Аналоговое делительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G06G7/16 

1

Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и МО жет быть использовано в аналоговых . вычислительных машинах. .

Известны аналоговые устройства, содержащие регулируемые полевые транзисторы СПТ), вентильные,элементы, усилительные блоки, блок управления 1 1.

Эти устройства характеризуются низкой точностьк) работы.

Наиболее близким к изобретению является аналоговое делительное устройство,- содержащее первый усилительный блок, инвертирующий вход которого соедине.н со стоком первого регулируемого полевого транзистора, а .через первый масштабирующий резис-. тор с источником напряжения - делителя, неинвертирующий вход первого усилительного блока подключен к стоку второго регулируемого полевого транзистора, затвор которого присоединен к выходу первого усилительноГО блока и затвору третьего регулируемого полевого транзистора, второй усилительный блок, инвертирующий .вход которого соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, затвор которого подключен к первому выходу делителя напряжения, второй выход которого присоединен к затвору первого регулируемого полевого транзистора,

10 стоки первого и второго регулируемых полевых транзисторов соответственно через первый и второй балансировочные резисторы соединены с первым выводом источника питания,

15 второй вывод которого подключен к входу делителя напряжения, третий усилительный блок, инвертирующий вход которого через второй масшта. бирующий резистор присоединен к вы20ходу источника напряжения- делимого, выход третьего усилительного блока соединен с выходом устройства и через третий балансировочный резистор - с неинвертирующим входом второго усилительного блока, выход которого через третий масштабирующи(; резистор подключен к инвертирующему входу третьего усилительного блока, выход которого через четвертый балансировочный резистор соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, неинвертиругащий вход третьего усилительного блока через резистор смещения подключен к источникам регулируемых полевых транзисторов и к шине нулевого потенциала ,разделительный конденсатор, сток третьего регулируемого полевого транзистора через разделительный конденсатор подключен к неинвертирующему входу второго усилительного .блока f2j Недостатками известного делительного устройства являются низкая точность при большом коэффициенте деления, ограниченный динамический диапазон работы, обусловленные наличием реактивного сопротивления, вклю ченного последовательно с переходом исток-сток ПТ в рабочем мосте устройства, низкая точность при изменении рабочей частоты устройства, обусловленная изменением соотношения ак тивного сопротивления перехода исток-сток ПТ и реактивного сопротивления конденсатора. Цель изобоетения - повышение точнос ти за счет расширения динамического диапазона. Поставленная цель достигается тем, что в известном аналоговом дели тельном устройстве, содержащем первый усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком первого регулируемого полевого транзистора и через первый масштабирую1ци резистор с источником напряжения делителя, неинвертирующий вход первого усилительного блока подключен к стоку второго регулируемого полево го транзистора, затвор которого присоединен к выходу первого усилительного блока и затврру третьего регули руемого полевого транзистора, второй усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком чет вертого регулируемого полевого транзистора, затвор которого подключен к первому выходу делителя напряжения второй выход которого присоединен к затвору первого регулируемого полево го транзистора, стоки первого и второго регулируемых полевых транзисто95t4 ров соответственно через первый и второй балансировочные резисторы соеинены с первым выводом источника питания, второй вывод которого подключен к выходу делителя напряжения, третий усилительный блок, инвертирующий вход которого через второй масштабирующий резистор присоединен к выходу источника напряжения - делимого, выход третьего усилительного блока соединен с выходом устройства и через третий балансировочный резистор с неинвертирующим входом второго усилительного блока, выход которого через третий масштабирующий резистор подключен к инвертирующему входу третьего усилительного блока, один вывод четвертого балансировочного резистора соединен со стоком четвертого регулируемого полевого транзистора, неинвертирующий вход третьего усилительного блока через резистор смещения подключен к истокам регулируемых полевых транзисторов и к шине нулевого потенциала, разделительный конденсатор, другой вывод четвертого балансировочного резистора через разделительный конденсатор подключен к выходу третьего усилительного блока, неинвертирующий вход второго усилитель- , ного блока подключен к стоку третьего регулируемого полевого транзистора, а третий выход делителя подключен к шине нулевого потенциала. На чертеже дана принципиальная схема аналогового делительного устройства. Аналоговое делительное устройство содержит усилительные блоки 1-3/два четырехплечных моста 4, 5, каждый из которых образован двумя балансировочными резисторами соответственно 6,7 и 8,9 и двумя регулируемыми полевыми транзисторами соответственно 10, 11 и 12, 13 три масштабирующих резистора Й-16,резистор 17 смещения, разделительный конденсатор 18; делитель 19 напряжения с двумя выходами , источник 22 питания, источник 23 напряжения делимого и источник 2| напряжения делителя. Дифференциальный вход усилительного блока 1 подключен к соединениям разноименных плеч моста . Дифференциальный вход усилительного блока 2 подключен к соединениям разноименных плеч моста 5- Объединенные выводы первого и второго балансировочных резисторов 6, 7 моста 4 подключены к первому выходу источника питания. З воры регулируемых полевых транзисто ров 11, 13 стоки которых связаны с неинвертирующими входами усилительных блоков 1 и 2 соответственно,объ динены и подключены к выходу усилительного блока 1. Затворы регулируе мых полевых транзисторов 10, 12 под ключены к соответствующему выходу 2 21 делителя 19 напряжения. Выход ус лительного блока 2 через третий мас табирующий резистор 15 подключен к инвертирующему входу усилительного блока 3, неинвертирующий вход которого через резистор 17 смещения сов местно- с истоками регулируемых поле вых транзисторов 10-13 подключен к третьему выходу делителя 19. Источники 23 напряжения делимого и делителя 24 подключены соответственно через первый и второй масштабирующие резисторы 16 и Ik к инвертирующим входам усилительных блоков 3 и 1. Выход усилительного блока 3 подключен к третьему балансировочному резистору 9 и через разделительный конденсатор 18 к четвертому балансировочному резистору 8 и является выходом аналогового делительного устройства. Аналоговое делительное устройство работает следу эщим образом. Режимы работы регулируемых полеаых транзисторов 10 и 12 устанавливаются изменением потенциала на их затворах. На инвертирующий вход усилительного блока 1 через масштабирующий резистор подается сигнал от источника напряжения - делителя 2k. Коэффициент передачи четырехплеч- ного моста k пропорционален величине напряжения уцелителя. Коэффициент передачи метырехплечного моста 5 также пропорционален величине напряжения делителя. По мере уменьшения величины напря женная делителя уменьшается величина связи усилительного блока 3 а коэффициент передачи увеличивается На инвертирующий вход усилительно го блока 3 через масштабирующий резистор 16 выдается сигнал с источника напряжения - делимого 23. Напря жение на выходе усилительного блока 3 прямо пропорционально величине на пряжения делимого и обратно пропорционально величине напряжения делителя. 4« При отсутствии разделительного конденсатора имеющее место напряжение смещения на выходе усилительного блока 3 в большей степени усиливается по мере уменьшения напряжения делителя и выводит усилитель 2 за линейную зону. Наличие разделительного конденсатора 18 исключает это явление. Любое постоянное напряжение, имеющее место на выходе усилительного блока 3 вызывает ток через балансировочный резистор 9 и полевой тран зистор 13. Постоянный ток через балансировочный резистор 8, разделительный конденсатор 18 и полевой транзистор 12 отсутствует. В результате к неинвертирующему входу усилительного блока 2 прикладывается паДение напряжения на полевой транзистор 13. Это напряжение,усиленное усилителем 2,подается на инвертирующий вход усилителя 3. При этом, имеющее место на его выходе напряжение смещения сводится к минимальной величине. Точность работы аналогового делительного устройства в большей степени зависит от балансировки и крэффициента передачи четырехпл чного моста 5, точность работы которого зависит от соотношения параметров реактивного сопротивления конденсатора 18 и активного сопротивления резисторов 8,12 плеч моста. Это соотношение меняется при изменении частоты сигнала делимого. Оценим расширение динамического диапазона работы предлагаемого делительного устройства по сравнению с известным. Динамический диапазон определяет . ся отношением максимально.возможного значения частотного отделения к минимально возможному его значению при определенной точности выполнения операции деления. В предлагаемом аналоговом делительном устройстве динамический диапазон работы в основном определяется динамическим диапазоном работы множительного устройства, включенного в обратную связь усилительного блока 3. Динамический диапазон множительного устройства ограничен с одной стороны максимальной линейной зоной работы усилительного блока 2, а с другой - минимальным остаточным напряжением, имеющим место на выходе усилительного блока 2 при настройке 79 балансировке ) рабочего моста 5. Настройка рабочего моста 5 заключается в выставке сопротивления перехода J MCTOK-CTOK полевого транзистора 12, равного сопротивлению того же перехода полевого транзистора 13- Ос таточное напряжение на выходе усилителя 2 получается за счет наличия в плече рабочего моста 5 реактивного сопротивления, которое нельзя сбалансировать при настройке моста. В аналоговом делительном устройстве, взятом за прототип, остаточное напряжение равно с.ъ ocT-. :VRij «g . где (ii - напряжение, подаваемое в точку 22 при настройке рабочего моста 5; Jtl коэффициент усиления уси лителя 2; XQ- реактивное сопротивление конденсатора, стоящего последовательно с поле,во го транзистора 13. При частоте питания 50 Гц величина емкости конаенсатора. равна 200 м.кФ Xq 16 Ом; Rx)j, - сопротивления перехода исток-сток полевых тран зисторов 12 и 13 соответственно и составляют сотни для согласованных пар полевых транзисторов; , Rg - резисторы плеч рабочего моста 5. В реальных схемах для получения диапазо на изменения входных напряжений 0... 10 В и коэф фициента передачи делительного устройства поряд ка 0,1,величина сопротивления Rg , Rg Доставляет десятки килоом. После подстановки получим (ibi500 OCT.I- f9 г 16- 500+100000 SOO MOOOOo) Sc2 В данном аналоговом делительном устройстве остаточное напряжение ра но. .r -tgScilR «nV«8 8 « После Подстановки получим п.у -к OCT-i 19 500+ 100000 0 ° -19-Sci 500416 100000 Следовательно, новое включение конденсатора позволяет увеличить динамический диапазон работы предлагаемого аналогового делительного . устройства более, чем на два поряд- ка при прочих равных условиях, и повысить точность его работы при малых значениях напряжения делителя. Кроме того, в предлагаемом аналоговом устройстве реактивная составляющая сопротивлений рабочего моста оказывает существенно меньшее влияние на. его балансировку и соответственно на точность всего устройства прИ изменении частоты входных сигналов. Это позволяет уменьшить массо-габаритные показатели за счет уменьшения величины емкости конденсатора, что наиболее существенно при интегральном исполнении аналогового делительного устройства. Формула изобретения Аналоговое делительное устройство, содержащее первый усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком первого регулируемого полевого транзистора и через первый масштабирующий резистор с источником напряжения - делителя, неинвертирующий вход первого усилительного блока подключен к ртоку второго регулируемого полевого транзистора, затвор которого присоединен к выходу первого усилительного блока и к затвору третьего регулируемого полевого транзистора, второй усилительный блок, инвертирующий вход которого соединен со стоком Четвертого регулируемого полевого транзистора, затвор которого подключен к первому выходу делителя напряжения, второй выход которого присоединен к затвору первого регулируемого полевого транзистора, стоки первого и второго регулируемых полевых транзисторов соответственно через первый и второй, балансировочные резисторы соединены с первым выводом источника питания, второй вывод которого