Аналоговый экспоненциальный пре-ОбРАзОВАТЕль Советский патент 1981 года по МПК G06G7/24 

Изобретение предназначено для использования в вычислительных устройствах, в частности в устройствах умножения, деления а также в различных схемах информационно-измерительной аппаратуры. Известен аналоговый экспоненциаль ный преобразователь, к::пользующий включение биполярного транзистора по трехполюсной схеме ня входе операционного усилителя l . Недостаток данного преобразовател состоит в том, что с увеличением входного тока вплоть до допустимых значений коллекторного тока увеличивается погрешность воспроизведения, заданной функциональной характеристи ки и это явление связано, главным об разом, с влиянием объемного сопротив ления базы транзистора Tg . Работа экспоненциатора при больших значениях коллекторного тока желательна не только с точки зрения расширения динамического диапазона входных сигналов, но и для повышения быстродействия данного преобразователя. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий первый операционный усилитель, ко входу которого подключен- коллектор антилогариЛмирукячего транзистора, выход операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, инвер ТИРУЮ1ДИЙ и суммируюпий усилители, второй вход суммирующего усилителя подключен ко входу преобразователя, выход суммирующего усилителя соединен с эмиттером антилогарифмирующего транзистора, база которого присоединена ко входу инвертирующего усилител 7. Недостатком данно о аналогового экспоненциального преобразователя является то, что суммирующий и инвертирующий усилители вместе с антилогарифмирующим транзистором образуют цепь положительной обратной связи, которая характеризуется нестабильностью параметров во времени и при определенных условиях может быть причиной возникновения генерации электрических сигналов в этом устройстве, т. е. причиной выхода преобразователя из режима работы.. Кроме того, в данном преобразователе не устраняется погрешность воспроизведения Функциональной характеристики, вызванная нарушением условия равенства нулю напряжения коллекторного перехода. Действительно, в соответствии с уравнениями Эберса-Молла выражение для коллекторного тока | биполярного транзисСгора с заземленной базой имеет вид Усе V- K ts - ce e- b 4 -). напряжение между базой-эмиттером и базой колле к тором; .g - токи насыщения эмитте ра и коллектора Л.,Н - коэффициенты передачи тока в нормальном режиме ; коэффициент, учитывающий несобранные со ставляющие тока в цеп базы; температурный потенци ал, равный-. Если выполнить условие ,g О, то уравнение {) преобразовывается в м V-VES - VES- S«( где J и Ч-г - постоянные коз хЪициенты, зависящие от темпе ратуры и требующие мер термокомпенсации. Потенциалы коллектора и базы анти логарифмирующего усилителя практичес ки равны нулю за счет глубокой отрицательной обратной связи операционно го и инвертирующего усилителей, т. е напряжение У О, что дает возможность реализовать уравнение (2). Экс поненциальная зависимость коллекторного тока 3(, от напряжения Vg,g для данного режима справедлива до значе ния Зс-100 МА в случае применения маломощных транзисторов и с ростом тока Зс нарушается в силу того, что начинает сказываться падение напряжения V Зь г1 . Это напряжение является напряжением погрешности, так как в соответствии с Т-образными схемами замещения транзистора напряжение база-эмит тер Vjg антилогариЛмирующего транзистора можно представить в виде сум мы напряжений база- эмиттер идеального транзистора Vi,. и напряжения V I IDC Ч-ъ VBE ПЕ + Jfe-i Tln(|)+Jt,r;. Так как потенциал базы антилогарифмирующего.транзистора практически равен нулю, то напряжение t приводит к смещению коллекторного перехода на величину V 3f, г| , а вследствие этого и к отклонению пере даточной характеристики транзистора от чисто экспоненциальной зависимое-, ти и это отклонение связано как с аддитивным влиянием составляющей напряжения 3 г | в уравнении (3), тагк как и с влиянием членов уравнения (1), содержащих выражение V. Зу, г i О , и это последнее влияние в известном преобразователе не устраняется. Таким образом, эти две причины - положительная обратная связь отклонение от нуля напряжения коллекторного перехода с ростом коллекторного тока в конечном итоге приводят к увеличению погрешности функциональной характеристики преобразователя. Цель изобретения - уменьшение погрешности Функциональной характеристики аналогового экспоненциального преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что аналоговый экспоненциальный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель с параллельно включенным масштабным резистором, первый антилогариФмирующий транзистор и второй операционный усилитель с параллельно включенным масштабным резистором, причем ко входу первого операционного усилителя подсоединен коллектор первого антилогарифмирующего транзистора, а выход основного операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, дополнительно содержит вспомогательный антилогарифмирующий транзистор, у которого параметры идентичны параметрам первого антилогарифмирующего транзистора, причем эмиттеры двух антилогари 1)мируК1ЩИХ транзисторов соединены друг с другом и со входом преобразователя, коллектор второго антилогарисЬмирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, а его база соединена со входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с базой первого антилргарифмируюи..его транзистора. На Лиг. 1 представлена блок-схема аналогового экспоненциального преобразователя- на Фиг. 2 - Функциональные характеристики преобразователя. Устройство содержит первый антилогарифмирующий транзистор 1, первый операционный усилитель 2 с масштабным резистором 3, второй антилогариФмирующий транзистор 4, второй операционный усилитель 5 с масштабным резистором б. Входом и выходом преобразователя являются выводы 7 и 8-соответственно. Устройство работает следующим образом. С увеличением входного сигнала, который поступает на эмиттеры антилогариФмирующих транзисторов .1 и 4, увеличиваются коллекторные токи этих антилогарифмирующих транзисторов и Jc4/ а вместе .с ними растут напрйжения погрешности V-, 1 rj и V U- ЬА. протекает через масштабный резистор 6 и при равенстве сопротивлений r{j и масштабного резистора 6 на выходе второго операционного усилителя 5 действует полох;ительное по знаку напряжение Vj V. 1134 i)4 которое Находится в противолазе по отношению к напряже(фиг. 2), в силу

нию V 3,

fri

чего напряжение коллекторного перехода первого антилогарифмируюмего транзистора 1 будет определяться выражеем

Зъ-, .. (4)

%-,-V.

с известным приближением считать, что транзисторы, технологически выполненные в одном монокристалле, имеют идентичные параметры (различие параметровподобных серийных транзисторов не превышают 1.0%) и в этомслучае напряжения V и V. равными соответственно, напряжение коллекторного перехода VCB- что, таким образом, приводит к повышению точности передаточной характеристики устройства.

Преимущество предлагаемого аналогового экспоненциального преобразователя по сравнению с известным состоит в том, что введение в известное устройство второго антилогарифмирующего транзистора, находящегося в одном кристалле с первым антилогарилмирую1ЦИМ транзистором, компенсирует напряжение погрешности 3ot-|j первого антилогарифмирующего транзистора и тем самым уменьшает погрешность функциональной характеристики преобразователя. При этом устраняются два недо статна, присущих устройству, а именно цепь положительной обратной связи и неравенство нулю напряжения коллекторного перехода, которые уменьшали точность устройства. На фиг. 3 представлены экспериментальные Функциональные характеристики аналогового экспоненциального преобразователя MO f(V) для случая, когда база первого антилогарифмирукяцего транзистора 1 заземлена (граЛик 1} и для

преобразователя, построенного по заявляемой блок-схеме Лиг. 1 (график 2) Из графиков видно, что заявляемый преобразователь существенно уменьша-, ет относительную погрешность функциональной характеристики, а именно со значения 40 до 0,1%. Кроме того-, данный преобразователь имеет меньшее количество операционных усилителей по сравнению с известным (два вместо трех), что является экономически целесообразно.

Формула изобретения

5

Аналоговый экспоненциальный преобразователь, содержащий первый операционный усилитель с масштабным резистором в цепи обратной связи, первый антилогарифмирующий транзистор, вто- . рой операционный усилитель с масштаб

0 ным резистором в цепи обратной связи, причем ко входу первого операционного усилителя подсоединен коллектор первого антилогарифмирующего транзистора, а выход первого операционного

5 усилителя является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразователя, в него введен второй антилогарифмирующий транзис0тор , причем эмиттеры двух антилотарифмирующих транзисторов соединены друг с другом и являются входом преобразователя, коллектор второго антилогарифмирующего транзистора соединен с шиной

5 нулевого потенциала, а его база соединена со входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с базой первого антилогарифмирующего транзистора.

0

Источники информации,принятые во внимание при экспертизе

1.Корн Г. и Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, Мир, 1967, с. 315, 316, рис. 6,29.

5

2.Авторское свидетельство СССР № 584312, кл. G 06 G 7/24, 1976 (прототип).