Среднеквадратический преобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах переменного тока, автоматических системах контроля переменного напряжения. Цель изобретения - расширение динамического диапазона входного напряжения, уменьшение погрешности преобразования, обусловленной температурным дрейфом выходного напряжения первого операционного усилителя . На чертеже представлена схема предлагаемого преобразователя. Схема содержит первый операционный усилитель 1 , инвертирукйций вход которого соединен с одним из выводов первого масштабного резистора 2 с коллектором и базой транзистора 3 и эмиттером транзистора 4,, эмиттер транзистора 3 соединен с базой и кол лектором транзистора 5, база и коллектор транзистора 4 соединены с эмиттером транзистора 6, эмиттер транзистора 5, база и коллектор тран зистора 6 соединены с выходом операционного усилителя 1, с входом инвер тирующего усилителя 7 и с эмиттером транзистора 8, база и коллектор которого соединены с эмиттером транзи тора 9, с одним из выводов конд,нса тора 10 и с коллектором и базой тра зистора 11, эмиттер которого соедин с выходом инвертирующего усилителя коллектор и база транзистора 9 соеДИНЙ1Ы с инвертирующим входом операционного усилителя 12 и с одним из выводов масштабного резистора 13 второй вывод которого соединен с вт рым выводом конденсатора 10 и с вых дом операционного усилителя 12, неи вертирующие входы операционных усил телей 1, 7 и 12 соединены с общей шиной. Транзисторы 3, 4, 8 и 11 нах дятся в корпусе 4 транзисторной сборки, а транзисторы 5, 6 и 9 - в корпусе 15 транзисторной сборки. Преобразователь работает следующим образом. Входное переменное напряжение через резистор 2 поступает на логарифмический ;усилитель 1. Положитель ная полуволна входного напряжения логарифмируется с помощью транзисторов 3 и 5, отрицательная полуволна - с помощью транзисторов 4 и 6. На выходе операционного усилителя 1 появляется переменное напряжение. пропорциональное -логарифму входного напряжения. Отрицательная полуволна этого напряжения поступает на антилогарифмический усилитель (элементы 9, 12 и 13) через транзистор 8, положительная полуволна с выхода операционного усилителя 1 через инвертирующий усилитель 7 поступает на антилогарифмический усилитель через транзистор 11, Ток через транзистор 9, равный сумме средних токов, проходящих через транзисторы 8 и 11 (усреднение осуществляется с помощью конденсатора 10), поступает на вход операционного усилителя 12. На выходе формируется напряжение, пропорциональное среднеквадратическому значению входного напряжения. Резистор 13, а также резистор 2 определяют коэффициент пропорциональности между входным и выходным напряжениями по уровню среднеквадратического значения. Напряжениена выходе операционного усилителя 1 равно . .b..2U,ln Ч - 1к . (1) где и - термический потенциал; Ugj . и Ugj, 2 мгновенные значения положительной и отрицательной полуволн напряжения соответственно; R, - зна-1чение сопротивления резистора 2; I g - обратный ток насьпцения транзистора. Ток коллектора 1, транзистора 9 равен сумме средних значений токов коллектора транзисторов 8 и 11, С1с,;, Вьфажение (2) можно представить в виде Цбх-Ц.э I.el/T Ье рч J где Ujg - напряжение база - эмиттер транзистора 9. Напряжение на выходе преобразователя равно бы. где R,j - сопротивление резистора 13. Формулу (4) с учетом выражений (3) и (1) можно представить в вид BJ/U .5 1 где Uj. - среднеквадратическое зн чение входного напряжения; И,. и „ - среднеквадратические значе ния положительной и отрицательной полуволн входного напряжения. Выбирая R Rj , имеем ,, U Анализ проведен в предположени что обратные токи всех транзистор одинаковы. Результат анализа не и менится, если идентичными будут транзисторы 3, 4, 8 и 11, а транзисторы 5, 6 и 9 могут быть други ми, но также идентичными один дру му. Для положительной полуволны напряжения . % +U .. П In + ВЫХ Ьэз БЭ5 т Rilg,+ и In -v-вг.- и In -т;-- RJss - , Is. In где. и J и %з, Ig и Igg - напр жение база - эмиттер и обратные то ки соответственно транзисторов 3 и 5. If. 1, т.е. коллекторный ток транзистора 9, равен среднему коллекторному току транзистора 8 и 1ЙЭЛ. 1 1 е т 1 I е - откуда получаем Окончательно имеем %. Vx.S, -2 lliAJLia и Ri/VT; Если транзистор 3 идентичен транзистору В, то1 If , а если транзистор 5 иде1 тичен транзстору 9, то I с 1с с учетом этого имеем SB Sg и Jts-.u . Bwx R, Поэтому для компенсации температурных дрейфов обратных токов тран5 50 55 02о 4 зисторов достаточно взять транзисторы 3, 4, 8 и 11 из одной сборки транзисторов, а транзисторы 5, 6 и 9 - из другой сборки. Погрешность измерений при малых входных напряжениях в предлагаемом преобразователе меньше из-за того, что в нем отсутствует формирователь модуля входного напряжения (вьтрямитель), обладающий высокой нелинейг ностью при малых входных напряжениях. Исключение из схемы формирователя модуля позволяет расширить динамический диапазон входных напряжений, так кАк первый каскад предлагаемого устройства является логарифмическим усилителем, в котором происходит сжатие входного сигнала. Дпя предлагаемого устройства выходное напряжение с учетом напряжения смещения вследствие температурного дрейфа и -2.Ги ск -С вых R .1 4-1 Uc«i- ,, , 2и,иг, где и,,, Uj. и UCMJ - напряжение смещения логарифмирующего, инвертирующего и антилогарифмического усилителей соответственно; Из последнего выражения видно. что при и.., и и т.е. при приблиск, скг зительно равных среднеквадратических значениях положительной и отрицательной полуволн, напряжение смещения первого каскада преобразователя не влияет на выходное напряжение, а влияние напряжения смещения U. в предлагаемом устройстве в два раза меньше, чем в известном. Формула изобретения 1, Среднеквадратический преобразователь, содержащий два операционных усилителя, два масштабных резистора, два логарифмирующих транзистора, два антилогарифмирующих транзистора и интегрирующий конденсатор, причем инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с одним из вьшодов первого масштабного резистора и с коллектором и базой первого логарифмирующего транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором и базой второго логарифмирующего транзистора.

его эмиттер соединен с выходом первого операционного усилителя и с эмиттером первого антилогарифмирующего транзистора, коллектор и база которого соединены с эмиттером второго антилогарифмирующего транзистора, коллектор и база последнего соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и с одним из выводов второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя, являющегося выходом устройства, и с одним из выводов интегрирующего конденсатора, . второй вывод конденсатора соединен с эмиттером второго антипогарифмирующего транзистора, неинвертирующи входы первого и второго операционных усилителей соединены с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, расширения динамичекого диапазона входных напряжений, в него введены два дополнительных логарифмирующих транзистора, один дополнительный антнпогарифмирующий транзистор и инвертирующий усилитель, причем второй вывод первого

масштабного резистора является вхо ом устройства, инвертирующий вход ервого операционного усилителя соединен с эмиттером первого дополнительного логарифмирующего т ранзистора, причем его коллектор и база соединены с эмиттером второго дополнительного логарифмирующего транзистора, коллектор и база которого соединены с выходом первого операционного усилителя и с входом инвертирующего усилителя, а выход последнего соединен с эмиттером дополнительного антилогарифмирующего транзистора,

а его коллектор и база соединены с эмиттером второго антилогарифмирующего транзистора.

2, Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первый логарифмирующий, первьш дополнительный логарифмирующий, первый антилогарифмирующий и дополнительный антилогарифмирзпощий транзисторы входят конструктивно в одну транзисторную сборку, а второй логарифмирующий, второй дополнительный логарифмирующий и второй антилогарифмирующий транзисторы входят конструктивно во вторую транзисторную сборку.