Экспоненциальный преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/24 

Изобретение относится к устройствам преобразования электрических сиг налов по экспоненциальному закону и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и информационно-измерительной технике.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже приведена схема экспоненциального преобразователя.

Преобразователь содержит операционный усилитель 1, два экспоненциальных транзистора 2 и 3, два масштабных резистора 4 и 5, три корректирующих транзистора 6-8 и источник 9 опорного напряжения, вход 10 и выход 11 преобразователя, шину 12 источника питания, причем корректирующие транзисторы 7 и 8 выполняют функции блока 13 инверсии тока.

Экспоненциальный преобразователь работает следующим образом.

Экспоненциальная зависимость между входным и выходным напряжениями обеспечивается за счет использования естественной нелинейной зависимости тока коллектора первого экспоненциального транзистора 2 и напряжения на его эмиттерном переходе:

Л N 02 Р п2 / f,

и., -R, I

(1)

02

где Ч 0,026 В - температурный потенциал;

- тепловой ток эмит- терного перехода первого экспоненциального транзистора 2;

R - сопротивление первого масштабного резистора 4.

Однако напряжение на эмиттерном переходе первого экспоненциального транзистора 2 отличается от напряжения между его эмиттерным и базоньш

зажимами U с- из-за наличия объемноэогго сопротивления базы R , которое

является причиной погрешности в области больших рабочих токов коллектора:

Un +Ift Rft (2)

&2 2. Sj b

В TO же время увеличение этого тока желательно для увеличения диапазона изменения входных сигналов, и повышения быстродействия.

Для компенсации указанной ошибки база первого экспоненциального транзистора 2 подключена к шине нулевого потенциала через второй масштабный резистор 5, а к общему их выводу под- ключен выход блока 13 инверсии тока, ток которого пропорционален и противоположен по направлению току базы первого экспоненциального транзистора 2. Поскольку величина компенсируемого падения напряжения на объемном сопротивлении базы невелика и обычно не превьш1ает 1 мВ, то напряжения на эмиттерных переходах первого 2 и второго 3 экспоненциальных транзисторов

отличаются на величину напряжения Ug источника 9 опорного напряжения, и их коллекторные токи I и I пропорциональны:

Kj

1к,1..(и. /,), 9.

(3)

3 2 т -Tj- 14

где К- - коэффициент масштабирования коллекторного тока первого транзистора 2.

В силу идентичности транзисторов 3 и 6 можно считать их базовые токи равными, откуда ток базы транзистора 6

К

i

в.

1с К Ь, а

(4)

ток блока 13 инверсии

13

-It

ii

(5)

где К - - коэффициент передачи блоOU О

ка 13,

Напряжение на эмиттерном переходе первого экспоненциального транзистора 2

.:V- So-4- o- s

П2 0 00

.

(6)

где и - напряжение на входе 10 пре10

образователя j

4Е

Rg - Сопротивление второго масштабного резистора 5.

- При обеспечении условия

RS/ (7 напряжение на выходе 11 преобразователя не зависит от сопротивления базы первого экспоненциального транзистора 2;

. ц --R, °

Величина сопротивления второго масштабного резистора 5 определяется из условия (7):

R,-

Rg

Условие физической реализуемости (положительное значение второго масштабного резистора 5) обеспечивается при

К,

.1Второй 7 и третий 8 корректирующие транзисторы идентичны по парамет рам и имеют тип проводимости, проти воположный по отношению к первому 2, второму 3 экспоненциальным и первому корректирующему 6 транзисторам. Если пренебречь различием коллекторного и эмиттерного токов, то, учитывая последовательное включение транзисторов 7 и 8, их базовые токи Ig и Ir- пропорциональны друг другу:

.8

е В,

1 Bg В, N3

Ч

К

13

.

(10)

коэффициенты передачи транзисторов 7 и 8; коэффициент передачи блока 13 инверсии тока.

В случае использования в схеме преобразователя интегральных транзисторных сборок компенсация действия базового сопротивления схемы осуществляется индивидуально для каждого образца и сводится к регулировке коэффициента П1 опорциональности К , между токами первого 2 и второго 3 экспоненциальных транзисторов с помощью источника 9 опорного напряжения или при заданном смещении базы второго экспоненциального транзистора в соответствии с условием (9), регулировкой второго масштабного резистора 5. При реализации предложенной схемы по интегральной технологии выполнение условия (9) возможно и за счет изготовления второго экспоненциального транзистора 3 с несколько большей

Составитель Н.Зайцев Редактор И.Нйколайчук Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 6293/50 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

10

площадью эмиттерного перехода, что позволит отказаться от использования источника 9 опорного напряжения, подключая при этом базу второго экспоненциального транзистора 3 на шину нулевого потенциала, а настройка схемы может быть осуществлена регулировкой второго масштабного резистора 5.

Формула изобретения

20

Экспоненциальный преобразователь, содержащий операционный усилитель, в

цепь отрицательной обратной связи которого включен первый масштабный резистор, первый и второй экспоненциальные транзисторы, подключенные эмиттерами к входу преобразователя, база и коллектор первого экспоненциального транзистора соединены соответственно с первым выводом второго масштабного резистора и входом операционного усилителя, подключенного

25 выходом к выходу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник опорного напряжения и три корректирующих транзисто2Q ра, база и коллектор второго экспоненциального транзистора соединены соответственно с выходом источника опорного напряжения и эмиттером первого корректирующего транзистора,подключенного базой и коллектором соответственно к базе и эмиттеру второго корректирующего транзистора, соединенного коллектором с эмиттером треть-, его корректирующего транзистора,-подключенного базой к базе первого экспоненциального транзистора, коллекторы первого и третьего корректирующих транзисторов соединены соответственно с шиной источника питания и шиной нулевого потенциала, соединенной с вторым выводом второго масштабного резистора.

35

40

45

Изобретение относится к устройствам преобразования электрических сигналов по экспоненциальному закону и может быть использовано в аналого- : вых вычислительных машинах и информационно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности достигается введением трех компенсирующих транзисторов 6-8 и источника 9 опорного напряжения, за счет введения данных элементов обеспечивается компенсация падения напряжения на объемном сопротивлении базы первого экспоненциального транзистора 2 с учетом реальной зависимости базового тока от напряжения на эмиттерном переходе и при этом значительно уменьшено влияние на результат преобразования неидеальности элементов цепи компенсации. 1 ил. S. /7 0