Усредняющий квадратичный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06G7/20 

Изобретение относится к аиапоговой вычиспите 1ьной технике и может быть , использовано в электроизмеритепьной, рад оизмеритепьной и анапоговой вычнсш тельной технике дпя определешш средне квапратичнык значений аналоговых величин. Известны устройства, в которых операция возведетш в квадрат производится при помощи аиодно-реаисторных цепей Cl Недостатком данных устройств явпяется TOj что их можно кспопьэовать для преобразования скпшпов, урогвонь которы превышает сотни мВ. Наиболее бтюким к яредлагаемому . является усредняющий квадратичный iips обраэоватепь, содерншший два масштабны резистора, первые выводы которые объ/единены и соедине1-2Н с входом тфеобразоватепя, фильтр н кзкик частот н два трехпошоскика, каждый tra кото да i сод9р жит включенный между первым и 1зторым выводами первый туннельный диод, а между вторым и третьим выводами первый нагрузочный резистор, втортге выводы первого и второго трехпопюсни-. ков соединен соответственно с пврвьш tj вторым входами фильтра низких частот а третий вывод - с шиной нулевого поте шиагт. второй вывод первого масштабHOix .резистора попкпючен к первоьгу выводу первого трехлошоскика Е аноду пер™ вого TyfflienbKorti дноца, первый вывод второго трехпопюсишса соодишн с 5 атодо хшрвого туннельного даюда егого г эехио. .люсника 2}, Недостатком кзвесткого усгройства является . узкий дишмяческий ananaaoKj поскольку при маш;.1х уровнях входного сигнала возрастают статнческиэ погрешности, а при больших уровнйх лрокс:яодит деградация гуцнельнкх Дйодоз, Л энвояй к отказу устройства, Цель иаобрБТет я тс;шнре ше a, MWJecsoro дкашзокй. Поставпенная цеяь достигается тем, что в усредняющем квадратичном П)зеобрааоватепе, содержащем два масшгабЕгых. резистора, 1тервые выводы которых объединены л собданань с входом преобразователя, фипьтр НИЗКИХ частог и два трехполюонш а, каждый из которых содерэкит включенный мвяаду первым и вторым вы« БОйамИ первый туннельный циоа, а между вторым и третьим выводами -« пвр1зый нагруаочкый резистор, вторые выводы первого и второго трехпопюсншсов нены соответственно с первым к BTOIH IM Ехоцамв фипьтра частот, а тре« 10 602 тий вывод - с шиной нулевого потендиала, второй вывод первого масштабного резистора подключен к первому выводу первого трехполюсника, к аноду первого туннельного диода, первый вывод второго трехполюсника соединен с катодом первого туннельного диода этого трехпопюсника, каждый трехполюсник дополнительно содержит два ограничительных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннельный диод, причем второй нагрузочный резистор включен между первым и вторым выводами трехполюсншса, первый вывод второго туннельного диода соединен с одноименш 1М выводом первого туннель Еого диода и вторым выводом трехполюоНЕжа, второй вывод второго туннельного диода соединен с третьи хг выводом трехдошостака, ограничительные диоды гсаждого гре хзюлюскика соединены встречнохшраплельно и подключены между первым и вторым вывoдa,Ш трехпогпосни1Ш, причем первый вывод второго трехполюсвнка соединен с вторым выводом второго мае-штабного резистора, а выход фильтра низких частот является выходом преобра зоватеда. На чертеже представлена бло1с-сх.ема предпагаемого преобразователя. Преобразователь содержит два масштабтйлх резистора 1 и 2, два трехполюсника , фильтр 5 низких частот, два соединешвлх паралде1:{ько разноименньида выводами огра.ничигельных диода 6 к 7, S и 9, первые нагр-у:;ючныв резисторы 10 и 11, азторые нагрузочдате резисторы 12 я 13, первые туннельные ашды 14 Н 15, вторые туннельные дноды 16 и 17. Преобразователь работает следующим образом. Дпя формирования непинейнойхарактеристики используют гуннепьные или обращенные диоды (обращенный дпод-варТШНТ туннельного диода, обладающи малым значением тока таса вопьт-а гаеркой характеристики), сопротивление которых Ц при напряжениях прямого смещения, не превышающие; шпряжени.я тжа вопьт- амперной характеристгзки, с достаточной точностью огтйсываегсй соотношением -Рдо оРгде D величина нртмогю тока; постоянвый коэ |фшшент, величин которого определяетсяхарактеристикой диода; сопротдагюние анода при апр-О; г - показатель сгепени, вепичина которого обычно находится в пределах 1-2. Обратное сопротивпение туннельных диодов мапо зависит от вепичины обратного тока и по величине близко к прямому сопротивпению дпя токов ОПР , т.е. Кдд. Еспи соединить паралпепьно туннельный (обращенный) диод и нагрузочный резистор с сопротивлением.величина которого ниже минимального отрииательного сопротнвленвя R, падающего участка вольт-амперной характериотики диода, то можно получить нелинейную цепь, сопротивление R которой с погрешностью, не преЁышающей 1-2%, может быть аппроксимировано вырахшнием 1.К + оС-1р дпя прямых токов диода и выражением для обратных токов диода. Здесь Р VLd ностоянныэ коэффициенты, а i Тд + ip сум.ма токов диода ТА и резистора ip. Дпя кдждого типа туннельного (обращенного) диода существует оптимальная .величина сопротивления шунтирующего резистора, при которой погрешность выше приведе ной агшрока 1мации .общего сопротивлешш Rj минимапыш. Эта оптшу альная вепич.ин сопротивления резистора обратно пропор Цйональна величине тока пика вольт амперной характеристики диода. AnnpoKC5aia дня является справедливой и при напряжениях на туннельном диоде, в 2-4 раза превышающих напряжение пика вопы ампервой характеристики. Данный преобразователь содернсит два тр ехполюсника 3 и 4, в. состав каждого из которых вхо дйт последовательное соединение двух выше описанных нелинейных цепей. Поскольку туннельные (обрашенгвые) диоды соединены друг с дру1Ч)М. одноимевными выводами, при любом 1а1фавпении входных токов трехпошосникоЁ их входш 1е сопротивления определяются формулой + ,oii /Входное шпг жение TJ. . . HSX преобразователя вызывает протекание через входные цепи каждого-.аз двух трехполюсншгав 3 к 4 токов 1SX 2 O--R .20 где Rp - сопротивление масштабных ре знсторов 1 в 2. Если выбрать Кртак, что условие RP+2J Q7 i Q будет выполдаться во всем динамическом диапазоне входного Сйгнатш Hg,, преобразоватепя, то i , и прямопропорчиональ но вкоаному напряжению. Выходное напря- жение Е,ЫХ- первого трехпошосника 3,. сш1маемое между его вторым и третьим выводами при положительном входном напряжентгаИ- определяется выражением Ugf,,, Ro , . а при отрицател ных Иц - выражением i о / - .. .Выходное напряжение второго трехполюсника 4 равно ,2 ( -foLig, Р положительных И и БШ2- Чх о Р отрицательных И. Когда параметры туннельных {обращеннь х) диодов и резисторов трехполюошжов 3 и 4 одинаковы, входное напряжение фильтра 5 низких частот равно . и„ . 2 у и -oti об- ВЬ|х, бых Таким образом, в предлагаемом пре,образователе имеет место квадратичное преобразование входного сигнала И любой полярности во входное напряжение ,: фильтра 5 низких частот, выполняющего операцию греднешш, которая описывается выражешдам ТТ .xfjvp- flfer 6bix rj TJ оо Применение в преобразователе туннель№1х диодов, имеющих малые величин емкостей и малую инерш онность туннельного эффекта, а также сравнитель но низкие значешгя сопротивлений резисторов, шунтирующих туннельные диоды, обеспечивают рабочий диапазон частот преобразователя достигающий сотен МГц. Нелинейность характеристик туннельных диодов в области.малых напряжений .(десятки и сотни мВ), позволяет применять преобразователь для преобразоваН1Ш сиг низкого уровня. Использование. вместо туннельных (обретенных) диодов ПГч/ГООТГ TVT-rUOni-.trKI V nf TXQTrro V i несколыго ухудшаэт частотную характеристику преобразователя, но улучшает его чувствительность по току за счет увеличегага входного сопротивления. Применешю туннельных (обращенных) диодов из арсенида с оптимальной концентрацией легир5тощей примеси, имеющих высокую температурную стабильность волыр-аьетерных характеристик, позволяет SS обеспечить малую температурную погреи ность преобразователя. Ограничительные диоды 6-9, шунтирующие входные вывооь трехлолюсников, защшяают туннельные

дйсйэы or перегрузки, предотвращая их . . дезградаоию и повышая цадожность преобразовагепя (деградапия свойстве 1ша тушэпьвым дюдам, вьпюпвеввым на йрсбниде гаштйя), Схемэ iipeo6paa.oBare пя допускает .его иаготовпение в ввде ивтеграпыюй схемы.

Предлагаемый преобрааоватепь может работать с малой погрешностью преобразования даже при напряжениях, припоженных к туннепьным диодам, достиггдаших 400 мВ. Это значительно больше, чем предельное напряжение на обращенных диодах известного преобразователя, ра) ное приблизительно 50 мВ, и обеспечивает возможность его прикюнения для пр&образования сигналов с широким динамическим диапазоном уровней.

УСРЕДНЯЮЩИЙ КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два масштабных резистора, первые выводы объединены и соединены с входом преобразоватепя, фильтр низких частот н два трехпопосника, каждый из которых содержит вкшоченный между первым и вторым -выводами первый туннельный диод, а между вторым и третьим ныводамвпервый нагрузочный резистор, вторые выводы первого и второго трехпопюсн№ков соединены соответственно с первым Ti вторым входами фипьгра низких частот, третий вывод - с шиной нулевого . поте щт1апа, второй вывод первого маоштабного резистора подключен- к nepBONQ выводу первого трекполюсника, к аноду первого туннельного диода, первый вывод второго трехполюсннка соединен с катодом первого туннельного диода этого трехполюсника, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразователя, каждый трехлолюсник дополнительно содержит два ограничительных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннельный диод, причем второй нагрузочный резистор включен между первым и вторым выводами трехполюсника, первый вывод вто-. рого туннельного диода соединен с одноi именным выводом первого туннельного диода и выводом трехполкюника, второй вывод второго туннельного диода соединен с третьшм выводом трехпопюснюш,. ограничительные диоды каждого трехло люсншш соединеФ встречно-параллельно И подключены между первым и -третьим ) выводами трехполюсника, причем первый вывод второго трехполюсника соединен оэ ю с вторым выводом второго масштабного резистора, а выход фильтра низких час4 тот является выходом преобразователя. С5 О

« ifirrjii