с нарушается в силу того, что начинает сказываться падение напряжения V = 3g r

Это напряжение является напряже° . нием погрешности, так как в соответ- $0 ствии с Т-образными схемами замещения транзистора напряжение база-эмиттер Чк антилогариАмирующего транзистора можно представить в виде суммы напряжений база-эмиттер идеального транзистора V и напряжения Ч

ЬЕ

- le re

Ч = Ч, + 3,г„ - В.„) п(Z ) + 1„r„ (3)

ЭQ

Так как потенциал базы антилога- d0 рифмирующего транзистора практически равен нулю, то напряжение «Jg r приводит к смещению коллекторного перехода иа величину Vz> = ly г, а вследствие этого и к отклонению пере- 65 даточной характеристики транзистора от чисто экспоненциальной зависимос-. ти и это отклонение связано как с аддитивным влиянием составляющей иапряжения 3+ r в уравнении {3), так как и с влияйием членов уравнения (1), содержащих выражение Ч =- З r>4

Ф С, и это последнее влияние в известном преобразователе не устраняется.

Таким образом, эти две причины — положительная обратная связь отклонение от нуля напряжения коллекторного перехода с ростом коллекторного тока в конечном итоге приводят к увеличению погрешности функциональной характеристики преобразователя.

Цель изобретения — уменьшение погрешности функциональной характеристики аналогового экспоненциального преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что аналоговый экспоненциальный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель с параллельно включенным масштабным резистором, первый антилогарифмирующий транзистор и второй операционный усилитель с параллельно включенным масштабным резистором, причем ко входу первого операционного усилителя подсоединен коллектор первого антилогарифмирующего транзистора, а выход основного операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, дополнительно содержит вспомогательный антилогарифмирующий транзистор, у которого параметры идентичны параметрам первого антилогарифмирующего транзистора, причем эмиттеры двух антилогарифмирующих транзисторов соединены друг с другом и со входом преобразователя, коллектор второго антилогарифмирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, а его база соединена со входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с базой первого антилогарифмирующего транзистора.

На Лиг. 1 представлена блок-схема аналогового экспоненциального преобразователя. на фиг. 2 — Функциональные

1 характеристики преобразователя.

Устройство содержит первый антилогарифмирующий транзистор 1, первый операционный усилитель 2 с масштабным резистором 3, второй антилогариймирующий транзистор 4, второй операционный усилитель 5 с масштабным резистором б. Входом и выходом преобразователя являются выводы ? и 8 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

С увеличением входного сигнала, который-поступает на эмиттеры антилогарифмирующих транзисторов.1 и 4, увеличиваются коллекторные токи этих антилогарифмирующих транзисторов „ и Зе4, а вместе,с ними растут напрй-

813465 жения погрешности V = 1 г„ и Чд !

1 . r . Ток ) протекает через масштабнйй резистор 6 и при равенстве сопротивлений г,,+ и масштабного . резистора 6 на выходе второго операционного усилителя действует положительное по знаку напряжение V<

V = ly+ r>4, которое находится s противолазе го отношению к напряжению V„= 3g„, г „(Фиг. 2), в силу чего напряжение коллекторного перехода первого антилогарифмирующего тран- 1О зистора 1 будет определяться выражеем

Ч вЂ” Ч4 = 3 㠄— 3, г (4)

С известным приближением можно считать, что транзисторы, технологически выполненные в одном монокристалле, имеют идентичные параметры (различие параметров подобных серийных транзисторов не превышают 10%) и в этом слу- 20 чае напряжения V„ è V+ равны,и соответственно, напряжение коллекторного перехода V „ = 0, что, таким образом, приводит к повышению точности передаточной характеристики устройства. 25

Преимущество предлагаемого аналогового экспоненциального преобразователя по сравнению с известным состоит в том, что введение в известное устройство второго антилогарифмирующего транзистора, находящегося в одном кристалле с первым антилогари*мирующим транзистором, компенсирует напряжение погрешности Зо r„ первого антилогарифмирующего транзистора и тем самым уменьшает погрешность функциональной характеристики преобразователя. При этом устраняются два недостатка, присущих устройству, а именно цепь положительной обратной связи и неравенство нулю напряжения коллек- 40 торного перехода, которые уменьшали точность устройства. На фиг. 3 представлены экспериментальные Функциональные характеристики аналогового экспоненциального преобразователя

Vð = f (V ) для случая, когда база первого антилогарифмирующего транзистора 1 заземлена (график 1) и для преобразователя, построенного по заявляемой блок-схеме Аиг. 1 (график 2).

Из графиков видно, что заявляемый преобразователь существенчо уменьша-. ет относительную погрешность функциональной характеристики, а именно со значения 40 до 0,1Ъ. Кроме того; данный преобразователь имеет меньшее количество операционных усилителей по сравнению с известным (два вместо трех), что является экономически целесообразно.

Формула изобретения

Аналоговый экспоненциальный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель с масштабным резистором в цепи обратной связи, первый антилогарифмирующий транзистор, вто- . рой операционный усилитель с масштабным резистором в цепи обратной связи причем ко входу первого операционного усилителя подсоединен коллектор первого антилогариймирующего транзистора, а выход первого операционного усилителя является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразователя, в него введен второй антилогариФмирующий транзистор, причем эмиттеры двух антилогарифмирующих транзисторов соединены друг с другом и являются входом преобразователя, коллектор второго антилогарифмирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, à его база соединена со входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с базой первого антилогарифмирующего транзистора.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Корн Г. и Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, "Мир", 1967, с. 315.

316, рис. 6,29.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 584312, кл. G 06 G 7/24, 1976 (прототип).

813465 (pua.!

10

Put.2

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 776/64

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Т. Иванова

Редактор Н. Воловик Техред Н.Вабурка КорректорС. Иекмар