Двухполупериодный выпрямитель Советский патент 1983 года по МПК H02M7/21 

(5) ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Изобретение относится к радиоэлектронике, измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано для бестрансформаторного выпрямления сигналов малой мощнос ти. Известны двухполупериодные выпря мители на основе операционных усилителей с диодом в цепи обратной связи Cl J- 3 . Такие выпрямители имеют высокую томность работы на сравнительно низких частотах, когда коэффициент уси ления усилителя имеет большую величи ну. Типовые операционные усилители на частотах выше 100 кГц имеют коэффициент передачи 1% при минимальной амплитуде 100 мВ. Ниже этой величины погрешность резко возрастает. Кроме того, погрешность, естественно, растет с увеличением частоты. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство, содержащее первый и второй дифференциальные усилители с динамической нагрузкой и два выпрямительных транзистора, эмиттеры которых объединены и соединены с выходом устройства и первым генерат эром тока, а коллекторы соединены с первым источником питания, база первого выпрямительного транзистора Соединена с выходом второго дифферен-циального усилителя, неинвертирующий вход первого дифференциального усилителя подключен к входу устройства Ct . Недостаток известного, устройства заключается в низкой точности преобразования и малом динамическом . диапазоне работы. Цель изобретения - повышение точности и расширение динамического диапазона. Указанная цель достигается тем, что в двухполупериодный выпрямитель, содержащий первый и второй дифференциальные усилители с динамической нагрузкой, два выпрямительных транзистора, эмиттеры которых объединены и соединены с выходом устройства и первым генератором тока, а коллек торы также объединены и соединены с первым источником питания, база первого выпрямительного транзистора соединена с выходом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход первого дифференциаль ного усилителя подключен к входу устройства, дополнительно введены три дополнительных транзистора, вто рой, третий и четвертый генераторы тока и три резистора, причем база первого и второго выпрямительных транзисторов подключена соответстве но к эмиттеру первого и второго дополнительных транзисторов, базы которых объединены и подключены ко второму генератору тока, а через пе вый резистор к эмиттеру третьего до полнительного транзистора, база которого соединена с выходом устройства и инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, а коллектор - с общей шиной питания, база второго выпрямительного транзистора соединена с выходом первого дифференциального усилителя, неинвертирующий вход второго дифферен циального усилителя соединен с общей шиной питания, а его инвертирующий вход - через второй резистор с входом устройства и .через третий резистор - с выходом устройства, кроме того,, точка соединения эмиттеров транзисторов дифференциальных усилителей подключена ко второму источнику питания через соответствующие третий и четвертый генераторы тока. На чертеже приведена принципиал ная схема устройства. Схема содержит транзисторы 1 и 2 первого дифференциального усилителя транзисторы 3 и Ц второго дифферен циального усилителя, динамические нагрузки 5 и 6 соответственно перво го и второго дифференциальных усили телей, генераторы 7-10 тока, выпря мительные транзисторы 11 и 12, дополнительные транзисторы и дополнительные резисторы 16-18. Двухполупериодный выпрямитель р ботает следующим образом. При подаче на вход выпрямителя сигнала положительной полярности о крыт выпрямительный транзистор 11, 24 транзистор 12 закрыт, так как потенциал коллектора транзистора 2 выше потенциала коллектора транзистора . Устройство работает как неинвертирующий усилитель с динамической нагрузкой 5. включенной в коллекторные цепи тразисторов 1 и 2 первого дифференциального усилителя. Так как потенциал на выходе устройства близок к потенциалу на входе, ток через резисторы 16 и 17 практически отсутствует и потенциал базы транзистора k второго дифференциального усилителя равен потенциалу на выходе. Транзистор 3 второго дифференциального усилителя закрыт, а транзистор 4 открыт и через него протекает ток четвертого генератора 8 тока. Для того, чтобы транзистор 4 не насыщался, включен дополнительный транзистор 14, который при положительной полярности сигнала открыт, а дополнительный транзистор 13 закрыт. Напряжение на базах дополнительных транзисторов 13 и It повторяет выходное с небольшим положительным сдвигом, определяемым схемой слежения на транзисторе 15 и резисторе 18. Это напряжение сдвига равно сумме напряжения перехода эмиттер-база транзистора 15 и падения напряжения на резисторе 18, определяемого генератором 10 тока. Напряжение сдвига выбирается порядка 1, В, т.е. напряжение на базе транзистора 10. больше выходного, примерно на -0,7 В и, следовательно, напряжение база-эмиттер дополнительного транзистора 13 примерно равно нулю, поэтому транзистор 13 закрыт. Открытый дополнительный транзистор k фиксирует потенциал коллектора транзистора приблизительно на уровне выходного, т.е. напряжение на коллекторе не ниже потенциала базы и тразистор k не насыщается. Следовательно, при положительном входном сигнале устройство представляет собой неинвертирующий усилитель со 100 отрицательной обратной связью, коэффициент передачи которого равен единице, дрейф выходного уровня определяется только дрейфом транзисторов первого дифферен циального усилителя и может составлять величину несколько микровольт на градус. Быстродействие схемы при передаче сигналов положительной полярности не ограничивается выпрямительным транзистором 11, так как через него протекает большой ток генератора 9 тока. Быстродействие схемы будет определяться только быст родействием первого дифференциального усилителя. Так как выпрямительный транзистор 11 охвачен отрицательной обратной.связью, схема выпря мителя линейна от уровня нескольких милливольт при погрешностях около 1% При подаче на вход выпрямителя сигнала отрицательной полярности закрывается транзистор 1 первого дифференциаль.ного каскада, а транзистор 3 второго дифференциального каскеда открывается, при этом потенциал коллектора транзистора 2 становится меньше потенциала коллектора транзистора k и второй выпрямительный транзистор 11 закрывается, а выпрямительный транзистор 12 открывается. Током генератора 7 тока через-транзистор 2 открывается дополнительный транзистор 13, а дополнительный транзистор }Ц закрывается, Таким образом, при отрицательном входном сигнале устройство представляет собой инвертирующий усилитель с динамической нагрузкой 6, включенной в коллекторные цепи транзисторов 3 и i второго дифференциального усилителя., коэффициент передачи которого определяется соотношением величин сопротивлений резисторов 16 и 17- С помощью этих резисторов.можно выровнять коэффициенты передачи по обеим полярностям. Как и при передаче сигнала положительной полярности, дрейф выходного напряжения определяется дрейфом дифференциального усилителя, только в этом случае второго, в остальном схема симметрична поэтому ее параметры при передаче сигнала отрицательной полярности аналогичны параметрам при передаче сигнала положительной полярности. Для улучшения подавления синфазной помехи в общей эмиттерной цепи транзисторов 1 и 2 первого дифференциального усилителя включен третий генератор 7 то ка , а для улучшения линейности выход ного каскада - генератор 9 тока. Так как на выходе выпрямителя сигнал может быть только положительной полярности, транзистор 15 постоянно открыт и через него протекает ток генератора 10 тока. Величина сопротивления резистора 18 и ток генератора 10 выбирается из условия четкого переклю182 .48 ни я транзисторов 13 и 1 4 и минимального переходного процесса при переключении выпрямительных транзисторов 11 и 12, что существенно повышает быстродействие устройства. Формула изобретения Двухполупериодный выпрямитель, содержащий первый и второй дифференциальные усилители с динамичес сой нагрузкой, два выпрямительных транзистора , эмиттеры которых объединены и соединены с выходом устройства и первым генератором тока, а коллекторы соединены с первым источником питания, база первого выпрямительного транзистора соединена с выходом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход первого дифференциального усилителя подключен к.входу устройства, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона, дополнительно введены три дополнительных транзистора, второй, третий и четвертый генераторы тока и три резистора, причем база первого и второго выпрямительных транзисторов подключена соответственно к эмиттеру первого и второго дополнительных транзисторов, базы которых объединены и подключены ко второму генератору тока и через первый резистор к эмиттеру третьего дополнительного транзистора, база которо,го соединена с выходом устройства и инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, а коллектор - с общей шиной питания, база второго выпрямительного транзистора соединена с выходом первого дифференциального усилителя, неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя соединен с общей шиной питания, а его инвертирующий вход - через второй резистор с входом устройства и через третий резистор - с выходом устройства, при этом точка соединения эмиттеров транзисторов дифференциальных усилителей подключена ко второму источнику питания через соответственно третий и четвертый генераторы тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения

710013828

в постоянное. М., Советское радио, 3. Шило В.Л. Линейные интеграль1977, с. 82, рис. 2.+9, с. 80, ные схемы. М., Советское радио, рис. 2.43 а.1979. с. .

№ , кл. Н 03 D 1/10, 1978. s кл. Н 02 М 7/02, 1979.

0+/О f