Квадратичный преобразователь Советский патент 1985 года по МПК G06G7/20 

«

Изобретение относится к электроизмерительной и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении в измерителях мощности и вольтметрах среднеквадратичного значения диапазона звуковых, ультразвуковых и радиочастот, а также в модулирующих устройствах и аналоговых вычислительных машинах.

Известны квадратичные преобразователи, содержащие нелинейные элементы, например термопреобразователи или биполярные транзисторы переменной крутизны, включенные в резистивно-усилительные схемы l

Такие преобразователи имеют недостаточно высокие точность и быстрдействие.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является усредняющий квадратичный преобразователь содержащий полевой транзистор, к затвору которого подключен первьй ввод источника напряжения смещения, второй вывод которого и первьй входной вьгоод преобразователя соединены с шиной нулевого потенциала, компенсирующий терморезистор, корректирующий конденсатор, масштабный резистор и фильтр низких частот, выходные выводы которого являются выходом преобразователя, а входные вьшоды подключены соответственно к истоку и стоку полевого транзистора, корректирующий конденсатор включен между вторым входным выводом преобразователя и стоком полевого транзистора,.параллельно корректирующему конденсатору включена цепочка из соединенных последовательно компенсирующего терморезистора и масштабного резистора 21.

Недостатками известного квадратиного преобразователя являются трудность достаточно полной коррекции температурной погрешности, связанной с изменениями сопротивления канала и значения коэффициента управления rf полевого транзистора, а также необходимость индивидуально коррекции частотной характеристики. Последнее связано с технологическим разбросом частотных свойст полевых транзисторов.

Цель изобретения - повьшшние точности квадратичного преобразователя.

1232 ..

Поставленная цель достигается тем, что квадратичньм преобразователь, содержащий масштабный резистор, подключенный одним из выводов к одному из внешних выводов нелинейного элемента, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, и фильтр низкой частоты, содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор, выход которого является выходом преобразователя, нелинейньй элемент вьшолнен в виде полупроводника, в котором имеются две

внешние области с неравномерным распределением легирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами, и промежуточная область, снабженная третьим омическим контактом, внешний вывод которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя импульсов, вход модулятора является входом

преобразователя, а его выход

подключен к другому вьшоду масштабного резистора.

На чертеже приведена схема квадратичного преобразователя.

Схема содержит масштабный резистор 1 и фильтр 2 низкой частоты (усредняющий интегратор), нелинейньй .элемент 3, выполненньй в виде полупроводника, имеющего три вьшода и две области с неравномерным распределением легирующей примеси, один из вьшодов соединен с шиной нулевого потенциала, а другой - с первым выводом масштабного резистоpa 1, модулятор 4 входного сигнала, вход которого является входом преобразователя, а выход подключен к другому выводу масштабного резистора 1, и соединенные последовательно усилитель 5 импульсов и детектор 6 импульсов. При этом вход фильтра 2 низкой частоты подключен к третьему вьюоду нелинейного элемента 3, выход фильтра 2 низкой частоты к входу усилителя 5 импульсов, а выход детектора 6 импульсов является выходом квадратичного преобразователя.

Масштабньй резистор 1 используется для установки коэффициента

функции преобразования преобразователя и уменьшения изменений вхрдно- (го тока нелинейного элемента 3,

3

связанных с температурными изменениями его входного сопротивления.

Фильтр 2 низкой частоты (усредняющий интегратор) обеспечивает выполнение операций интегрирования и усреднения выходного напряжения нелинейного элемента 3, который вырабатывает напряжение, содержаще составпякяцую, пропорциональную квадрату его входного тока и квадрату входного сигнала преобразователя .

Модулятор 4, использующийся для получения импульсной модуляции входного сигнала преобразователя, представляет собой аналоговый ключ выполненный на полупроводниковых приборах или герконах. Последние можно использовать при входных сигналах, среднее значение которы изменяется медленно. Для получения импульсной амплитудной модуляций модулятор 4 должен содержать генератор управляющих ключом импульсов.

Усилитель 5 импульсов обеспечиIвает усиление импульсов выходного напряжения фильтра 2 низкой частот амплитудные значения которых пропорциональны средним значениям квадрата входного сигнала преобразователя. Детектор 6 импульсов преобразует выходные импульсы усилителя 5 в напряжение или ток,пропорциональные среднему значению входного сигнала.

Преобразователь при синусоидальном входном сигнале работает следущим образом.

Входное напряжение преобразова. теля Up U g siniot в модуляторе 4 подвергается амплитудной модуляции, в результате которой формируются радиоимпульсы с синусоидальны сигналом заполнения. Амплитудное значение напряжения радиоимпульсов

и«ри 4 .Д 4 козффи1щен преобразования модулятора на интервалах времени формирования радиоимпульсов .

Выходное сопротивление нелинейного элемента 3 определяется вь1ражнием

л9

н о гнвх SH его входное сопротивлейие

: вх г(о.

в результате этого через входну цепь нелинейного элемента 3 на ин1441234

тервале времени действия радиоимпульса протекает ток I

BX VTT 510

где R - сопротивление масштабного

резистора 1. Выходное напряжение элемента 3

10вых н вых кЧ

Согласно выше изложенному оно содержит квадратичную составляющую

К., к;

,2

1/ 1Н 4 I,

(R t2R V

1 01

значение которой

I2

кГ41ика(.

и 2(

пропорционально квадрату амплитудного значения входного сигнала на интервалах времени действия радиоимпульсов, много больше средних значений других составляющих и

равно нулю в паузах между радиоимпульсами .

Фильтр 2 низкой частоты, имеющий коэффициент преобразования Кл, формирует импульсы среднего значения квадратичной составляющей выходного напряжения нелинейного элемента 3 и подавляет другие составляющие. Усилитель 5 импульсов скоэффициентом усиления Ку усиливает эти импульсы,а детектор 6 импульсов с коэффициентом преобразования К преобразует импульсы в постоянное напряжение. При этом выходное напряжение квадратичного

преобразователя

1и 1

u...-li-l-J Xl-u

«вх

вых

2(R,.2R,|Введение в преобразователь не линейного элемента, именщего две области с неравномерным распределением легирующей примеси, позволяет получить составляющую напряжения, которая квадратична по отношению к входному току в широком диапазоне изменения его значений.

Введение в квадратичный преобразователь импульсного модулятору 4 обеспечивает импульсную модуляцию квадратичной составляющей выхрдного напряжения нелинейного элемента Введение усилителя 5 импульсов с так называемым закрытым входом (во входной цепи имеется разд.елительный конденсатор) и детектора 6 импульсов обеспечивает отделение импульсов измерительного сигнала, сформированных фильтром 2 низкой частоты, от термо-ЭДС нелинейного элемента 3, не имеющей модуляции, ,усиление этих импульсов и преобразование в постоянное напряжение.

В связи с тем, что частотный I диапазон нелинейного элемента, не имеющего р-п-переходов, очень широ (до тысячи мегагерц) обеспечивается уменьшение частотной погрешности преобразователя.

14(1236

Погрешность Квадратичной функции, преобразования Б результате введения нелинейного элемента новой конструкции и импульсной модуляции 5 входного тока, облегчающей тепловой режим нелинейного элемента, снижается по сравнению со случаем использования полевого транзистора. Температурная погрешность,

10 связанная с изменениями входного сопротивления нелинейного элемента, в результате последовательного подключения масштабного резистора снижается до долей процента.

15 Измерение метрологических характеристик измерительного преобразователя с использованием компенсационного вольтметра ВЗ-24 класса 0,2 в диапазоне частот 0,1-10 МГц

0 и диапазоне температур 0-5П°С показывает, что его основная приведенная погрешность преобразования не ппевьш1ает 1%.

КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗО.ВАТЕЛЬ, содержащий масштабный резистор, подключенный одним из выводов к одному из внешних вьшодов нелинейного элемента, другой внешний вьшод которого соединен с шиной нулевого потенциапа, и фильтр низкой частоты, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности,он содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор,выход которого является выходом преобразователя, нелинейный элемент выполнен в виде полупроводника, в котором имеются две внешние области с неравномерным распределением легирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами, и промежуточная область, .снабженная третьим омическим контактом, внешний вьгоод которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя импульсов, вход (Л модулятора является входом преобразователя, а его выход подключен к другому вьтоду масштабного резистора . 4аь 4 fc сс (od