Квадратор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/20 

(54) КВАДРАТОР

Изобретение относится к измерительной и аналоговоГ вычислительной технике и может быть использовано для возведения в квадрат мгновенных значений электрических сигналов, а также для квадратичного детектирования.

Известен квадратор, содержащий парафазный.усилитель, выходы которого через разделительные конденсаторы соединены с базами двух транзисторов, коллекторы которых объединены между собой и через общий резистор подключены к полюсу источника питаний, а в эмиттеры транзисторов включены цепочки последовательно соединенных диодов Г 1 1.

Недостатком такого квадратора является значительное число элементов и суженный динамический диапазон.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является квадратор, содержащий первый транзистор, коллектор которого соединен с шиной источника питания и первым выводом первого токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом разделительного конденсатора и базой первого транзистора, эмиттер первого транзистора соединен с первыми выводами первого и второго масштабных резисторов , вторые выводы которых соединены соответственно с коллектором второго транзистора, являющимся выходом квадратора и базой второго транзистора, соединенной с базой и коллектором третьего транзистора, эмиттер которого соединен с шиной нуле10вого потенциала через третий масгитабный резистор, а эмиттер второго транзистора непосредственно соединен с шиной нулевого потенциала 2.

Недостаток известного устройства 15использование фазоинверсного каскада, что сужает динамический диапазон преобразуемых сигналов. Кроме того, на базу квадрирующего транзистора в нем подается напряжение удвоенной

20 частоты, поэтому паразитная емкость база-коллектор значительно уменьшает частотный диапазон преобразуемых сигналов.

Цель изобретения - расширение ди25намического диапазона и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается Тем, что в квадратор, содержащий первый транзистор, коллектор которого соединен с шиной источника питания и первым выводомпервого т коэадающего резистора, второй вьшод которого соб динен с первым выводом разделительного конденсатора и базой первого транзистора, эмиттер первого транзистора соединен с первыми выводами первого и второго масштабных резисто ров, вторые выводы которых соединены соответственно с коллектором второго транзистора, являющимся выходом квадратора и базой второго транзистора, соединенной с базой и коллектором третьего транзистора, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала через третий масшабный резистор, а эмиттер второ го транзистора соединен непосредств но с шиной нулевого потенциала, вве дены четвертый транзистор и второй токоэадающий резистор, причем коллек тор и база четвертого транзистора соединены с первым выводом разделительного конденсатора, рторой вывод которого является входом устройства а эмиттер четвертого транзистора сое динен с первым выводом второго токозадающего резистора,.второй вывод этого резистора соединен с шиной нупевого потенциала. На чертеже приведена блок-схема квадратора. Квадратор содержит первый 1, вто рой 2, третий 3 и четвертый 4 транзисторы, первый 5, второй б и третий 7 масштабные резисторы, первый и второй 9 токозадающие резисторы и разделительный конденсатор 10. Устройство работает следующим об разом. Транзистор 1 представляет собой эмиттерный повторитель, режим которого по постоянному току задается делителем напряжения из последовательно соединенных первого токозадающего резистора 8, четвертого тра зистора 4 и второго токозадаюидего резистора 9. Входное переменное напряжение через разделительный кон денсатор 10 поступает на базу первого транзистора 1. Это напряжение с коэффициентом передачи близким к единице поступает на эмиттер транзистора 1. Через масштабные резисторы 5 и б это напряжение одновре менно подается на коллектор и базу второго транзистора 2, рабочая точка которого определяется делителем из второго-масштабного резистора б, третьего транзистора 3 и третьего масштабного резистора 7. На коллекторе второго транзистора 2 возникае переменное напряжение удвоенной час тоты, амплитуда которого пропорциональна квадрату амплитуды входного напряжения, поступающего на вход квадратора. При этом выполняется on ация (если входной сигнал синусоиальный)а Asinx A ein x - -А соз2х Действительно, ток коллектора ранзистора в рабочей точке опредеяется выражением величина заряда электрона; постоянная Болыулана температура транзистора; напряжение смещения базаэмиттер;ток насыщения коллектора; константа, близкая к единице. Приращение коллекторного тока при величении напряжения база-эмиттер ,(,), .е к -. ко де k - тангенс угла наклона прямой измерения напряжения базаэмиттер. Используя разложение функции е в яд Тейлора и ограничившись тремя ленами разложения, получаем Д3 lKo(kx + |х2). Приращение напряжения на коллектое транзистора при одновременном лиейном изменении напряжения питания тока базы равно aU --Kx-dJ R Kx-Kb o.. где k - тангенс угла наклона прямой линейного изменения напряжения питания; RK - сопротивление коллекторной нагрузки. При равенстве членов kx и kIкоИ 5 : приращение напряжения на коллекторе пропорционально квадрату изменения напряхдания питания. При изменении напряжения питания от нуля напрях ение на коллекторе транзистора 2 растет, достигает максимума, затем уменьшается до напряжения насышения транзистора. Точка максимума соответствует равенству членов kx и k IK Rkx. Изменяя коэффициент передачи транзистора 2 путем изменения тока базы с помощью резистора 7, устанавливаются максимум напряжения на коллекторе транзистора 2 при постоянном напряжении на эмиттере транзистора 1 и отсутствии преобразуемого переменного напряжения. При поступлении входного сигнала напряжение на коллекторе транзистора 2 уменьшается от точки максимума по квадратичному закону как при положительной, так и при отрицательной полуволне преобразуемого напряжения.

Транзисторы 3 и 4 используются для термостабилизации рехсима устройства по постоянному току.

Технико-экономический эффект заключается в расширении динамического диапазона преобразуемых сигналов благодаря исключению фазоинверсного каскада. При этом одновременно достигнуто упрощение устройства. Кроме того, на базу квадрирующего транзистора 2 подается сигнал, частота которого совпадает с частотой входного сигнала. При этом полоса частот преобразуемых сигналов расширяется из-за уменьшения паразитной емкости перехода коллектор-база транзистора 2.

Термокомпенсация режима устройства по настоящему току, достигнутая за счет введения транзистора 4, позволяет применить для эмиттерного повторителя и квадрирующего узла интегральные пары идентичных транзисторов, которые в рабочем состоянии находятся в одинаковом температурном .

Для квадратичного детектирования достаточно включить конденсатор параллельно выходу квадратора. При этом уменьшение постоянной составляющей на выходе пропорционально квадрату увеличения напряжения сигнала на входе. При квадратичном деттировании расширяется динамический диапазон работы устройства, так как средний квадрат напряжения всегда меньше амплитудного значения. В это случае из разложения

А2,2 A -A cos2x

выделяется постоянная составляюи1ая

А.

2

Данный квадратор позволяет строить измерительные устройства для измерения напряжений произвольной формы с большим коэффициентом пика. Большая протяженность квадратичной характеристики особенно важна при построении приборов, работающих в автоматическом режиме.

Устройство может успешно, использоваться для контроля загрузки групповых и линейного трактов аппаратур связи, занимающих спектр частот до 18 МГц, а также в радиопередатчиках

работающих на четных гармониках частоты задающего генератора при переходе с поддиапазона на поддиапазон, ЧЕО дает возможность обеспечить выигрьаи в выходной мощности передатчика, особенно на верхних поддиапазонах, где при известных способах умножения частот путем выделения высших гармоник процентное содержание этих гармоник очень мешо.

Формула изобретения

Квадратор, содержащий первый тразистор, коллектор которого соединен с шиной источника питания и первым выводом первого токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом разделительного конденсатора и базой первого тразистора, эмиттер первого транзистора соединен с первыми выводами первого и второго масштабных резисторо вторые выводы которых соединены соответственно с коллектором второго транзистора, являющимся выходом квратора и базой второго транзистора, соединенной с базой и коллектором третьего транзистора, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала через третий масштабный резистор, а эмиттер второго транзистора соединен непосредственно с шиноП нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и упрощения устройства, в него введены четвертый транзистор и второй токозадающий резистор, причем коллектор и база четвертого транзистора соединены с первым выводом разделительного конденсатора, второй вывод которого является входом устройства, а эмиттер четвертого транзистора соединен с первым выводом второго токозадающего резистора, второй вывод этого резистора соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 444205, кл. G 06 G 7/20, 1974.

736126, кл. G 06 G 7/20, 1978 (пртотип) .

бяод

вь/хо