Аналоговое делительное устройство

 

(72) Авторы изобретения

А. А. Иванов и В. К. Лозенко

Московский ордена Ленина и ордена Октя энергетический институт (7I ) Заявитель (4) АНАЛОГОВОЕ ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и мо-. жет быть использовано в аналоговых . вычислительных машинах.

Известны аналоговые устройства, содержащие регулируемые полевые транзисторы (ПТ >, вентильные элементы, усилительные блоки, блок управления $1 1.

Эти устройства характеризуются низкой точностью работы.

Наиболее близким к изобретению является аналоговое делительное устройство, содержащее первый усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком первого регулируемого полевого транзистора. а через первый масштабирующий резис-. тор с источником напряжения - делителя, неинвертирующий вход первого 2о усилительного блока подключен к стоку второго регулируемого полевого транзистора, затвор которого присоединен к выходу первого усилительно2 го блока и затвору третьего регулируемого полевого транзистора, второй усилительный блок, инвертирующий .вход которого соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, затвор которого подключен к первому выходу делителя напряжения, второй выход которого присоединен к затвору первого регулируемого полевого транзистора, стоки первого и второго регулируемых полевых транзисторов соответственно через первый и второй балансировочные резисторы соединены с первым выводом источника питания, второй вывод которого подключен к входу делителя напряжения, третий усилительный блок, инвертирующий вход которого через второй масшта-. бирующий резистор присоединен к выходу источника напряжения - делимого, выход третьего усилительного блока соединен с выходом устройства и через третий балансировячный ре957224 зистор — с неинвертирующим входом второго усилительного блока, выход которого через третий масштабирующи резистор подключен к инвертирующему

1 входу третьего усилительного блока, выход которого через четвертый балансировочный резистор соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, неинвертирующий вход третьего усилительного блока 10 через резистор смещения подключен к источникам регулируемых полевых транзисторов и к шине нулевого потенциала,разделительный конденсатор, сток третьего регулируемого полевого 1S транзистора через разделительный конденсатор подключен к неинвертирующему входу второго усилительного блока (2J

Недостатками известного делительного устройства являются низкая точность при большом коэффициенте деления, ограниченный динамический диапазон работы, обусловленные наличием реактивного сопротивления, включенного последовательно с переходом

"исток-сток" ПТ в рабочем мосте устройства, низкая точность при изменении рабочей частоты устройства, обусловленная изменением соотношения активного сопротивления перехода "исток-сток ПТ и реактивного сопротивления конденсатора.

Цель изобоетения - повышение точности за счет расширения динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в известном аналоговом делительном устройстве, содержащем первь и усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком

40 первого регулируемого полевого транзистора и через первый масштабирующий резистор с источником напряжения делителя, неинвертирующий вход первого усилительного блока подключен к стоку второго регулируемого полево45 го транзистора, затвор которого при" соединен к выходу первого усилительного блока и затвору третьего регулируемого полевого транзистора, второй усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, затвор которого подключен к первому выходу делителя напряжения, второй выход которого присоединен к затвору первого регулируемого полевого транзистора, стоки первого и второго регулируемых полевых транзисторов соответственно через первый и второй балансировочные резисторы соединены с первым выводом источника питания, второй вывод которого подключен к выходу делителя напряжения, третий усилительный блок, инвертирующий вход которого через второй масштабирующий резистор присоединен к выходу источника напряжения - делимого, выход третьего усилительного блока соединен с выходом устройства и через третий балансировочный резистор с неинвертирующим входом второго усилительного блока, выход которого через третий масштабирующий резистор подключен к инвертирующему входу третьего усилительного блока, один вывод четвертого балансировочного резистора соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, неинвертирующий вход третьего усилительного блока через резистор смещения подключен к истокам регулируемых полевых транзисторов и к шине нулевого потенциала,разделительный конденсатор, другой вывод четвертого балансировочного резистора через разделительный конденсатор подключен к выходу третьего усилительного блока, неинвертирующий вход второго усилительного блока подключен к стоку третьего регулируемого полевого транзистора, а третий выход делителя подключен к шине нулевого потенциала.

На чертеже дана принципиальная схема аналогового делительного устройства.

Аналоговое делительное устройство содержит усилительные блоки 1-3 два четырехплечных моста 4,, каждый иэ которых образован двумя балансировочными резисторами соответственно

6,7 и 8,9 и двумя регулируемыми полевыми транзисторами соответственно

10, 11 и 12, 13, три масштабирующих резистора !4-16,резистор 17 смещения, разделительный конденсатор 18; делитель 19 напряжения с двумя выходами

20;21, источник 22 питания, источник

23 напряжения делимого и источник 24 напряжения делителя.

Дифференциальный вход усилительного блока 1 подключен к соединениям разноименных плеч моста 4. Дифференциальный вход усилительного блока 2 подключен к соединениям разноименных плеч моста 5. Объединенные выводы первого и второго балансировочных ре9572 зисторов 6, 7 моста 4 подключены к первому выходу источника питания. Затворы регулируемыя полевых транзисторов 11, 13, стоки которых связаны с неинвертирующими входами усилительных блоков 1 и 2 соответственно объе1 динены и подключены к выходу усилительного блока 1. Затворы регулируемых полевых транзисторов 10, 12 подключены к соответствующему выходу 20, 1ф

2l делителя 19 напряжения. Выход усилительного блока 2 через третий масштабирующий резистор 15 подключен к инвертирующему входу усилительного блока 3, неинвертирующий вход кото- 1 рого через резистор 17 смещения совместно- с истоками регулируемых полевых транзисторов 10-13 подключен к третьему выходу делителя 19. Источники 23 напряжения делимого и дели- 2в теля 24 подключены соответственно через первый и второй масштабирующие резисторы 16 и 14 к инвертирующим входам усилительных блоков 3 и 1.

Вь>ход усилительного блока 3 подклю- у чен к третьему балансировочному резистору 9 и через разделительный конденсатор 18 к четвертому балансировочному резистору 8 и является выходом аналогового делительного уст- ЗО ройства.

Аналоговое делительное устройство работает следующим образом.

Режимы работы регулируемых полевых транзисторов 10 и 12 устанавливаются изменением потенциала на их затворах. На инвертирующий вход усилительного блока 1 через масштабирующий резистор 14 подается сигнал от . источника напряжения — делителя 24.

Коэффициент передачи четырехплеч-ного моста 4 пропорционален величине напря>кения делителя. Коэффициент передачи четырехплечного моста 5 также пропорционален величине напряжения делителя.

Го и .р» уменьшения величины напряжения делителя уменьшается величина обра -;ой связи усилительного блока 3, а коэффициент передачи увеличивается.

На инвертирующий вход усилительно50 го блока 3 через масштабирующий резистор 16 выдается сигнал с источника напря>кения — делимого 23. Напряжение на выходе усилительного блока прямо пропорционально величине напряжения делимого и обратно пропорционально величине напряжения дели" теля.

24 d

При отсутствии разделительного конденсатора имеющее место напряжеwe смещения на выходе усилительного блока 3 в большей степени усиливается по мере уменьшения напряжения делителя и выводит усилитель 2 за линейную зону. Наличие разделительного . конденсатора 18 исключает это явле- ние. Любое постоянное напряжение, имеющее место на выходе усилительного блока 3, вызывает ток через балансировочный резистор 9 и полевой транзистор 13. Постоянный ток через балансировочный резистор 8, разделительный конденсатор 18 и полевой транзистор 12 отсутствует. В результате к неинвертирующему входу усилительного блока 2 прикладывается падение напряжения на полевой транзистор 13.

Это напряжение, усиленное усилителем

2,подается на инвертирующий вход усилителя 3. При этом, имеющее место на его выходе напряжение смещения сводится к минимальной величине.

Точность работы аналогового делительного устройства в большей степени зависит от балансировки и крэффициента передачи четырехплечного моста 5, точность работы которого зависит от соотношения параметров реактивного сопротивления конденсатора

18 и активного сопротивления резисторов 8,12 плеч моста. Это соотношение меняется при изменении частоты сигнала делимого.

Оценим расширение динамического диапазона работы предлагаемого делительного устройства по сравнению с известным.

Динамический диапазон определяет". ся отношением максимально возможного значения частотного отделения к минимально возможному его значению при определенной точности выполнения операции деления.

В предлагаемом аналоговом делительном устройстве динамический диапазон работы в основном определяется динамическим диапазоном работы множительного устройства, включенного а обратную связь усилительного блока 3.

Динамический диапазон множительного устройства ограничен с одной стороны максимальной линейной зоной работы усилительного блока 2, а с другой - минимальным остаточным напряжением, имеющим место на выходе усилительного блока 2 при настройке

957224

Следовательно, новое включение конденсатора позволяет увеличить динамический диапазон работы предлагаеиого аналогового делительного устройства более, чем на два порядка при прочих равных условиях, и повысить точность его работы при малых значениях напряжения делителя.

Кроме того, в предлагаемом аналоговом устройстве реактивная составляющая сопротивлений рабочего моста оказывает существенно меньшее влияние на, его балансировку и соответственно на точность всего устройства при изменении частоты входных сигналов. Это позволяет уменьшить массо-габаритные показатели за счет

Ь уменьшения величины емкости конденсатора, что наиболее существенно при интегральном исполнении аналогового делительного устройства. где 0 } - напряжение, подаваемое в точку 22 при настроике рр рабочего моста 5;

К - коэффициент усиления усилителя 2;.

Хс- реактивное сопротивление конденсатора, стоящего 2S последовательно с полевого транзистора 13. При частоте питания 50 Гц величина емкости конпенсатора равна 200 мкф

X,=16 0м;

R<>,R1> - сопротивления перехода

"исток-сток" полевых транзисторов 12 и 13 соответственно и составляют сотзз ни для согласованных пар полевых транзисторов;

ВВ, Rg - резисторы плеч рабочего моста . В реальных cхемах для получения диапазона изменения входных напряжений О.. 10 В и коэффициента передачи делительного устройства порядка 0,1,величина сопротивления RB, 89 составляет десятки килоом.

После подстановки получим

I (Цр+ 500

ОСТ.1 19 С 2 (,16+ 500+100000 э00 1 -3

5ОО+100ООО/=0 8 1 U

В данном аналоговом делительном устройстве остаточное напряжение равно

И формула изобретения

Аналоговое делительное устройство, содержащее первый усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком первого регулируемого полевого транзистора и через первый масштабирующий резистор с источником напряжения - делителя, неинвертирующий вход первого усилительного блока подключен к стоку второго регулируемого полевого транзистора, затвор которого присоединен к выходу первого усилительного блока и к затвору третьего регулируемого полевого транзистора, второй усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, затвор которого .подключен к первому выходу делителя напряжения, второй выход которого присоединен к затвору первого регулируеиого полевого транзистора, стоки первого и второго .регулируемых полевых транзисторов соответственно через первый и второй. балансировочные резисторы соединены с первым выводом источника питания, второй вывод которого (балансировке ) рабочего моста 5. Настройка рабочего моста 5 заключает-, ся в выставке сопротивления перехода,"исток-сток" полевого транзистора

12, равного сопротивлению того же перехода полевого транзистора 13. Остаточное напряжение на выходе усилителя 2 получается за счет наличия в плече рабочего моста реактивного: сопротивления, которое нельзя сба- te лансировать при настройке моста.

В аналоговом делительном устрой.стве, взятом за прототип, остаточное напряжение равно

I а 35

U =U ° к

Хс+ ост;1 H. ст .Х, I

С 1З Е 1г. В /

1Ъ >l

=u -к

0СТ. Ъ 19 ЪС 2 p„ +R9 912 xc Rs

После подстановки получим (500

Ост.2 19 sC 7 500+100000 O,Â1О И -К Щ

900+16+100000/ 19 С 2

95722

ВНИИПИ Заказ

Тираж 731 Под

Филиал ППП "Па

r.Óæãîðoä,óë.Ïð подключен к выходу делителя напряжения, третий усилительный блок, инвертирующий вход которого через второй масштабируащий резистор присоединен к выходу источника напряжения делимого, выход третьего усилительного блока соединен с выходом устройства и через третий балансировочный резистор с неинвертирующим входом второго усилительного блока, выход !О которого через третий масштабирующий резистор подключен к инвертирующему входу третьего усилительного блока, один вывод четвертого балансировочного резистора соединен со 35 стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, неинвертируащий вход третьего усилительного блока через резистор смещения подключен к истокам регулируемых полевых тран- ю эисторов и к шине нулевого потен4 I0

1иала, разделительный конденсатор, т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет расширения динамического диапазона, другой вывод четвертого балансировочного резистора через разделительный конденсатор подключен к выходу третьего усилительного блока, неин" вертирующий вход второго усилительного блока подкпючен к стоку третьего регулируемого полевого транзистора, а третий выход делителя подключен к шине нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Электронная техника в автоматике. Под ред. О. И. 1(онева. Вып. 8, "Сов.радио", 1976, с. 253-256, рис.2.

2. Авторское свидетельство СССР и 760121, кл. 6 06 G 7/16, 1978 (прототип) .