Нелинейный элемент Советский патент 1977 года по МПК G06G7/26 

точности путем уменьшения влияния обратных характеристик ограничительных диодов. Это достигается тем, что нелинейный элемент дополнительно содержит два согласно включенных компенсирующих диода, средний вывод которых соединен с щинои нулевого потенциала, катод первого компенсирующего диода соединен с катодом ограничительного диода первой цепочки обратной связи, а анод второго компенсирующего диода соединен с ю анодом ограничительного диода второй цепочки обратной связи. Направления включения всех диодов выбраны такими, что обратное нанряжение на каждом из смещенных в обратном направле- 15 НИИ разделительных диодов никогда не превыщает падения напряжения на открытом компенсирующем диоде, в результате чего обратный ток разделительного диода, протекающий по сопротивлению обратной связи, 20 уменьщается до величины, не вносящей существенной иогрещности в воспроизведение функции. На чертеже нредставлена схема предлагаемого нелинейного элемента. Нелинейный элемент содержит операционный усилитель 1, к входу 2 которого подключены входной масщтабный резистор 3 и масщтабные резисторы 4, 5 обратной связи. Меж- г.1и ду выходом 6 усилителя 1 и масщтабными ре- зо зисторами 4, 5 включены ограничительнью диоды 7, 8 и разделительные диоды 9, 10. Точки И, 12 соединения этих диодов через компенсирующие диоды 13, 14 подключены к общей шине нулевого потенциала. Входной 35 масщтабный резистор 3 своим вторым выводом соединен с входом 15 нелинейного элемента, а выходы элемента образуют точки 16, 17 соединения диодов 9, 10 с резисторами 4, Предлагаемое устройство работает следующим образом. При положительном выходном напряжении вых усилителя 1 диоды 8 и 10 смещены в- 45 обратном направлении, а диод 14 обратным током диода 8 - в прямом направлении. Напряжение в точке 12 по отнощению к общей щине нулевого потенциала не может превышать напряжения на диоде 14. Как известно, 50 вход 2 операционного усилителя 1, охваченного глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению, по существу, «потенциально заземлен (его потенциал равен потенциалу общей шины), поэтому прило- 55 женное к разделительному диоду 10 обратное напряжение также не превышает напряжения на диоде 14, смещенном в прямом направлении. А поскольку падение напряжения на открытом диоде невелико (в рассматриваемом go случае 0,1-0,2 В), то и обратный ток диода 10, проходящий через резистор 5 и вносящий погрешность в напряжение f/. , значительно меньще, чем тот же ток при напряжении, соизмеримом с максимально допустимым обрат- 65 25 40 ным напряжением диода, о чем свидетельствуют вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов. Из изложенного видно, что введение двух компенсирующих диодов, включенных по схеме, изображенной на чергеже, существенно улучщает точность нелинейного элемента. Были проведены исследования нелинейного элемента на электронной аналоговой модели с использованием операционного усилителя, имеющего щкалу напряжения ±100 В. В качестве диодов 7-10 были применены диоды Д226Б, а сопротивления резисторов 4, 5 были установлены равными 1 МОм. В отсутствие диодов 13, 14 при напряжениибвых 4-100 В выходное напряжение U было равно в (вместо нуля), что соответствовало обратному току диода, равному 30 мкА, и погрещности преобразования +30%. После включения компенсирующего диода 14 того е типа напряжение U-, а следовательно, и погрешность преобразования нелинейного элемента, уменьщились более чем в 100 раз. Здесь же можно привести пример расчета возможной экономии от применения нредложенной схемы. Для этого рассматриваются два варианта схемы нелинейного элемента: нелинейный элемент, построенный по предлагаемой схеме с применением диодов ГД 107Б с обратным током не более 100 мкА, и нели..,.. элемент, построенный по схеме про тотипа на диодах КД 102А (обратный ток при +50° С -не более 1 мкА). Экономия может быть подсчитана по формулер ,-Л 6Л-2/1+я/Л, где Л -число выпускаемых нелинейных элементов; п - число разделительных диодов в каждой цепи обратной связи нелинейного элемента, построенного по схеме прототипа; PI - цена диода ГД 107Б; Рг -цена диода КД 102А; (Pi,0,03 руб., ,22 руб. -по прейскуранту № 36-08 «Оптовые цены на полупроводниковые приборы, введенному в действие с 01.01.1976 г.). На партию щт. нелинейных элементов, что значтительно -на 1-2 порядка - меньще ежегодной потребности, экономия составляет: при руб., при п 2 РЭ 1140 руб., при п 3 РЭ 1580 руб. и т. д. Однако значительно больщий эффект может быть получен при построении нелинейных элементов в микроэлектронном исполнении, особенно в виде монолитных интегральных схем. поскольку изготовление прецизионных диодов с малыми обратными токами требует тонкой и дорогостоящей технологии, Таким образом, предложенное решение поволяет на 2-3 порядка повысить точность оспроизведения функции нелинейным элементом, практически полностью исключив влияние неидеальности характеристик ограничительных диодов, при одновременном снижении стоимости устройства.

Формула изобретения

Нелинейный элемент, содержащий операционный усилитель, вход которого через входной масштабный резистор соединен с входом элемента, а выход операционного усилителя соединен с входом операционного усилителя через две цепочки обратной связи, состоящие из последовательно соединенных, согласно включенных ограничительного и разделительного диодов, масштабного резистора обратной связи, причем анод ограничительного диода первой цепочки обратной связи соединен с катодом ограничительного диода второй цепочки обратной связи, отличающийся

тем, что, с целью повыщения точности, он содержит два согласно включенных компенсирующих диода, средний вывод которых соединен с шиной нулевого потенциала, катод первого компенсирующего диода соединен с катодом ограничительного диода первой цепочки обратной связи, а анод второго компенсирующего диода соединен с анодом ограничительного диода второй цепочки обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.«Проектирование и применение операционных усилителей, под ред. Дж. Грэма и др., изд. «Мир, 1974, с. 268-270.

2.Г. Корн и Т. Корн, «Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, т. 2, изд. «Мир, М., 1968, с. 6-13.

3.Патент США № 3480794, кл. 307-229, 1969 г.

is

П

х-1 -Ь

s