Квадратор Советский патент 1980 года по МПК G06G7/20 

1

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано в измрителях эффективного напряжения.

По авт. св. 634302 известен квадратор, содержащий суммирующий операционный усилитель, выход которого является выходом квадратора,, п диодных ограничителей, первый вход каждо-Ю го из которых соединен с шиной входного напряжения квадратора, второй вход - с шиной напряжения смещения, а.выход каждого i-ro диодного ограничителя (,2,...,п-1) соединен с со-15 ответствующим входом каждого последующего диодного ограничителя и с соответствующим входом суммирующего операционного усилителя, масштабирующий элемент, вход которого подключен 20 к шине входного напряжения, квадратора, а выход - к соответствующему входу суммирующего операционного усилителя .- .

При .с13овании переменного на-25 пряжения таким квадратором на частотах выше 1 кГц возникает частотная погрешность, обусловленная тем, что на каждый, кроме первого, диодный ограничитель кроме входного напряжения ЗО

поступают напряжения с других диодных ограничителей, задержанные ими на разное время. Причем эта погрешность тем больше, чем больше количество диодных ограничителей. При малом их количестве увеличивается погрешность аппроксимации.

Целью изобретения является повышение точности квадратора.

Это достигается тем, что в квгщратор введены второй суммирующий операционный усилитель и нелинейный эле- мент, причем один вход второго суммирующего операционного усилителя подключен к входу квадратора, а остальные входы подключены к выходам соответствующих диодных ограничителей, выход второго суммирующего опергщионного усилителя соединен с входом нелинейного элемента, выход которого подключен к соответствующему входу первого суммирующего операционного усилителя.

На фиг. 1 представлена схема квадратора; на фиг. 2 изображены диаграммы, поясняющие его работу.

Квадратор содержит суммирующий операционный усилитель 1, п диодных ограничителей 2.1,2.2,..,2.п, первый вход каждого из которых соединен с шиной входного напряжения квадратора второй вход - с шиной напряжения сме щения, а выход каждого i-го диодного ограничителя соединен с соответствую щим входом каждого последующего диод ного ограничителя и с соответствующим входом суммирующих операционных усилителей 1 и 3, при этом один вход суммирующего операционного усилителя 3 соединен с шиной входного напряжения, а его выход - с входом нелинейного элемента 4 (с приблизительно квадратичной характеристикой), выход которого соединен с соответствующим входом суммирующего операционного усилителя 1. Рассмотрим работу квадратора, ког да , ивиычакс. 1 В, UcN4 - - 1 В. При этом коэффициенты передачи диодных ограничителей 2.1,2.2 и суммирую щего операционного усилителя 3 равны V - 1 KCN. 1 2. - Т К. -iKJ 2; К -7 4 К - iКо 1 4 При нулевом входном напряжении и квадратора выходное напряжение . равно нулю. При изменении напря жения Uj, от нуля до -J- В диодные огра ничители закрыты напряжением U., поэтому напряжения U и U равны нул напряжение U на выходе суммирующего оперещионного усилителя 3 изменяется линейно (см. фиг. 2), а напряжение и на выходе нелинейного элемента 4 (с приблизительно квадратичной харак теристикой) изменяется приблизительно по квадратичному закону до величй -16 еВыходное напряжение суммирующего операционного усилителя 1 повторяет напряжение U. J- В открывается диодный При и ограничитель 2.2 и при изменении U от -р до , В напряжение U на его 4 выходе изменяется линейно до --j-B, оно. вычитается из напряжения UB на суммирующем операционном усилителе 3 и приводит к линейному изменению на5t 1 пряжения Ug от - -j В до 0. Соответственно напряжение U на выходе линейного элемента 4 изменяется прибли зительно по квадратичному закону от - -г-т В до О. Выходное напряжение UQ диодного ограничителя 2.2, складываясь в суммирующем операционном уси лителе 1 с выходным напряжением U нелинейного элемента, дает изменение напряжения UQ,,, ° Тб ° Т ° приб лизительно квадратичному закону. При открывается диодный ограничитель 2.1, При Ug у В закрывается диодный ограничитель 2.2. В результате (см. фиг. 2) получается кусочноквадратичная аппроксимация квадратичной зависимости , от U. В качестве нелинейного элемента можно использовать, например, нелинейные полупроводниковые сопротивления (варисторы). Максимальная приведенная погрешность аппроксимации предлагаемого квадратора уменьшается по сравнению с погрешностью прототипа при одинаковом количестве диодных ограничителей в - раз, где cf - приведенная погрешность неквадратичности функции преобразования нелинейного элемента 4. Например, при 6. 5% уменьшение погрешности составляет . . -.,. 5 раз. При одинаковой погрешности аппроксимации требуется, следовательно, меньшее количество диодных ограничителей, благодаря чему уменьшается частотная погрешность. Максимальная приведенная погрешность предлагаемого квадратора ОТ, о jw то есть погрешность неквадратичности сУ нелинейного элемента уменьшается в 2 раз. Был испытан макет квадратора по предложенной схеме с двумя диодными ограничителями. В качестве нелинейного элемента использовался квадратор с кусочно-линейной аппроксимацией с погрешностью {f 5%. Результирующая приведенная погрешность составляла около 0,3%, Квадратор по бхеме прототипа с двумя диодными ограничителями имел бы погрешность е- . - и- - 1.5%. Формула изобретения Квадратор по авт, ев, 634302, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, в него введены второй суммирующий операционный усилитель и нелинейный элемент, причем один вход второго суммирующего операционного усилителя подключен к входу квадратора, а остгшьные входы подключены к выходам соответствующих диодных ограничителей, выход второго суммирующего операционного усилителя подключен к входу нелинейного элемента, выход которого подключен к соответствующему входу первого суммирующего операционного усилителя.