Функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/26 

54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники. Известен функциональный преобразо ватель, содержащий полевой транзистор, переключающие диоды, входной и выходной операционные усилители, в котором используется нелинейность вы ходной характеристики полевого транзистора с р-г,-переходом l . Его недостатком является температурная нестабильность амплитуды и коэффициента гармоник выходного сину соидального сигнала, обусловленная зависимостью параметров переключающих диодов и полевого транзистора от температуры. Наиболее близким техническим реше нием является функциональный преобразователь, содержащий первый полевой транзистор с управляющим р-п-переходом, первый резистор обратной связи, включенный между истоком первого полевого транзистора,и шиной ну левого потенциала, второй резистор о ратной связи, подключенный к стоку первого полевого транзистора, источник тока, .соединенный выходом с затв ром первого полевого транзистора, а входе1Рли подключения питаклцего напряжения - с шиной нулевого потенцисша и шиной отрицательного питающего напряжения, первый биполярный транзистор, подключенный эмиттером к затвору первого полевого транзистора, а KOfiлектором - к шине положительного питающего напряжения, последовательно соединенные первый и второй входные резисторы, первый и второй переключательные диоды, соединенные анодами с общим выводом первого и второго и входных резисторов, катод второго переключательного диода и свободный вывод второго входного резистора соединен с шиной нулевого потенциала, свободные выводы первого входного резистора,второго резистора обратной связи и катод первого переключательного диода объединены и являются входом преобразователя, дифференциальный операционный усилитель,выход которого является выходом преобразователя,последовательно соединенные третий входной резистор и третий резистор обратной связи, общий вывод которых соединен с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с истоком первого полевого транзистора, свободный вывод третьего резистора обратной связи соединен с выходом дифференциального операцнонного усилителя, свободный вывод третьего входного резистора соединен с шиной нулевого г;отенцмала, база первого биполярного транзистора соединена с общим выводом первого к второго входных резисторов 2J.

Недостатком преобразователя является относительно высокая температурная нестабильность амплитуды и коэффициента гармоник выходного синусоидального сигнала, обусловленная зависимостью параметров полевого транзистора от теличературы.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет ycTpaHetjHH указанной нестабильности. Это достигается тем, что функциональный преобразователь,содержащий первый полевой транзистор с управляющим р-п-переходом первый резистор обратной связи, включенный между истоком первого полевого транзистора и шиной нулевого потенциала, второй резистор обратной связи,подключенный к стоку первого полевого транзистора„источник тозса , соединенный выходог с затвором первого полевого транзистора, г входами подключения питакяцего напряжения - с шиной нулевого потенциала и шиной отрицательного питающего напряясения, первый биполярный транзистор подключенный эмиттером к затвору первого полевого транзистора, а коллектором - к шине положительного питающего напряжения, последовательно соединейные первьй и второй входные резисторьз, первый и второй переключательные диодыJ соединенные анодаг ш с общим выводом первого и второго входных резисторов, катод второго переключательного диода и свободный вывод второго входного резистора соединены с тиной кулевого потенциала, свободные выводы первого входного резистора второго резистора обратной связи и катод .первого переключательно.:го диода объединены и являются входом преобразователя г дифференциальный ог ерациоккый усилитель, выход которого является выходом преобразователя, последовательно соединенные третий входной резистор и третий резистор обратной связи, общий вывод которых соединен с инвертирующим входоъя дифференциального операционного усилителя, неинвертирукйдий вход которогЪ соедикен с истоко первого полевого транзистора,, свободный вывод третьего резистора обратной связи соединен с выходом дифференциального операционного усилителя, дополнительно содержит второй полевой транзистор с Упрс-Бляющим р п-переходом, второй и третий биполярные транзисторы, четыре токозадающих резистора, нагрузочный резистор и управляемый резистор, выполненный на базе полевого транзистора, подключенного стоком к свободному выводу третьего входного резистора, истоком - к шине нулевого потенциала, а затвором - к коллектору второго биполярного транзистора и через первы токозадаквдий резистор - к шине отрицательного питающего напряжения, эмиттеры второго и третьего биполярных транзисторов через второй и третий токозадагацие резисторы соединены с шиной положительного питающего напряжения, базы второго и третьего биполярных транзисторов соединены со стоком и затвором второго полевого транзистора и через четвертый токозадающий резистор - с шиной нулевого потенциала, коллектор второго биполярного транзистора соединен с базой первого биполярного транзистора и через нагрузочный резистор - с общим выводом первого и второго входных резисторов, сток второго полевого транзистора соединен с шиной положительного питающего напряжения.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого функционального преобразователя.

Преобразователь содержит первый полевой транзистор 1 с управляющим р-п- переходом, первый и второй резисторы 2, 3 обратной связи, первый и второй переключающие диоды 4, 5, первый и второй входные резисторы 6, 7, первый биполярный транзистор 8, источник тока 9, дифференциальный операционный усилитель 10, третий резистор обратной связи 11, третий входной резистор 12, второй полевой транзистор 13, второй 14 и третий 15 биполярные транзисторы, первый, второй, третий и четвертый токозадающие резисторы 16-19,нагрузочный резистор 20 и управляемый резистор 21.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

На вход преобразователя подается напряжение треугольной формы. Переключающие диоды 4,5 и входные резисторы 6, 7 обеспечивают необходимые переключения цепи затвора полевого транзистора 1 при изменении полярности входного сигнала. Через резисторы обратной связи 2, 3 осуществляется отрицательная обратная связь, уменьшающая коэффициент гармоник выходного синусоидального сигнала. Четные гармоники в выходном сигнале можно свести к минимуму, не изменяя выходного уровня, выбором сопротивления реэ-истора обратной связи 2, либо смещением нулевого уровня входного сигнала. Благодаря включени 0 транзистора 8 напряжение на затворе первого полевог транзистора 1 оказывается не зависящим от температурного изменения падения напряжения на переключающих диодах 4, 5, При рациональном выборе элемектоБ схеглз преобразователя и соотношения их параметров минимальное знач ние коэффициента гармоник выходного сигнала получают регулировкой амплитуды входного сигнала и сопротивлени резистора 2. С помощью выходного мае штабного усилителя 10 осуществляется необходимая.нормировка уровня выходн го синусоидального сигнала. Соединение истока и затвора второ полевого транзистора 13 с базами вто рого и третьего биполярных транзисто ров 14, 15 обеспечивает режим с температурно регулируемыми коллекторными токами транзисторов 14, 15. Поэтому при изменении температуры изменяется падение напряжения -иа наг рузочном резисторе 20, а следователь но, и напряжение на затворе первого полевого транзистора 1. В результат синусоидальное напряжение на истоке первого полевого транзистора 1 имеет более стабильные коэффициент гармони и амплитуду при изменении температуры окружающей среды. Дополнительная окончательная стаб лизация уровня выходного синусоидаль ного сигнала обеспечивается за счет регулировки коллекторным токоМ транзистора 15, протекаквдим через первый токозадающий резистор 16, величины сопротивления управляемого резистора 21. Введение новых элементов в схему преобразователя с указанными связями дает возможность осуществлять температурную стабилизацию параметров выходного синусоидального сигнала при выборе первого и второго полевых тран зисторов 1, 13 обратного типа, причем вне зависимости от того, является ли температурный коэффициент тока стока отрицательным, что характерно для полевых транзисторов с низким напряжением отсечки (0,5 В для кремния), либо положительным, что характерно для транзисторов, имеющих напряжение отсечки более 1,5 В. Это позволяет повысить точность предлагаемого функционального преобра зователя по сравнению с прототипом за счет обеспечения более высокой тем пературной стабильности его характеристик. Формула изобретения Функциональный преобразователь, со держащий первый полевой транзистор с управляющим р-п-переходом, первый резистор обратной связи, включенный меж ду истоком первого полевого транзистора и шиной нулевого потенциала, второй резистор обратной связи, подключенный к стоку первого полевого транзистора, источник тока, соединенный выходом с затвором первого полевого транзистора, а входами подключения питающего напряжения-с шиной нулевого потенциала и шиной отрицательного питающего напряжения, первый биполярный транзистор, подключенный эмиттером к затвору первого полевого транзистора, а коллектором-к шине положительного питаиощего напряжения, последовательно соединенные первый и второй входные резисторы, первый и второй переключательные диоды соединенные анодами с общим выводом первого и второго входных резисторов, катод второго переключательного диода и свободный вывод второго входного резистора соединены с шиной нулевого потенциала, свободные выводы первого входного резистора, второго резистора обратной связи и катод первого переключающего диода объединены и являются входом преобразователя, дифференциальный операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя, последовательно соединенные третий входной резистор и третий резистор обратной связи, общий вывод которых соединен с инйертируклдим входом дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с.истоком первого полевого транзистора, свободный вывод третьего резистора обратной связи соединен с выходом дифференциального операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит второй полевой транзистор с управляющим р-п-переходом, второй и третий биполярные транзисторы, четыре токозадающих резистора, нагрузочный резистор и управляемый резистор, выполненный на базе полевого транзистора, подключенного стоком к свободному выводу третьего входного резистора, истоком - к шине нулевого потенциала, а затвором - к коллектору второго биполярного транзистора и через первый токозадающий резистор - к шине отрицательного питающего напряжения, эмиттеры второго и третьего биполярных транзисторов через второй и третий токозадающие резисторы соединены с шиной положительного питающего напряжения, базы второго и третьего биполярных транзисторов соединейы со стоком и затвором второго полевого транзистора и через четвертый токозс1дающий резистор - с шиной нулевого потенциала, коллектор второго биполярного транзистора соединен с базой первого биполярного транзистора и через нагрузочный резистор - с общим выводом первого и второго вход- ных резисторов, сток второго полевого транзистора соединен с шиной положительного питающего напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Peterson, W.E.Fletct eftect traitsi-stof ton.veptfc tclangEesto Sl«e Eectron.ics,NJl,(9iO, p. 69-TO, 2. Авторское свидетельство CCQP 556457, кл. G Об G 7/22, 1977 (прототип).