Функциональный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой вычислительной технике..

Известен функциональный преобразователь, содержащий операционные усилители, резисторы и диоды, формирующий абсолютное значение входной величины til .

Его недостатками являются ограниченные функциональные возможности и низкое быстродействие, обусловлеиное применением операционных усилителей .

Наиболее близким техническим рашением к изобретению является функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, транзистор смещения, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала, а база и коллектор объединены, п токозадающих транзисторов, эмиттеры которых соединены с шиной нулевого потенциала, а базы - с коллектором транзистора смещения, первую группу из п дифференциальных усилителей, каждый из которых выполнен на первом и втором транзисторах и источнике тока, выход которого роединен с эмиттерами первого и второго транзисторов, коллектор первого

транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого, соединен с коллектором второго транзистора, предыдущего по номеру дифференциального усилителя, коллектор второго транзистора каждого дифференциального усилителя, .кроме первого, соединен с коллектором первого транзистора, предьщущего по номеру .дифферен0циального усилителя, вторую группу дифференциальных усилителей аналогичную первой, базы первых транзисторов дифференциальных усилителей обеих групп объединены и являются

5 преобразователя, базы вторых транзисторов дифференциальных усилителей обеих групп подключены к выходам ниточника опорного напряжения, первый и второй селекторы токов, первый и

3 второй входы которых подключены к коллекторам первого и второго транзисторов первых дифференциальных усилителей соответствующих групп, третий селектор тока, первый и второй входы

5 которого подключены к выходам первого и второго селекторов тока, а вьаход является выходом преобразователя 2j. недостатком такого преобразоватег: ля, позволяющего формировать линейно0 ломанную функцию с несколькими изло.мами, является низкое быстродействи обусловленное тем, что входной сигн проходит три последовательно соединенных каскада, а именно дифференци альшдгй усилитель и два селектора тока. Цель изобретения - повышение быс родействия преобразователя. Цель достигается тем,что функцио нальный преобразователь, содержащий источник опорногпэ напряжения, транзистор смещения, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциал а база и коллектор объединены, п то коз аня4их транзисторов, эмиттеры которых соединены с шиной нулевого потенциала, а базы - с коллектором транзистора смещения, п дифференциальных усклитвлей, каждый из которы выполнен на-первом и втором транзис торах и источнике тока, выход которого соединен с эмиттерами первого второго транзисторов, коллектор пер вого транзистора каждого дифференци ального усилителя, кроме первого, соединен с коллектором второго транзистора предащущего дифференциального 14еилителя, коллектор второго тра зистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого, соединен с коллектором первого транзистора предыдущего дифференциального усилителя дополнительно содержит п источников опорного тока, а в каждом дифференциальном усилителе - первый и второй ког лутирующив диоды и первый и второ масштабнвдш резисторы, первые выводы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, свободный вывод первого масштабного резистора соединен с базой первого транзистора дифференциального усилителя и с анодом первого кс «лутирую1дего диода, своволйый выаод второго масштабного резистора соединен с базой второго траизистора дифференциального усилителя и с катодом второго коммутирующего диода, катод первого и анод вто рого коммутиру{оших диодов каждого дифференциального усилителя соединен с коллектором соотввтствуювдего токоэадакадего транзистора и с выходом соответствующего источника опорного токагбааа транзистора смэдения являет ся токовым входом преобразователя,а коллекторы первого и второго транзис тоЕюв первого дифференциального усилителя - первым и вторам токовыми выходами. На фиг. 1 приведена схема функцио нального преобразователя; на фиг. 2 диаграм№1, поясняющие его работу. Функциональный преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, транзистор 2 смещения, токоэадаквдие транзисторы 3-,, Зд,... 3,, источники 4, 4xj...4у опорного тока. 5,, 5, дифференциальные усилители э , j. 5ух, каждый из которых состоит из источника6 тока,первого 7 и второго 8. транзисторов первого 9 и второго 10 масштабных резисторов , первого 11 и второго 12 коммутирующих диодов. Преобразователь работает следующим образом. Входной ток, поступающий на транзистор 2 смещения, повторяется в цепях коллекторов транзисторов 3,... 3f,. Если входной ток меньше тока источ1ника 4 тока,то диод 11 закрыт,а диод 12 - открыт, и через него течет ток, равный разности указанных токов. При этом падение напряжения на резисторе 10больше, чем на ;резисторе 9, следовательно, ток коллектора транзистора 7 (на фиг. 2 ток 3 ) больше половины тока Зд источника 6 тока. При увеличении входного тока, ток коллектора транзистора 7 уменьшается. Когда входной ток равен току источника 4, ток диодов 11 и 12 отсутствует, и напряжение между базами транзисторов 7 и 8 становится- равным нулю, причем ток коллектора транзистора 7 равен ; половине тока генератора б тока. Если же входной ток больше тока источника 4 тока, то диод 1 закрыт, а диод 11открыт, и через него течет ток, равный разности токов коллектора транзистора 3 и источника 4 тока, Ток диода 11, протекающий резистор 9, создает на нем падение напряжения, которое меньше, чем на резисторе 10. При этом ток коллектора транзистора 7 больше половины тока источника б тока. Формирование зависимости выходного тока от входного в остальных дифференциальных усилителях 5, ,. , 5 происходит аналогично, с той лишь разницей, что во втором дифференциальном усилителе 5 используют инверсный выход. На фиг. 2 графически представлены эти зависимости. Токи 3 3-j соответственно являются токами iSTOporo и третьего дифференциальных усилите лей 5,, 5,,, а Ig , tlop и ori Ouoзначены токи источников 4, 4 и 4 опорного тока. Сулфлирование токов 3 , 3 и TJj приводит к линейно-ломаной функции преобразования 3g,(3gy ), представленной на фиг. 2. На фиг. 2 представлена также зависимость выходного тока инверсного выхода устройства от входного тока «f( ) Число дифференциальных каскгщов в устрой стве может быть увеличено до п, при этом должно соблюдаться соотношеиие п 3 + 2k, где k«0, 1, 2... . За счет того, чТо сигнал в предлагаемом преобразователе проходит всего два последовательно соединенных каскада (токозадающий транзистор дифференциальный усилитель) вместо трех в известном, то его быстродействие выше. Определенные преимуафества обусловлены и тем, что входная и выходная величины предлагаемого преобразователя - ток. Поскольку основные паразитные параметра схем представляют собой емкости, спектр входного сигнала может быть существенно расширен, если все операции производятся над токовыми сигналами. При этом можно устранить приложение больших напряжений к паразитным емкостям. Использование предлагаемого преобразователя для построения аналого-цифровых преобразователей позволяет при менить усилители тока,которые имеют большие быстродействия,чем усилители напряжения, так как транзисторы в усилителях тока могут применяться вплоть до предельных частот усиления. Частотный диапазон для усилителей напряжения оказывается ниже изза больших фазовых сдвигов, обусловленных передачей напряжения через транзисторы на высоких частотах. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряже ния, транзистор, смещения, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала, а база и коллектор объединены, п токозадагацих транзисторов эмиттеры которых соединеныс шиной нулевого потенциала, а базы - с коллектором транзистора смещения, п дифференциальных усилителей, каждый иэ которых выполнен на первом и втором транзисторах и источнике тока, выход которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов, коллектор первого транзистора каждог дифференциального усилителя, кроме первого, соединен с коллектором второго транзистора предыдущего дифференциального усилителя, коллек.тор второго транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого, соединен с коллектором первого транзистора предыдущего дифференциального усилителя, отличающи -йс я тем, что, с целые повышения быстродействия, он содержит о источников опорного тока, а в каждом дифференциальном усилителе - первый и второй коммутирующие диоды и первый и второй масштабные резисторы, первые выводы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, свободный вывод первого масштабного резистора соединен с базой первого транзистора дифференциального усилителя и с анодом первого коммутйруюutero диода, свободный вывод второго масштабного резистора соединен с базой вторюго транзистора дифференциального усилителя и с катодом второго коммутирующего диода, катод первого и анод второго коммутирующих диодов каждого дифференциального усилителя соединены с коллектором соответствующего токозадающего транзистора W с выходом соответствующего не-о точника опорного тока, база .тора смещения является токовш | входом преобразователя, а коллекторы первого и второго транзисторов первого дифференциального усилителя - первьм и вторым Токовыми выходами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Корн Г. и Корн Т. 3j№icTpOHHiae ана логовые и аналоА -цифровые вычислительные машины, т. 2, М., Мир, 1968, с.11. 2.Arbel А., Kurz . FAST ABC, DEEE Trans. Nucl. Sci, 1975, voE. NS-22, 1, p. 450 (прототип).