Устройство для возведения в квадрат Советский патент 1984 года по МПК G06G7/20 

Изобретение относится к измерительной и аналоговой вычислительной технике и предназначено для возведения в квадрат электрических сигналов Известно устройство для возведения в квадрат, содержащее операционный усилитель, выход которого является выходом устройства пару согласованных полевых транзисторов, затворы которых соединены, балансировочный резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя и шиной нулевого потенциала устройства, исток первого полевого транзистора пары соединен с инвер тирующим входом, а сток - с выходом операционного усилителя, исток второ го полевого транзистора пары соединен с его затвором и является входом устройства, а сток соединен с инвертирующим входом операционного усилителя .13Недостатком этого устройства явля ется несоблюдение квадратичной зависимости выходного сигнала от входного. Наиболее -близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство для возведения в квадрат, со держащее нелинейный элемент/ выполненный на полевом транзисторе, диффе рейциальный операционный усилитель/ в цепь отрицательной обратной связи которого включен первый масштабный резистор, выход дифференциального операционного усилителя является выходом устройства, инвертирующий вход дифференциального операционного усилителя подключен к стоку полевого , транзистора, исток которого подключен к шине нулевого потенциала и через второй масштабный резистор к входу устройства, подключенному к первому выводу ревисторного делителя напряжения, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала средний вывод резисторного делителя напряжения подключен к неинвертирующ му входу дифференциального операцион ного усилителя 2. Недостатком данного устройства является низкая точность работы. Цель изобретения - повышение точ ностй воспроизведения квадратичной зависимости. Поставленная цель достигается теЛ что в устройстве, содержащем нелинейный элемент/ выполненный на полевом транзисторе, дифференциальный операционный усилитель/ в цепь отрицательной обратной связи которого включен первый масштабный резистор, выход дифференциального операционного усилителя является выходом устрой ства, инвертирующий вход дифференциального операционного усилителя подключен к стоку полевого транзистора, .исток которого подключен к шине нуле вого потенциала/ и через второй масштабный резистор - к входу устройства/ подключенному к первому выводу резисторного делителя напряжения/ второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, средний вывод резисторного делителя напряжения подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, дополнительно затвор полевого транзистора подключен к шине нулевого потенциала. На чертеже представлена схема устройства для возведения в квадрат. Устройство для возведения в квадрат содержит нелинейный элемент 1/ дифференциальный операционный усилитель 2, первый 3 и второй 4 масштабные резисторы, резисторный делитель Напряжения 5,6. Устройство для возведения в квадрат работает следующим образом. При подаче напряжения на вход устройства I считая операционный усилитель 2 идеальным ) на его входах формируются напряжения U..: . де напряжение на входе устройства;и Л1 - напряжения на неинвертирующем и инвертирующем входах усилителя соответственно; R.|(R2r., сопротивления резисторов 46 соответственно; г - нелинейное сопротивление полевого транзистора; Э - ток, протекающий по резистоРУ 4; За, - ТОК/протекающий с выхода операционного усилителя 2 по резистору обратной связи 3. Для идеального операционного усилителя справедливо и.,и. , и используя это/ получим JL-VL J%. V Напряжение на выходе устройства . где R - сопротивление резистора обатной связи 3. Вольт-амперная характеристика поевого транзистора достаточно точно аппроксимируется выражением где Ь - коэффициент характеристики полевого транзистора; UQ - напряжение отсечки;

- напряжение затвор-исток; напряжение сток-истоку GO - проводимость открытого канала.

Величина нелинейного сопротивления палевого транзистора

и.

, си .

1-ьи,

-си где Гд - сопротивление канала полевого транзистора при и, 0.

эй

Выражение для выходного сигнала устройства при и. LJ

Rt-,

14

n I Г-

feRt, г

и

(V)

BX

Для компенсации линейного члена значения сопротивлений резисторов должны удовлетворять условию

1,А- J , V Rj R,

откуда следует

:° RR,-h R

1 1

При условии

R. R.Rj

R-t--,

Выражение для выходного устройства примет вид

. .(«-М

LI

и

6Х

&ЫХ

lRi

Г

Данное выражение с точностью, определяемой только точностью аппроксимации и степенью идеальности операционного усилителя, совпадает с требуемой квадратичной зависимостью.

Предлагаемая схема может работать на полевых транзисторах с каналом любого типа, как с управляемым p-h переходом так и со структурой МДП или МОП.

В качестве базового объекта принят прототип.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с базовым объектом следующие преимущества: повышение точности воспроизведения квадратичной зависимости между входным сигналом и ВЫХОДНЕЛМ примерно в 4 раза; расширение динамического диапазона примерно в 2 раза; упроще|Ние схемы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В КВАДРАТ, содержащее нелинейный элемент, выполненный на полевом транзисторе, дифференциальный операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен первый масштабный резистор, выход дифференциального операционного усилителя является выходом устройства, инвертирующий вход дифференциального операционного усилителя подключен к стоку полевого транзистора, исток которого подключен к шине нулевого потенциала, и через второй масштабный резистор - к вхсду устройства, подключенному к первому выводу резисторного делителя напряжения, второй выёод которого подключен к шине нулевого потенциала, средний вывод, резисторного делителя напряжения подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, отличающееся тем, чтот с целью повышения точности воспроизведения квадратичной зависися мости, затвор полевого транзистора подключен к шине нулевого потенциала ел со р 1йь