Квадратор Советский патент 1980 года по МПК G06G7/20 

Изобретение относится к измерительной и анапотч)-вычислительной технике и может быть использовано для возведания в квадрат электрических сигналов, а также для квадратичного детектирования. Известен квадратор, содержащий подключенные ко входу операционного усилителя диодно-резистивные цепи, каждая из которых состоит из последов ательно включенных звезды резисторов и двух диодов, параллельно одному из которых включен входной резистор. Кроме того, он содержит дополнительные диоды и гру пы, соединенных в звезду, резисторов по числу диодно-резистивных цепей р. . Недостаток такого квадратора - слож ность схемы, большое количество исполь зуемых элементов и узкий динамический диапазон. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является квадратор, содержащий цепочку из последовательно соединенных компенсирующих диодов и фазоинверсный каскад, вход которого является входом квадратора, а его выходы через разделительные конденсаторы соединены с базами соответству ощих транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, резистивные делители напряжения, средние выводы KOTOJSJX соединены с базами соответствующих транзисторов, свободные выводы первых ре зисторов резнстивных делителей напряжения соединетш между собой, а свободные выводы вторых резисторов резистивных делителей напряжения подключены к шине питающего напряжения 2 . Недостаток известного квадратора узкий динамический диапазон рабочего напряжения. Цель изобретения - расщирение динамического диапазона квадратора. С целью расширения динамического диапазона, квадратор содержит дополнительные транзисторы и токозадающие резисторы, первый из которых включен между шиной питающего напряжения и общим

выводом первых резисторов рхэзистивных делителей напряжения, соединет1ым с одним выводом цепочки из последовательно соединенных компенсирующих диодов, дру гой вывод KOixipoft соединен с 1Ш1Ной нуjiGBoro потен1шала, коллекторы транзисторов подкпюченьт к шине гштающего напряжения, э у иттеры транзисторов соединены между собой и через второй токозадающий резистор соединены с коллектором, а через третий токозадаюший резистор - с базой первого дополнительного транзистора, эмиттер которого подключен к 1й1не нулевого потенциала, а коллектор ссединен с выходом квадратора, база первого дополнительного транзистора соединена с коллектором и базой второго дополнительного транзистора, эмиттер которого через четвертый токозадающий резистор соединен с шиной нулевого потенциала.

Иа чертеже приведена схема квадратора.

Кьадратор содержит два транзистора ,1 и 2, коллекторы которых соединены собой и подключена к ишне 3 гштающего напряжения непосредственно, фазоинверснЕзЬЙ каскад 4, вход которого является входом квадратора, а выход, через разделительные конденсаторы 5 и 6 подкгаочеиы к базам транзисторов 1 и 2 и средним выводам резистивных делителей напряжеютя, выполненных на резисторах 7, 8 и 9, 10. Эмиттеры транзисторов соединены между собой и через соответствующие токозадаюшие резисторы 11 и 12 подключены к коллектору и базе первого дополнительного транзистора 13, база которого соединена с базой и коллектором второгхз дополтштельного транзистора 14, эмиттер которого через токозадающий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала, вторые выводы делителей напряжешш соединены с анодом первого из двух компенсирующих диодов 16,. и 16 „и выводом токозадающего резистора 17.

Квадратор работает слещ-ющим образом.

На базы транзисторов 1 и 2 поступает противофазное напряжение с выходов фазоинверсного каскада 4 через разделителывые конденсаторы 5 и 6. На общем выводе эмиттеров транзисторов 1 и 2 существует пульсирутацее напряжение удвоенной частоты, сложенное с постоянгвы напряжением, задаваемым делителями напряжения на резисторах 7,8 и 9ДО.

Суммарное напряжение пгютупает резисторы 11 и 12 на коллектор и базу транзистора 13. На коллекторе транзистора 13 существует перемен 1ое напряжение двойной частоты, амплитуда которого пропорциональна квадрату амплитуды вход1ГОГО напряжения, поступающему на вход квадратора. При этом реализуется операция

A -AVos2

AsihX - Asiti xДоказать это можно следующим. Известно, что ток коллектора транзистора в рабочей точке определяется

UJM

где п, величина заряда электрона} К - постоянная Больцмана; Т .- температура транзистора; U ,- - напряжение

Озо ,

смещения база-эмиттер; 3 -теоретический обратньш ток коллектора; vn -констата, близкая к единице.

Приращение коллекторного тока при увеличении напряжения база-эмиттер рав(),

;

где к - тангенс угла наклона прямой именения напряжения база-эмиттер.

Используя разложение функции е в ряд Тейлора, получим

(кЧ. )

Приращетше напряжения на коллекторе транзистора при одновременном линейном изменетши напряжения питания и тока базы равно

КЗД

xV

.и --кх-лз -р --кх-кз и,кгде К - тангенс угла наклона прямо;й линейного изменения напряжения питания;

R, сопротивлеьше коллекторной нагрузки.

При равенстве членов Кх и К , приращение напряжения на коллекторе пропорционально квадрату изменения папряжеш1я питания.

В предлагаемом квадраторе с помощью резистора 12 обеспечивается выполнение равенства первых двух членов в выражении для л и . Это равенство выполняется за счет постоянного напряжения UQ при отсутствии переменного напряжения.

Таким образом, введение одного транзистора вместо двух цепочек последовательно соединенгатх диодов в известном устройстве позволяет упростить устройств и расширить динамический диапазон его работы без увеличения числа квадратирующих элементов.

573

Псюледовательно включенные диоды находятся в активном режиме за счет тока делителей напряжения и тока, обеспечиваемого резистором 17. Величина падения напряжения на диоде и его изменение при изменении температурьт зависит от велишны тока через диод. Тем самым обеспечивается необходимое изменегше напряжения на базах транзисторов 1 и 2 при изменении температуры. Дополнительный транзистор 14 обеспечивает температурную стабилизацию режима транзистора 13.

Введение второго транзистора и указанное включение последовательно соединенных диодов позволяет Стабилизировать работу устройства при изменетши температуры .

В квадраторе можно получить диапазон измене шя выходного переменного напряжения более 60 дБ при напряжегоо питания всего лишь 12,6 В. Настройка квадратора осуществляется регулировкой тока базы квадрирующего транзистора 13 с помощью резисторов 12 и 15.

Для квадратичного детектирования достаточно включить конденсатор параллельно выходу квадратора. При этом уменьшение постоянной составляющей на выходе пропоршюнально квадрату увеличения напряжения сигнала на входе. При квадратичном детектировании расширяет™ ся динамический диапазон работы устройства, так как средний квадрат напряжения всегда меньше амплитудного значения.

При вкшочегши на выходе устройства усилителя-инвертора постоянного тока приращение постоянной составляющей напряжения на выходе усилителя пропорционально квадрату увеличения напря- жения на входе устройства.

Предложенный квадратор позволяет строить измерительные устройства для измерения напряжений произвольной формы с большим коэффициентом пика. Большая протяженность квадратичной характеристики особеюю важна при разработке и построении цифровых измерительных устройств, работающих в автоматическом режиме измерения,

При использовании квадратора в передатчиках, работающих на четных гармониках напряжения задающего генератора при переходе с поддиапазона на поддиапазон, возможно обеспечить выигрыш в выходной мощности передатчика, особенно на верхних поддиапазонах, где про126&

центное содержание требуемых гармого ческнх составляющих очень мало.

формула изобретения

Kвaдpaтop содержащий цепочку из последовательно соединенных компенсирующих диодов, а также фазоийверсный каскад, вход которого является входом квадратора, а его выходы через разделительные конденсаторы соединены с базами соответствующих транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, резистивные делители напрях ения , средние выводы которых соединень с базами соответствующих транзисторов, свободные выводы первых резисторов резистивных деш телей напряжения соединены между собой, а свободные выводы вторых резисторов резистивных делителей напряжения подключеги, к шине питающего напряжения, отличаюшийс я тем, что, с цеДью расширения динамического диапазона, он содержит дополнительные транзисторы и токозадаю- ш.ке резисторы, первый из которых включен между щи ной питающего напряже- юш и общим выводом первых резисторов резистивных делителей напряжения, соединенным с одним выводом цепочки из последовательно соединенных компен- ир тощих диодов, другой вывод которой соедннен с шиной нулевого потенциала коллекторы транзисторов подключены к шине питающего напряжения, эмиттеры транзисторов соединены между собой и через второй токозадающий резистор соединены с коллектором, а через третий токозадающий резистор - с базой первого дополнительного транзистора, эмиттер которого под слючен к шине нулевого потенциала, а коллектор.соединен; с выходом квадратора, база первого дополнительного транзистора соединена с коллектором и базой второго дополнительного транзистора, эмиттер которого через четвертый токозацающий резистор соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, приняятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР К 542998, кл. Q Об G 7/20, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 444205, кл. С 06 С 7/2О, 1974 (прототип).