Управляемый масштабный преобразователь Советский патент 1992 года по МПК H03G3/30 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в широкополосных цепях автоматического регулирования, например, электроизмерительных приборов, где известная функция управления коэффициентом масштабного преобразования переменного напряжения позволяет получить информацию об управляемом сигнале.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения экспоненци- альнойфункции управления

коэффициентом передачи масштабного преобразователя.

На чертеже изображена схема функциональная электрическая управляемого масштабного преобразователя.

Управляемый масштабный преобразователь содержит элемент 1 преобразования входного переменного напряжения в ток, состоящий из конденсатора 2 и резистора 3. сумматор 4 токов, состоящий из первого операционного усилителя 5, элемента 6 отрицательной обратной связи и пятого транзистора 7, управляемый делитель 8 переменного тока, состоящий из третьего транзистора 9 и четвертого транзистора 10. преобразователь 11 выходного переменного тока в напряжение, состоящий из второго

Х|

(Л СО

ел

00

ел

операционного усилителя 12 и резистор в цепи отрицательной обратной связи, являющийся элементом 13 преобразования выходного переменного тока в напряжение, элемент 14 положительной обратной связи, источник 15 постоянного опорного напряжения, первый токозадающий элемент 16, делитель 17 постоянного опорного напряжения, состоящий из резисторов 18 и 19, второй токозадающий элемент 20, цепь 21 компенсации постоянной составляющей выходного сигнала, состоящую из первого транзистора 22 и второго транзистора 23, при этом первый 22 и второй 23 транзисторы имеют структуру, противоположную третьему 9, четвертому 10 и пятому 7 транзисторам, вход элемента 1 преобразования входного переменного напряжения в ток подключен к последовательно соединенным конденсатору 2 и резистору 3, свободный вывод которого является выходом элемента 1 преобразования входного переменного напряжения в ток, и соединен с входом 24 сумматора 4 токов, являющийся объединенными первым выводом элемента 6 отрицательной обратной связи и инвертирующим входом первого операционного усилителя 5, неинвертирующий вход которого подключен к входу 25 сумматора 4 токов, и выход соединен с базой пятого транзистора 7, эмиттер которого объединен с входом 26 сумматора 4 люков и свободным выводом элемента 6 отрицательной обратной связи, а коллектор является выходом сумматора 4 токов и подключен к входу управляемого делителя 8 переменного тока, являющийся объединенными эмиттерами дифференциально включенных третьего 9 и четвертого 10 транзисторов, объединенные база и коллектор четвертого транзистора 10 соединены с общей шиной.

База и коллектор третьего транзистора 9 подключены соответственно к цепи управляющего постоянного напряжения и выходу управляемого делителя 8 переменного тока, соединенного с входом преобразователя 11 выходного переменного токав напряжение, являющегося объединенными первым выводом элемента 13 преобразования выходного переменного тока в напряжение и инвертирующим входом второго операционного усилителя 12, неинвертирующий вход которого подключен к цепи управляющего постоянного напряжения, а выход объединен со свободным выводом элемента 13 преобразования выходного переменного тока в напряжение, являющегося выходом преобразователя 11 выходного переменного тока в напряжение, который соединен с первым выводом элемента 14 положительной обратной связи, свободный вывод которого соединен с входом 25 сумматора 4 токов и с выходом делителя 17 постоянного опорного напряжения, подключенного к

объединенным выводам резисторов 18 и 19, свободный вывод резистора 19 соединен с общей шиной, а резистора 18с входом делителя 17 постоянного опорного напряжения, соединенного с отрицательной цепью

0 источника 15 постоянного опорного напряжения, которая через второй токозадающий элемент 20 подключена к выводу 26 сумматора 4 токов, а положительна я цепь источника 15 постоянного опорного напряжения через первый токозадающий элемент 16 подклю5 чена к входу цепи 21 компенсации постоянной составляющей выходного сигнала, являющейся объединенными эмиттерами дифференциально включенных первого 22 и второго 23 транзисторов, база первого транзистора 22 соединена с цепью управля0 ющего постоянного напряжения, а коллектор объединен с общей шиной и базой второго транзистора 23, коллектор которого является выходом цепи 21 компенсации постоянной составляющей выходного сигнала

5 и подключен к входу преобразователя 11 выходного переменного тока в напряжение. Управляемый масштабный преобразователь работает следующим образом.

Входное переменное напряжение Квх

0 преобразуется в ток (Вх элементом 1 преобразования входного переменного напряжения в ток и поступает через вход 24 сумматора 4 токов на инвертирующий вход первого операционного усилителя 5, с выхо5 да которого переменный ток поступает на базу пятого транзистора 7. Переменное напряжение на эмиттере пятого транзистора 7 суммируется с постоянным током, образованным вторым токозадающим элементом

0 20, поступающим через вход 26 сумматора 4 токов, и подается через элемент 6 отрицательной обратной связи на инвертирующий вход первого операционного усилителя 5, а переменный ток коллектора пятого транзи5 стора 7 с выхода сумматора 4 токов поступает на объединенные эмиттеры дифференциально включенной пары согласованных биполярных третьего 9 и четвертого 10 транзисторов, образующих входную

0 цепь управляемого делителя 8 переменного тока.

Перераспределеясь. часть тока замыкается через коллектор четвертого транзистора 10 на общую шину, другая часть тока,

5 управляемая постоянным управляющим напряжением Uy, являясь выходным током управляемого делителя 8 переменного тока, с коллектора третьего транзистора 9 поступает на инвертирующий вход второго операционного усилителя 12, который совместно с элементом 13 преобразования выходного переменного тока в напряжение, является преобразателем 11 выходного переменного тока в напряжение. На неинвертирующий вход второго операционного усилителя 12 подается постоянное управляющее напряжение, а выходное переменное напряжение, преобразуясь в элементе 13 преобразования выходного переменного тока в напряжение, замыкается на инвертирующий вход второго операционного усилителя 12, обеспечивая тем самым равенство нулю напряжение коллектор-база третьего транзистора 9 управляемого делителя 8 переменного тока.

Выходное переменное напряжение второго операционного усилителя 12 является выходным напряжением преобразователя 11 выходного переменного тока в напряжение, которое через элемент 14 положитель- ной обратной связи суммируется с выходным постоянным напряжением делителя 17 постоянного опорного напряжения и поступает, через вход 25 сумматора 4 токов, на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 5, образуя 100%-ную положительную обратную связь. Кроме того, постоянное положительное напряжение от источника 15 постоянного опорного напряжения поступает на вход первого токо- задающего элемента 16, выходной ток которого поступает на объединенные эмиттеры дифференциально включенной пары согласованных первого 22 и второго 23 биполярных транзисторов цепи 21 компенсации постоянной составляющей выходного сигнала. Под действием постоянного управляющего напряжения, поступающего на базу первого транзистора 22, выходной ток перераспределяется и с коллектора второго транзистора 23 поступает на инвертирующий вход второго операционного усилителя 12, преобразователя 11 выходного переменного тока в напряжение, который обеспечивает вычитание из выходного сигнала постоянную составляющую управляющего сигнала.

Зависимость коэффициента передачи по напряжению Кд от управляющего напряжения Uy управляемого масштабного преобразователя без учета положительной обратной связи, при условии Яз Re описывается выражением

Ri3

R20

1

1 + ехр (иу/р т)

где 1+ехр1(иу/)т) коэФФи ент деления управляемого делителя 8 переменного тока;

р т - температурный потенциал р-n пе- рехода.

С учетом положительной обратной связи и известной формулы Кпос K4/(1-ICj /Злое) получим выражение коэффициента передачи управляемого масштабною преобразо- вателя в целом

1

5

0

0

5

вателя в целом Ri3 .

Кмп R2o 1 + ехр (Uy/рт) R13/R20

Если выбрать значение из условия R20/R13. тополучим

5 Кмп (Ri3/R2o)exp (-Uy/ p т),

или в случае стопроцентной положительной обратной связи, т.е.

Ri3 R2o; /ta 1: Кмп ехр (-Uy/ рт).

0 Таким образом, управляемый масштабный преобразователь обеспечивает высокую точность воспроизведения экспоненциальной функции управления коэффициентом передачи масштабного прес образователя и может быть использован в широкополосных цепях автоматического регулирования.

Формула изобретения Управляемый масштабный преобразо„ ватель, содержащий элемент преобразования входного переменного напряжения в ток, выполненный на последовательно соединенных конденсаторе и резисторе, первый и второй токозадающие элементы, источник постоянного опорного напряжения, шина положительного напряжения которого соединена с первым выводом первого токозадающего элемента, элемент преобразования выходного переменного тока в напряжение, цепь компенсации постоянной составляющей выходного сигнала, выполненную на дифференциально включенных первом и втором согласованных биполярных транзисторах, управляе- р. мый делитель переменного тока, выполненный на дифференциально включенных третьем и четвертом согласованных биполярных транзисторах, соединенные эмиттеры которых являются входом управляемого делителя переменного тока, при этом базы первого и третьего транзисторов соединены и являются входом для подачи управляющего постоянного напряжения, базы второго и четвертого транзисторов соединены с общей шиной, а коллекторы второго и третьего транзисторов - между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения экспоненциальной функции управления коэффициентом передачи масштабного преобразователя, введены делитель постоянного опорного напряжения, сумматор токов, элемент положительной обратной связи, при этом сумматор токов выполнен на первом операционном усилителе, пятом транзисторе, имеющем структуру третьего и четвертого транзисторов, резисторе отрицательной обратной связи, включенном между эмиттером пятого транзистора и инвертирующим входом первого операционного усилителя, причем неинвертирующий и инвертирующий входы первого опера у ионного усилителя и эмиттер пятого транзистора являются соответственно первым-третьим входами сумматора токов, выходом которого является коллектор пятого транзистора, соединенный с входом управляемого делителя переменного тока, третий вход сумматора токов через второй токозадающий элемент подключен к шине отрицательного напряжения источника постоянного опорного напряжения, второй вход сумматора токов соединен с выходом элемента преобразования входного переменного напряжения в

ток, а первый вход - с отводом делителя постоянного опорного напряжения и через элемент положительной обратной связи - с выходом элемента преобразования выходного переменного тока в напряжение, выполненного на втором операционном усилителе и резисторе в цепи отрицательной обратной связи, выход второго операционного усилителя является выходом элемента преобразования выходного переменного тока в напряжение, входами которого являются неинвертирующий и инвертирующий входы второго операционного усилителя, подключенные соответственно к соединенным базам первого с третьим транзисторов и к соединенным коллекторам второго с третьим транзисторов, при этом база четвертого транзистора соединена с его коллектором, коллектор первого транзистора - с общей шиной, а структура первого и второго транзисторов противоположна структуре третьего и четвертого транзисторов, причем второй вывод первого токозадающего элемента подключен к эмиттерам первого и второго транзисторов.

Управляемый масштабный преобразователь относится к электронике и может быть использован в широкополосных цепях автоматического регулирования. Целью изобретения является повышение точности воспроизведения экспоненциальной функции управления коэффициентом передачи масштабного преобразователя. Управляемый масштабный преобразователь содержит элемент преобразования входного переменного напряжения в ток, первый и второй токозадающие элементы, источник постоянного опорного напряжения, элемент преобразования выходного переменного тока в напряжение, цепь компенсации постоянной составляющей выходного сигнала, управляемый делитель переменного тока, состоящий из дифференциально включенной пары согласованных биполярных транзисторов. Введение элемента положительной обратной связи, сумматора токов, делителя постоянного опорного напряжения позволяет повысить точность воспроиз- ведения экспоненциальной функции управления коэффициентом передачи масштабного преобразователя. 1 ил. у Ј