Логарифмический преобразователь Советский патент 1985 года по МПК G06G7/24 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, а именн к функциональным преобразователям п ременного напряжения, и может быть использовано для измерительного пре образования напряжений. Известен логарифмический преобра зователь, содержащий управляемый масштабный преобразователь, в цепь обратной связи по управлению которого включен выпрямитель и элемент сравнения, один вход которого соединен с источником опорного напряже ния, а второй вход соединен с вьгхо,дом выпрямителя, вход которого .подключен к выходу управляемого масшта ного преобразователя, являющемуся выходом логарифмического преобразова :еля, вход управляемого масштабно го преобразователя подключен к выход входного сумматора, один из входов которого является входом преобразователя р. Недостатком известного преобразо вателя является узкий динамический и частотный диапазоны логарифмического преобразованияиз-за использования в. составе управляемого масшта ного преобразователя операционного усилителя с переменной в широких пределах глубиной отрицательной обратной связи, что ограничивает точность логарифмического преобразования. Наиболее близким к изобретению п технической сущности является логарифмический преобразователь, содерж щий аналоговый сумматор,, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, преоб зователь напряжения в ток, выход которого подключен к информационному входу управляемого делителя тока, вы полненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом которого являются объединенные эмитте первого, и второго биполярных транзисторов, коллекторы которых являются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого является база первого биполярного транзистора, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, ба за второго биполярного транзистора соединена с шиной нулевого потенциал а коллекторы первого и второго биполярных транзисторов соединены с первыми выводами первого и второго |резис.торов нагрузки, соединенные по следовательно выпрямитель, элемент сравнения, свободньй вывод которого соединен с первым выводом источника опорных напряжений и выходной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя 2. Недостатком известного логарифмического преобразователя является то, что в процессе изменения коэффициента деления, напряжение коллекторбаза биполярных транзисторов управляемого делителя тока может принимать произвольные значения от нуля до напряжения питания, в результате чего происходит искажение зкспоненциальной зависимости коэффициента деления управляемого делителя тока от управляющего сигнала, а следовательно, вносится погрешность в функцию логарифмического преобразования. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в логарифмический преобразователь, содержащий аналоговый сумматор, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, преобразователь напряжения в ток, выход которого подключен к информационному входу управляемого делителя тока, выполненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом которого являются объединенные эмиттеры первого и второго биполярных транзисторов, коллекторы которых являются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого является база первого биполярного транзистора, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, база второго биполярного транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, а коллекторы первого и второго биполярных транзисторов соединены с первыми выводами первого и второго резисторов нагрузки, соединенные последовательно выпрямитель, элемент сравнения, свободный вывод которого соединен с первь1М выводом источника опорного напряжения, и выходной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя , введены два дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот и масштабный усилитель, включенный между вьпсодом аналогового сумматора 3 ,П и входом пресзбразователя напряжения в ток, к базам первого и второго бнполярных транзисторов подключены неинвертирукщие входы соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, инвертирующие входы кото рых подключены соответственно к коллекторам первого и второго биполярны транзисторов, выход первого дифферен циального усилителя подключен к второму выводу первого резистора нагрузки и к второму входу аналогового сумматора, выход второго дифференциального усилителя подключен к второму выводу резистора нагрузки, к вхо ду выпрямителя и к входу фильтра ниж них частот, выход которого подключен к третьему вход аналогового сумматора, к четвертому входу которого подключен второй выход источника опорных напряжений. На чертеже представлена функциональная схема логарифмического преоб разователя . Логарифмический преобразователь содержит аналоговый сумматор 1, масштабный усилитель 2, преобразователь 3напряжения в ток, два биполярных транзистора 4 и 5 управляемого делителя 6 тока, два резистора 7 и 8 нагрузки, два дифференциальных усилите ля 9 и 10, фильтр 11 нижних частот, выпрямитель 12, источник 13 опорных напряжений, элемент 14 сравнения, выходной усилитель 15.. Логарифмический.преобразователь работает следующим образом. Входное переменное напряжение U(t) подается на первый вход аналогового сум матора 1, на четвертый вход которого по дается постоянноеОр, напряжение от источника 13 опорных напряжений, на второй вход подается сумма переменно го и постоянного напряжений UjC)-t-U с выхода дифференциального усилителя 9, а на третий вход подается постоянное напряжение Uj с выхода фильтра 11 нижних частот. Суммарное напряжение с выхода аналогового сумматора 1, усиленное в К раз масштабным усилителем 2 преобразуется в ток преобразователем 3 и суммарный ток, содержащий постоянную и переменную составляющие, поступает на объединенные эмиттерные цепи первого и второго биполярных транзисторов 4и 5 управляемого делителя 6 тока. Входной ток разделяется на две составляющие в зависимости от значечбния выходного напряжения U логарифмического преобразователя, приложенного между базами биполярных транзисторов 4 и 5. Разделенные токи передаются в коллекторные цепи биполярных транзисторов 4 и 5 после прохождения через резисторы 7 и 8 нагрузки на них выделяются напряжения U(t)+U и Uj(t)+-U2. Напряжения, которые формируются на коллекторах биполярных транзисторов 4 и 5, поступают на входы дифференциальных усилителей 9 и 10, причем на неинвертирующие входы подаются базовые напряжения. А так как токи, протекающие через резисторы 7 и 8 нагрузки замыкаются на шину нулевого потенциала через выходные цепи дифференциальных усилителей 10, то напряжения на их инвертирующих входах повторяют напряжения на неинвертирующих входах независимо от значений токов, протекающих через резисторы 7 и 8 нагрузки. Таким образом, значения напряжений база - коллектор биполярных транзисторов 4 и 5 поддерживаются близкими к нулю, а напряжения на выходах дифференциальных усилителей 9 и 10 равны напряжениям, вьщеленным на сопротивлениях резисторов 7 и 8 нагрузки. Фильтр 11 нижних частот выделяет из выходного напряжения дифференциального усилителя 10 постоянную составляющую с масщтабным коэффициентом, равным единице, формируя при этом напряжение U2 . Переменная составляющая Uj (t) выходного напряжения дифференциального усилителя 10 поступает на вьтрямитель 12 и после преобразования требуемого параметра (амплитудного, средневыпрямленного или среднеквадратического значения) в постоянное напряжение сравнивается с напряжением Upnjисточника опорных напряжений. Разность, выделенная элементом 14 сравнения силивается усилителем 15 постоянноо напряжения и его выходное напряение и. .J поступает на выход логаифмического преобразователя и на азу биполярного транзистора 4, зменяя коэффициент деления управяемого делителя 6 тока до установения равенства значений постоянного апряжения на выходе вьшрямителя 12 и опорного напряжения Uonj. В уравновешенном состоянии абота логарифмического прео.бразо$ 11604466

в are ля описьшается системой урав-г г,

U-- PfU ( IK (И

u,,t)Kv,(-ShU2W Iti., П .. , .. , т л ., , .Если выбрать значение К, таким

),К,К,Х5К,Ц,-и„„,,-из(2) 5образом, чтобы выполнялось условие

) Гз1которые находятся в пределах (0,5;

1ч.ехр{и /Ч 1) тогда при К, получаем

. W °, .-.

где К и Ку - коэффициенты деления выражений (3) и (4)

делителя 6 тока пополучаем

коллекторным цепям би- 5. xg

. полярных транзисторовU.-k.PfU (t)lexp(-U W Uu Ik

4 и 5 i3 L 15 L 1 J г V .3 т; йп2 J IS

P{ .. .1 - оператор вьщеления. ин формативного парамет- ™ иначе, при выполнении условия

. ра преобразуемого на- U. получаем

пряжения выпрямите-U 4 En К

лем 12; . т Uonj 1 -.9)

YT - температурный потенци-где Р{и,Ш среднеквадратичное U, ,

: ал р-п-перехода.средневыпрямленное U-,eB или амплитудУчитывая линейность устройств 1-5, Мное U. значение входного напряжения.

и 10, можно считать справе; ливым ра-Таким образом,выходное постоянное

венствонапряжение логарифмического преобраpirU,tt)+U,(tUK K,K.K,(-li.jUPfO,(iKU,WVзователя пропорционально логарифму

ILт Z J 1 2 э s loyj IT . . Jинформативного параметра преобразу 1 2 3 5 -10 i переменного напряжения. При

Решая систему уравнений 1)-(4)этом идеальный логарифмический

относительно выходного напряжения пу-масштаб преобразования достигнут

тем вьщеления из уравнения (1) вели- з применения цепи положительной

чиныи2()в явном виде и подставив её обратной связи, а также благодаря

в уравнение (2) получаем .поддержанию близким к нулю значе-U (i)K К К К напряжения база - коллектор

у ( L (s биполярных транзисторов управляемоl+K KjKj K: KJго делителя тока.

;К К К . К ,-1 при всех значениях К.

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий аналоговый сумматор, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, преобразователь напряжения в ток выход которого подключен к информацион«ому входу управляемого делителя тока, выполненного на двух биполярных транзисторах, информационным входом которого являются объединенные эмиттеры первого и вто рого биполярных транзисторов, кол- лекторы которых являются выходами управляемого делителя тока, управляющим входом которого является база первого биполярного транзисто- ; ра, соединенная с выходом логарифмического преобразователя, база второго биполярного транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, а коллекторы первого и второго биполярнь х транзисторов соединены с первыми выподами первого и второго резисторов нагрузки, соединенные последовательно выпрямитель, элвгмент сравнения, свободный вывод которого соеди«ен с выводом источника опорного напряжения, и выходной усилитель, выход которого является выходом логарифмического преобразователя, отличающийс я тем,, что, с целью повьпиения точности, в преобразователь введены два дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот и масштабный усилитель, включенный между выходом аналогового сумматора и входом преобразователя напряжения в ток, к базам первого и второго биполярных транзисторов подключены неи вертирусл ющие входы соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, инвертирующие входы которых подключены соответственно к коллекторам первого и второго биполярных транзисторов, выход первого дифференциального усилителя подключен к второму выводу первого резистора а: нагрузки и к второму входу аналогоо вого сумматора, выход второго диф4 4 О5 ференциального усилителя подключен к второму выводу резистора нагрузки, к входу выпрямителя и к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к третьему входу аналогового сумматора, к четвертому входу которого подключен второй вмход источника опорных напряжений.