Логарифмический преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/24 

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

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже приведена функциональная схема логарифмического преобразователя.

Логарифмический преобразователь содержит три операционных усилителя 1-3, три логарифмирующих транзистора 4-6, три масштабных резистора 7-9, экспоненциальный транзистор 10 и источник 11 опорного напряжения, причем сосокупность элементов 3,6, 10 и II по вьтолняемым функциям можно рассматривать как блок 12 инверсии тока.

Логарифм1тческий преобразователь работает следующим образом.

Логарифмическая зависимость между входным и выходным напряжениями обеспечивается за ,счет использования естественной нелинейной зависимости тока коллектора первого логарифмирующего транзистора 4 и напряжения на его эмиттерном переходе:

/ 1 и SX

-(t; In ---- ,

R

Ujx 5ГН-В

);()

35

де

т

I

в

и

их .

К.

R

0,026 В - температурный потенциал;

-тепловой ток эмиттерного перехода первого ло- 40 гарифмирующего транзистора 4;

-коэффициент передачи базового тока логарифмирую- 45 щего транзистора 4;

-напряжение на входе преобразователя;gQ

-.сопротивление первого масштабного резистора 7;

-сопротивление

базы первого 55

транзистора 4.

Падение напряжения на сопротивлеии базы первого логарифмирующего ра зистора 4 U R g , обуслав-. ,

лИвает ошибку логарифмического преобразования, которая при заданной точности ограничивает максимальную

величину рабочего коллекторного тока. В то же время увеличение этого тока желательно как с целью расширения диапазона изменения входных сигна- лов, так и с целью повьштения быстродействия.

Для компенсации указанной ошибки используется второй логарифмирующий транзистор 5, включенный аналогич- тно первому В обратную связь второго

операционного усилителя 2. Поскольку коллекторные токи первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов пропорциональны входному сигналу преобразователя, то в случае идентичноети этих транзисторов пропорциональны и их базойые токи

8-В,

4

(2)

Блок 12 инверсии тока обеспечивает на своем выходе ток, который пропорционален его входному току, равному току базы второго логарифмирующего транзистора 5, но противоположен ему по направлению. Поэтому напряжение на базе первого логарифмирующего транзистора . определяется падением напряжения на третьем масштабном резисторе 9 от протекания суммарного тока базы первого логарифмирующего транзистора 4 и вькодного тока блока 12 инверсии тока

/V- ) п (-04

. f2R Bj R, В, -

9

где К ,2 - коэффициент передачи блока

12 инверсии тока.

Напряжение на выходе преобразователя равно сумме падений напряжений на эмиттерном переходе первого логарифмирующего транзистора 4 и третьем масштабном резисторе 9:

Т ТУ

R7 Bi

и в:

R

и условия

R,R,- BJ

(4)

К ,

(5)

1

напряжение на выходе преобразователя не будет зависеть от сопротивления первого логарифмирующего транзистора 4:

- if In

UM

R, I,

Величина сопротивления третьего масштабного резистора 9 определяется из условия (5):

R Bi- 9 - -r r--E---R--E,

Соотношение между параметрами схемы, обеспечивающее условие физической реализуемости (положительное значение третьего масштабного резистора 9)

К 15 т 4

Схема блока 12 инверсии тока работает следующим образом,

Напряжение на выходе третьего операционного усилителя 3 определяется входным током блока 12:

и,

- . In

ot

где 1д - тепловой ток эмиттерного

перехода третьего логарифмирующего транзистора 6.- Тогда с учетом величины источника 11 опорного напряжения ток коллектора экспоненциального транзистора 10, являющийся выходным током блока 12, и с учетом положительности направления тока от эмиттера к коллектору равен

бИХ

.llL I

8Х

ехр (9)

где I и - тепловой ток эмиттерного

перехода экспоненциального транзистора 10. Полагаем, что транзисторы 6 и 10

идентичны и их обратные токи равны:

и„

-аи,,- l5x,,

(10)

Источник опорного напряжения позволяет менять масштабный коэффициент преобразования К ,,j .

36326/4

Компенсация действия базового сопротивления схемы осуществляется инд1тидуально для каждого образца 5 первого логарифмирующего транзистора 4 и сводится к регулировке одного из параметров до выполнения условия (5). В качестве регулируемого параметра могут быть выбраны либо коэф10 фициент передачи блока инверсии тока К . , либо ток второго логарифми- РЗтощего транзистора 5 (второй масштабный резистор 6 ), либо величина третьего масштабного резистора 7,

15 при этом обязательньм является вьшол- нение неравенства (7). Предпочтительными являются первый и третий варианты настройки, поскольку это позволяет выдержать идентичность условий

20 работы первого 4 и второго 5 логарифмирующих транзисторов, т.е. обеспечить равенство их коллекторных токов при Rj Rj- Настройка схемы по второму варианту менее качественна, - 25 но она позволяет отказаться от использования в блоке 12 инверсии тока источника 11 опорного напряжения, подключая при этом базу экспоненциального транзистора на шину нулевого

30 потенциала.

Формула изобретения

Логарифмический преобразователь,

35 содержащий первый, второй и третий операционные усилители, первый и второй логарифмирующие транзисторы, коллекторы и эмиттеры которых соединены с входами и выходами соответст40 вующих операционных усилителей, выход первого операционного усилителя является выходом преобразователя, вход которого через первый и второй масштабные резисторы подключен к

45 входам соответственно первого и второго операционных усилителей, базы первого и второго логарифмирующих транзисторов подключены соответственно к первому вьгеоду третьего

50 масштабного резистора и входу третьего операционного усилителя, о т л и- ч ающи. йс я тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введены третий логарифмический транзистор,

55 экспоненциальный транзистор и источник опорного напряжения, подключенный выходом к базе экспоненциального транзистора, подключенного коллекто 136326Аь

ром к первому, вьшоду третьего масш- лектором и эмиттером соответственно табного резистора, соединенного вто- с входом и выходом третьего опера- рым вьтодом с шиной нулевого потенци- ционного усилителя, подключенного ала и базой третьего логарифмирую- выходом к эмиттеру экспоненциального щего транзистора, соединенного кол- транзистора.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике. Цель изобретения - повьшение точности достигается за счет введения в логарифмический преобразователь, содержащий три операционных усилителя 1-3, два логарифмирующих транзистора 4 и 5, три масштабных резистора 7-:9, третьего логарифмирующего транзистора 6 и источника опорного напряжения. Предложенное выполнение логарифмического преобразователя позволяет повысить его точность в области больших токов коллектора первого логарифмирующего транзистора 4 за счет исключения влияния на потенциал его базы аддитивных потенциальных ошибок цепи компенсации сопротивления базы. 1 ил.с (Л С