Аналоговое делительное устройство Советский патент 1981 года по МПК G06G7/163 

Изобретение относится к аналогово вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматической обработки экспериментальных данных. Известно множительно-делительное устройство, содержащее блок сравнения и два усилителя, коэффициенты усиления которых автоматически управляются одним и тем же сигналом, полученным на выходе блока срав.нения. Один из усилителей вместе с блоком сравнения служит для выработки управляющего сигнала, а другой является рабочим l. Однако это устройство имеет узкий динамический диапазон, а также ему. присущие большие систематические погрешности, обусловленные неидентич ностью управляемых усилителей. Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является аналоговое делительное устройство, содержащее управляемый резн тивный делитель из последовательно соединенных резистора и управляемого резистора, выполненного на полевом транзисторе, объединенные выводы которых подключе ы к неинвертирующему входу лифференииального усилителя, выход дифференциального усилителя через масштабный резистор, включенный в обратную связь, соединен с инвертирующим входом, а через синхронный детектор и второй усилитель с управляющим входом управляемого резистора ( управляющим входом является затвор полевого транзистора). Устройство содержит также источник опорного напряжения, выход которого подключен к управляющему входу синхронного детектора, а через реэисторк инвертирующему входу дифференциального усилителя. В этом делительном устройстве благодаря обратной связи посредством синхронного детектора и усилителя уровень сигнала делителя с управляемым резистором на полевом транзисторе автоматически поддерживается постойнным, равным оперному, независимо от изменения сигнала на входе устройства. Поэтому коэффициент передачи резистивного делителя изменяется . обратно пропорционально сигналу делителя, а сигнал делимого, прошедший тот же управляемый усилительный тракт, пропорционален отношению сигналов и может быть выделен селективным фильтром.

Диапазон изменения сигнала делителя в делительном устройстве определяется диапазоном изменения сопротивления канала палевого транзистора. Диапазон, в котором полевой транзистор работает как управляемый линейный резистор, составляет 2-3 порядка, что для многих технических Задач неудовлетворительно. Применени «последовательной цепочки управляемых резистинных делителей вместо одного тоже не позволяет расширить диапазон изменения сигнала, так как верхнее значение диапазона ограничиваетс первым звеном цепочки 2.

Поэтому Конструкция известного делительного устройства не обеспечивает широкого диапазона изменения синала .делителя.

Цець изобретения - расширение динамического диапазона входных сигналов.

Эта цель достигается тем, что в аналоговое делительное устройство, содержащее дифференциальный усилител синхронный детектор, информационный вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, источни гармонического опорного напряжения, выход которого подключен к управляющему входу, синхронного детектора, и через первый масштабный резистор к инвертирующему входу дифференциального усилителя, в цепь отрицательной обработки связи которого включен второй масштабный резистор, неинвертирующий вход дифференциального усилител через третий масштабный резистор подключен к входу устройства и через первый управляемый резистор - к шине нулевого потенциала, введены второй управляемый резистор и фазоинвертор, инвертирующий вход дифференциального усилителя через второй уп авляемый резистор подключен к шине нулевого потенциала, выход синхронного детектора подключен к входу фазоинвертора, инверсный и прямой выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго управляемых резисторов.

Второй управляемый резистор на полевом транзисторе вместе со вторым масштабным резистором, включенным между инвертирующим входом и выходом дифференциального усилителя, составляют управляемый де.питель обратной связи. Благодаря eNjy диапазон измерения коэффициента усиления устройства значительно расширяется.

На чертеже представлена функциональная схема делительного устройства.

Устройство содержит управляемый резистивный делитель, состоящий из первого масштабного резистора 1 и первого управляемого резистора 2 на полевом транзисторе, подключенный между входом делительного устройства

и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 3, управляег-ий резистивный делитель обратной связи, состоящий из второго масштабного резистора 4 и второго управляемого резистора 5 на полевом транзисторе/ подключенный между выходом дифференциального усилителя 3 и его инвертирющим входом, синхронный детектор 6, информационный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 3, а выход подключен ко входу фазоинвертора 7,парафа5ные выходы которого соединены с управляющими входами соответствукяцих управляемых резисторов 2 и 5. Делительное устройство также содержит источник 8 опорного напряжения, выход которого .подключен к управляющему входу синхронного детектора 6 и через третий масштабный резистор 9 - к инвертирующему входу дифференциального усилителя 3.

Устройство работает следующим образом.

На входы дифференциального усилителя 3 через управляемые делители 1,2,5 и 9 поступает амплитудно-модуглированный сигнал делителя Ug и синфазный ему опорный сигнал Ид, В усилителе 3 эти сигналы вычитаются и усиливаются, разностный сигнал детектируется в синхронном детекторе 6, проходит через фазоинвертор 7 и с противоположными знаками поступает на затворы полевых транзисторов 2 и 5 как управляющие сигналы. Благодаря такому управлению коэффициенты передачи управляемых делителей 1,2,5 и 9 принимают значения, при которйлх, независимо от уровня сигнала делителя на входе устройства, разность йигнгьлов на входах усили-теля 3 близка к нулю. Позтому,полагая, что сопротивление резисторов 1 4 и 9 одинаковые, т.е. R R4 R9 r, можно записать равенство

RS

RZ

гч-2Я5 °

где Rj f 5 управляемые сопротивления каналов полевых транзисторов 2 и 5.

Полагается, что коэффициент усиления дифференциального усилителя достаточно большой.Тогда коэффициент передачи сзт входа устройства к выходу дифференциального усилителя определяется выражением

У.г ( rlrRgN . 31. f

,(

,1-

|4-R5/r R Кз

,

Из последних двух выражений s (Ui/ т.е. коэффициент передачи . делительного устройства изменяется обратно пропорционально сигналу делителя U2. Вместе с сигналом делителя присутствует и амплитудно-модулированный сигнал делимого 1) с отличной не сущей частотой. Прошедший тот же самый тракт усиления, что и сигнал делителя он принимает значение Ug,,KU,Uo.)co5WHt, . т.е. амплитуда выходного сигнала пропорциональна отношению входных сигналов.. Диапазон изменения входных сигна лов определяете диапазоном изменения коэффициента усиления К, Гранич ные значения последнего определяются граничными значениями Rtnin niax управляемого сопротивления канала полевого транзистора, С учетом того что сопротивление транзисторов 2 и 5 в предложенном устройстве изменяются в противоположные стороны и по лагая, что. г Кщан (увеличение зна чения г, незффективно}, получаются следующие граничные значения коэффициентов усиления: К - Rniax- 2RtTict. miM R -4-11 .о о max %1П wax-14 . Rvnqx -2RvnHH . JL Rmox niax R +Ц wax max Диапазон изменения сопротивления полевого транзистора, в котором он работает как управляемый линейный , составляет примерно 3 порядка, т.е. RhioK/ wivi из последующих выражений а-10 ; К 2 /KV- H IOЧ аи VWH 6 Аналогичные расчеты для npofoTp па дают Из приведенных расчетов следует что предложенное устройство облада ет значительно большим динамическ диапазоном по сравнению с известны при этом оно имеет примерно такую же точность, а по сложности мало о личается от известного. Изобретение целесообразно использовать при автоматической обработке измерительных данных, когда необходимо нормирование одного сиг-нала по уровню другого сигнала, изменякицегося в широких пределах, например при исследовании оптических спектров полупроводниковых материалов модуляционными методами. Применение устройства для подобных целей позволяет значительно расширить диапазон измеряемых величин и сократи-гь процедуру обработки экспериментальных данных. Формула изобретения Аналоговое делительное устройство, содержащее дифференциальный усилитель синхронный детектор, информационный вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, источник гармонического опорного напряжения, выход которого подключен к управляющему, входу синхронного детектора и через первый масштабный резистор к инвертирующему входу дифференциального усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен второй масштабный резистор, неинвертирующий вход дифференциального усилителя через третий масштабный резистор подключен к входу устройства и через первый управляемый резистор - к ишне нулевого потенциала, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона входного сигнала, в устройство введены второй yпpaвляe ый резистор и фазоинвертор, инвертирующий вход дифференциального усилителя через второй управляемый резистор подключен к шине нулевого потенциала, выход синхронного детектора подключен к„ входу фазоинвертора, инверсный и прямой выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго управляемых резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 432526, кл. G 06 G 7/16, 1973. 2.Приборы и техника, эксперимента, 1979, № 9, с. 132 (прототип).