Экспоненциальный преобразователь Советский патент 1990 года по МПК G06G7/24 

t

(21)4101194/24-24

(22)29.07о86

(46) 30.03.90 Бюл. № 12 (70 Томский политехнический институт им. С„М. Кирова (72) В.В. Самокиш и п.Н. Тиссен

(53)681,3(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 584312, кл. G 06 G 7/24, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 813465, кл. G 06 G 7/24, 1979.

(54)ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

(57)Изобретение относится к устройствам преобразования электрических сигналов по экспоненциальному закону и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и информационно-измерительной TexHHke. Целью изобретения является повышение точности f что достигается введением третьего операционного усилителя 3 двух логарифмирующих транзисторов 7 и 8, источника 11 опорного напряжения и третьего масштабного резистора 6. Благодаря введению новых элементов в предлагаемом преобразователе достигается положительный эффект, а именно обеспечивается компенсация падения напряжения на объемном сопротивлении базы первого экспоненциального транзистора 9 с учетом реальнЪй зависимости базового тока от напряжения ча змиттерном переходе и при этом значительно уменьшено влияние на результат преобразования неидеальности элементов цепи компенсации. 1 ил.

i

(Я

Изобретение относится к устройствам преобразования электрических сигналов по экспоненциальному закону и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и информационно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности, что достигается введением третьего операционного усилителя 3, двух логарифмирующих транзисторов 7 и 8, источника 11 опорного напряжения и третьего масштабного резистора 6. Благодаря введению новых элементов в предлагаемом преобразователе достигается положительный эффект, а именно обеспечивается компенсация падения напряжения на объемном сопротивлении базы первого экспоненциального транзистора 9 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.

ел ел

СО

со

00

со

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

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже приведена функциональ- ная схема экспоненциального преобразователя .

Преобразователь содержит три операционных усилителя 1-3, три масштабных резистора 4-6, два логарифмирую- щих транзистора 7-8, два экспоненциальных транзистора 9 и 10, источник 11 опорного напряжения,вход 12 и выход 13 преобразователя, блок Ik инверсии тока образован элементами 2,7, 9 и 11.

Экспоненциальный преобразователь работает следующим образом.

Экспоненциальная зависимость между входным 12 и выходным 13 напряже- ниями обеспечивается за счет использования естественной нелинейной зависимости тока коллектора первого экспоненциального транзистора 9 и напряжения на его эмиттерном переходе ц ;

U(° exf

/q

т

(1)

где ерт 0,026, В - температурный

потенциал;

I - тепловой ток эмиттерного перехода первого экспоненциального транзистора 9; R - сопротивление первого масштабного резистора А. Однако напряжение на эмиттерном переходе первого экспоненциального транзистора 9 отличается от напряжения между его эмиттерным и базовым

иыводами U

э&9

из-за наличия объемно-

го сопротивления базы R которое является причиной погрешности в области больших рабочих токов коллектора

иэ89 Un9+ Ipg. ftfr.

(2)

В то же время увеличение этого тока желательно как с целью увеличения диапазона изменения входных сигналов, так и с целью повышения быстродействия .

Для компенсации указанной ошибки используется транзистор 8,включенный в

обратную связь третьего операционного усилителя 3. Поскольку коллекторные токи транзисторов 9 и 8 пропорциональны, то в случае идентичности этих транзисторов пропорциональны и их базовые токи:

,- R Bq

А&в As,

- w (3)

Блок 1 инверсии тока обеспечивает на своем выходе ток, который пропорционален и противоположен по направлению его входному току, равного току базы первого экспоненциального транзистора 9. Поэтому напряжение на эмиттерном переходе первого экспоненциального транзистора 9 с учетом (2) и (3):

V

+ К8 К14 R5

(4)

При обеспечении условия

R&9+ R5 VK14 R5- 0(5)

напряжение на выходе 13 преобразователя не зависит от сопротивления базы первого экспоненциального транзистора 9

-R4-I WeXP (U6y/CpT).

(6)

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

R - -Rg

5 v у 7

Соотношение между параметрами схемы, обеспечивающее условие физической реализуемости (положительное значение второго масштабного резистора 5)

К

(7)

Схема используемого в предлагаемом преобразователе блока И инверсии тока работает следующим образом.

Напряжение на выходе второго операционного усилителя 2 определяется входным током блока

55

-4Vinf,

(8)

где IQJ - тепловой ток -эмиттерного перехода первого логарифирующего транзистора 7.

5

Тогда с учетом величины источника опорного напряжения 11 и с учетом положительности направления тока от эмиттера к коллектору ток коллектора второго экспоненциального транзистора 10 является выходным током блока

loi

Un вых 4 io-v Ai4 exp IfT

где тепловой ток эмиттерного перехода второго экспоненциального транзистора 10.

Полагаем, что транзисторы 7 и 10 идентичны и их обратные токи равны

и

-ВЫМ4ХВХ еХР

(10)

т -т

ХВЫМ4I

Источник опорного напряжения 11 позволяет менять масштабный коэффициент преобразования К14.

Компенсация действия базового сопротивления схемы осуществляется индивидуально для каждого образца первого экспоненциального транзистора 9 и сводится к регулировке одного из параметров до выполнения условия (5). В качестве регулируемого параметра могут быть выбраны либо коэффициент передачи блока инверсии тока К14, либо ток транзистора 8 (третий масштабный резистор 6), либо величина второго масштабного резистора 5| при этом обязательным является выполнение неравенства (7). Предпочтительными являются первый и третий варианты настройки, поскольку это позволяет выдержать идентичность условий работы транзисторов 9 и 8, т.е. обеспечить равенство их коллекторных токов при R Rg.

Настройка схемы по второму варианту менее качественна, но она позволяет отказаться от использования в блоке 14 инверсии тока источника опорного напряжения 11, подключая при этом базу четвертого транзистора на шину нулевого потенциала.

(9)

Формула изобретения.

Экспоненциальный преобразователь, , содержащий первый операционный усилитель с первым масштабным резистором в цепи отрицательной обратной свя

лителя соединен с выходом преобразоЮ вателя, информационный вход которого соединен с эмиттером первого экспо- ненциального транзистора, соединенного коллектором с выходом первого операционного усилителя, второй операци15 онный усилитель, второй масштабный резистор, первый вывод которого соединен с базой первого экспоненциального транзистора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точ2о ности, в него введены третий операционный усилитель, два логарифмирующих транзистора, источник опорного напряжения и третий масштабный резистор, соединенный первым и вторым выводами

25 соответственно с выходом преобразователя и входом третьего операционного усилителя, база второго логарифмирующего транзистора подключена к коллектору первого логарифмирующего тран30 зистора и входу второго операционного усилителя соединенного выходом с эмиттерами второго экспоненциального транзистора и первого логарифмирующего транзистора, соединенного базой с

25 шиной нулевого потенциала и вторым выводом второго масштабного резистора, база и коллектор второго экспо ненциального транзистора- соединены соответственно с выходом источника опор4о ного напряжения и базой первого экспоненциального транзистора, эмиттер и коллектор второго логарифмирующего транзистора соединены соответственно с выходом и входом третьего опе45 рационного усилителя.