Токовый квадратор Советский патент 1993 года по МПК G06G7/20 

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в функциональных преобразователях и в устройствах преобразования частоты.

Известен широкополосный квадратичный преобразователь 1, содержащий первый квадратичный полевой транзистор, исток и затвор которого соединены с входом преобразователя и стоком второго квадратичного полевого транзистора, сток первого и исток второго транзисторов через первый и второй фильтровые конденсаторы, а затвор второго транзистора непосредственно, подключены к шине нулевого потенциала и соединены соответственно с входами уменьшаемого и вычитаемого блока вычитания.

Недостаток данного устройства - ограниченный динамический диапазон входного сигнала, в котором достигается достаточная точность преобразования, а также затруднительность микроминиатюризации вследствие использования разнородной элементной базы,

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к

заявляемому объекту является токовый квадратор 2, содержащий с первого по третий усилительные транзисторы одного типа проводимости, четвертый и пятый усилительные транзисторы противоположного типа проводимости, токоограничительный резистор, база первого усилительного транзистора соединена с коллектором второго усилительного транзистора и является входом токового квадратора, база второго усилительного транзистора соединена с базой третьего усилительного транзистора, коллектор первого усилительного транзистора подключен к коллектору и базе четвертого усилительного транзистора и к базе пятого усилительного транзистора, коллектор третьего усилительного транзистора соединен с коллектором пятого усилительного транзистора и является выходом токового квадратора, эмиттеры четвертого и пятого усилительных транзисторов подключены к первой шине питания, эмиттеры второго и третьего усилительных транзисторов подключены ко второй шине питания.

сл

с

ч

ю

,™А

00

ю

Однако, в указанном токовом квадраторе передаточная характеристика имеет сильную температурную нестабильность. Кроме этого, квадратичная зависимость выходного тока от входного наблюдается при условии абсолютной малости входного тока, который одновременно является током смещения транзисторов схемы,.т.е. транзисторы должны работать в режиме малых токов, что увеличивает их инерционность, снижая тем самым рабочие частоты устройства, В результате имеет место снижение точности данного квадратора на повышенных частотах, а также при изменении температуры окружающей среды.

Цель изобретения - повышение точности за счет расширения частотного диапазона и повышения температурной стабильности.

Поставленная цель достигается тем, что в токовый квадратор, содержащий с первого по третий усилительные транзисторы одноготипа производимости, четвертый и пятый усилительные транзисторы противоположного типа проводимости, токо- огранич ительный резистор, база первого усилительного транзистора соединена с коллектором второго усилительного транзистора и является входом токового квадратора, база второго усилительного транзистора соединена с базой третьего усилительного транзистора, коллектор первого усилительного транзистора подключен к коллектору и базе четвертого усилительного транзистора и к базе пятого усилительного транзистора, коллектор третьего усилительного транзистора соединен с коллектором пятого усилитель- ноготранзистора и является выходом токового квадратора, эмиттеры четвертого и пятого усилительных транзисторов подключены к первой шине питания, эмиттеры второго и третьего усилительных транзисторов подключены ко второй шине питания, дополнительно введены с шестого по девятый усилительные транзисторы типа проводимости, одинакового с типом проводимости первого усилительного транзистора, десятый и одиннадцатый усилительныетранзисторы,тип проводимости которых одинаков с типом проводимости чет-, вертого усилительного транзистора, причем эмиттер первого усилительного транзистора соединен с коллектором и базой шестого усилительного транзистора, к коллектору второго усилительного транзистора подключена база седьмого усилительного транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором восьмого усилительного транзистора, база которого подключена к базе и коллектору девятого усилительного транзистора, коллектор которого через токоограничительный резистор соединен с коллектором и базой десятого

усилительного транзистора и с базой одиннадцатого усилительного транзистора, коллектор которого подключен к.базе седьмого усилительного транзистора, коллектор которого соединен с эмиттерами десятого и одиннадцатого усилительных транзисторов и с первой шиной питания, эмиттеры шестого, восьмого и девятого усилительных транзисторов подключены ко второй шине питания.

Наличие отличительных признаков обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию новизна. Заявляемое техническое решение соответствует т ак- же критерию существенные отличия, поскольку не обнаружено решений с признаками, сходными с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа.

Положительный эффект достигается за счет того, что транзисторы в схеме квадр атора работают в режиме, близком к малосиг- иальному, что расширяет диапазон рабочих частот- квадратора, а также вследствие повышения температурной стабильности передаточной характеристики квадратора за

счет ослабления ее зависимости от параметров транзисторов.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом на котором приведена его схема электрическая принципиальная.

Токовый квадратор содержит первый транзистор 1, база которого соединена с коллектором второго 2 и одиннадцатого 3 транзисторов, базой седьмого 4 транзистора и входом квадратора 5, коллектор соедипен с базой и коллектором четвертого транзистора 6 и базой пятого транзистора 7, эмиттер соединен с базой и коллектором шестого транзистора 8, восьмой транзистор 9, коллектор которого соединен с базами

второго 2 и третьего 10 транзисторов, база

. соединена с базой и коллектором девятого

транзистора.11 и через токоограничивающий резистор 12 - с базой и- коллектором

десятого транзистора 13 и базой одиннадцатого транзистора 3, коллектор седьмого транзистора 4 и эмиттеры четвертого 6, пятого 7, десятого 13 и одиннадцатого 3 транзисторов подключены к первой шине питания 14, эмиттеры второго 2, третьего 10, шестого 8, восьмаго 9 и девятого 11 транзисторов подключены ко второй шине питания 15, коллекторы третьего 10 и пятого 7 транзисторов соединены с выходом квадратора 16.

Рассмотрим работу предложенного устройства. Примем, что токи базы всех транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их токами коллектора, транз - сторы работают на частотах, много меньших f граничной частоты коэффициента пере дачи транзисторов по току «транзисторы

одинакового типа проводимости идентичны, за исключением транзистора 7, отличающегося от однотипных с ним транзисторов вдвое большей площадью эмиттера.

Первоначально подключается цепь нагрузки и подается напряжение питания такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. При этом транзисторы 3 и 9 выполняют функцию согласованных источников тока смещения 0. Эти транзисторы образуют совместно с транзисторами 13 и 11 токовые отражатели, на вход которых подается опорный ток, протекающий через токоограничивающий резистор 12 и равный

0

Т.к. базо-эмиттерные напряжения транзисторов пропорциональны натуральному логарифму от функции эмиттерного тока, то. равенство (2) равносильно тому, что входной ток, протекающий через транзистор 2, пропорционален квадрату функции тока, протекающего через транзисторы 1 и 8.

Действительно, раскроем выражение (2), используя уравнение Зберса-Молла:

|п(1+тг),(1+1г)

(

1 +

вх

(3)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в функциональных преобразователях и в устройствах преобразования частоты. Цель изобретения - повышение точности за счет расширения частотного диапазона и повышения температурной стабильности. Поставленная цель достигается за счет того, что транзисторы в схеме квадратора работают в режиме, близком к малосигнальному, что расширяет диапазон рабочих частот квадратора, а также вследствие повышения температурной стабильности передаточной характеристики квадратора за счет ослабления ее зависимости от параметров транзисторов. 1 ил.

En-2U63 R

О)

где Еп - напряжение между шинами питания 14 и 15;

Убэ - база-эмиттерное напряжение транзисторов 11,13:

R - сопротивление резистора 12.

Транзисторы 1, 2, 4, 8 и 10 по постоянному току образуют схему токового отражателя, на вход которого от источника тока на транзисторе 3 поступает ток 0, повторяющийся в коллекторных цепях транзисторов 1, 8 и 10. Ток эмиттера транзистора отрицательной обратной связи 4 задается источником тока на транзисторе 9. Ток коллектора транзистора 1 поступает на вход токового зеркала На транзисторах 6 и 7.

Принцип действия предложенного устройства заключается в следующем. Напряжение по высокой частоте между входом квадратора 5 и шиной питания 15 равно сумме базо-эмиттерных напряжений транзисторов 1 и 8, а также базо-эмиттерно-му напряжению транзистора 2 (базо-эмиттер- ное напряжение транзистора обратной связи 4 по высокой частоте пренебрежимо мало). Входной переменный ток Вх управляет базо-эмиттерным напряжением транзистора 2, которое, в свою очередь, является управляющим для транзисторов 1,8 и 10. Управление транзистором 10 является линейным, и его коллекторный переменный ток равен входному переменному току iBx. Управление же транзисторами 1 и 8 нелинейно в силу того, что, как указывалось выше,

Убэ + Обзв U632.

(2)

где 1)бэ1, 11бэ8, Обэ2 переменные составляющие базо-эмиттерных напряжений транзисторов 1, 8 и 2,соответственно.

где - переменный ток, протекающий в цепи транзисторов 1 и 8 и далее поступающий на вход токового отражателя на транзисторах 6 и 7.

Из (3) имеем:

.

I 2

Р+Т-) 1+т

ID / с

25

ИЛИ

1о

Г

1 +

IBX

-

(S)

30Выражение (5) может быть разложено в

степенной ряд при условии I Bx I /lo 1 т.е.:

lo И +

35

Г1+4-т - 1г(-Н +--Ч

L Ј о о lo )J

1

8

iix. lo

+ ...

(6)

Из выражения (6) видно, что если просуммировать ток коллектора транзистора 1

с током, равным - 1вх, то зависимость

результирующего тока от входного будет близка к квадратичной. С этой целью ток подается на отражатель тока на транзисторах 6 и 7, который инвертирует и удваивает ток I . Выходной ток отражается суммируется с коллекторным током транзистора 10, т.е. на выход квадратора 16 поступает ток, равный

оых вх - 21

(7)

- 1 о / 1 i1 вх , 1 IPX

(-2-IBX--8-- + ...) видно, из выражения (7), в предложенном устройстве для повышения точности квадратичного закона преобразования

входного тока нужно уменьшать отношение liexl/l.o. что соответствует работе транзисторов в малосигнальном режиме, где они имеют максимальный диапазон рабочих частот. Из выражения (7) также следует, что температурная нестабильность передаточной характеристики в предложенном устройстве много меньше, чем в прототипе, т.к. определяется весьма малой температурой зависимостью тока 10 (см. (1)). Например, пусть В. R 10 кОм; при этом базо- эмиттерные напряжения транзисторов 11 и 13 равны приблизительно 0,7 В и имеют температурный коэффициент примерно минус 2,2 мВ °/С. Тогда, в соответствии с (1), ток lo равен:

(5 -1.4) В 10-кОм

а его изменение при изменении температуры на 1° С равно:

Д1о -т6 г ° 44мкАт.е. температурный коэффициент тока 1о равен:

-41

„т 0.44мкА/°С „„о . „А КТ|°0,36 мА 1210

В прототипе же выходной ток пропорционален абсолютной температуре.

Таким образом, предлагаемый токовый квадратор выгодно отличается от прототипа тем, что при прочих равных условиях (элементная база, величина напряжения питания) имеет повышенную точность вследствие расширенного диапазона рабочих частот и повышенной температурной стабильности передаточной характеристик ки.,.

Формула изобретения Токовый квадратор, содержащий с первого по третий усилительные транзисторы одного типа проводимости, четвертый и пятый усилительные транзисторы противоположного типа проводимости, токоограничительный резистор, база первого усилительного транзистора соединена с коллектором второго усилительного транзистора и является входом токового

квадратора, база второго усилительного транзистора соединена с базой третьего усилительного транзистора, коллектор первого усилительного транзистора подключен к коллектору и базе четвертого

усилительного транзистора и к базе пятого усилительного транзистора, коллектор третьего усилительного транзистора соединен с коллектором пятого усилительного транзистора и является выходом

токового квадратора, эмиттеры четвертого и пятого усилительных транзисторов подключены к первой шине питания, эмиттеры второго и третьего усилительных транзисторов - к второй шине питания, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет расширения частотного диапазона и повышения температурной стабильности, в него введены с шестого по девятый усилительные транзисторы типа

проводимости, одинакового с типом проводимости первого усилительного транзистора, девятый и одиннадцатый усилительные транзисторы, тип проводимости которых одинаков с типам проводимости четвертого

усилительного -транзистора, причем эмиттер первого усилительного транзистора соединен с коллектором и базой шестого усилительного транзистора, к коллектору второго усилительного транзистора подключена база седьмого усилител ьного транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором восьмого усилительного транзистора, база которого подключена к базе и коллектору девятого усилительного транзистора, коллектор которого через токоог- раничительный резистор соединен с коллектором и базой десятого усилительного транзистора и с базой одиннадцатого усилительного транзистора, коллектор которого подключен к базе седьмого усилительного транзистора, коллектор которого соединен с эмиттерами десятого и одиннадцатого усилительных транзисторов и с первой шиной питания, эмиттеры шестого.

восьмого и девятого усилительных транзисторов подключены к второй шине питания.