Квадратор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/20 

(54) КВАДРАТОР

Изобретение отноеится к измерительной и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в электронных и цифровых вольтметрах среднеквадратического значения переменного напряжения, а также в моделирующих устройствах и вычисли-, тельных машинах.

Известен квадратор, построенный по мостовой схеме, содержащий два полевых транзистора, источник смещения и делители входного напряжения и напряжения смещения на восьми масштабных резисторах. Данный квадратор имеет высокую точность и широкий динамический диапазон 1.

Однако в нем содержится большое число, подобных элементов, что затрудняет настройку устройства, и, кроме того, он имеет малый коэффициент передачи.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является квадратор, содержащий полевой транзистор, делитель входного напряжения, источник опорного напряжения и сумматор, который может быть выполнен на операционном усилителе С 2 .

Известный квадратор имеет узкий динамический диапазон; ограниченный

существенной нелинейностью зависимости проводимости канала полевого транзистора от напряжения между затвором и истоком при напряжениях за,твор-исток, близких к напряжению отсечки, т.е. в области малых входных напряжений, не позволяет осуществить квадрирование сигнала с изменякядейся полярностью и, кроме того, неста10бильность источника опорного напряжения приводит к большой погрешности при возведении в квадрат входных напряжений.

Целью изобретения является рас15ширение динамического диапазона работы устройства и повышение точности квадрирования.

Поставленная цель достигается тем., что в квадратор, содержащий

20 квадрирующий полевой транзистор, сток которого подключен к входу квадратора, и суммирующий операционный усилитель, введены инвертирующий операционный усилитель и масштабный

25 резистор, причем вход инвертирующего операционного усилитё ля соединен с входом квадратора и затвором квадрирующего полевого транзистора, исток которого подключен к входу суммирую30щего операционного усилителя и

через масштабный резистор - к выходу инвертирующего операционного усилителя, а выходом квадратора является выход суммирующего;, операционного усилителя.

На чертеже представлена блок-схема квадратора.

Cвaдpaтop .содержит квадрирующий полевой транзистор 1, инвертирующий Операционный усилитель 2, суммирую-1аий операционный усилитель 3, масштабный резистор 4.

Квадратор работает следующим образом..

Поскольку ток через масштабный .резистор 4 противоположен по направлению току через канал полевого транзистора 1, ток через резистор в це-1 пи обратной связи суммирующего операционного усилителя, равный сумме указанных токов, определяется выражением .

)р (.,

f

,UbG,(i) ос

. /п

де G,

проводимость полевод го транзистора при напряжении затвор-исток, равном 0;

Uj - напряжение затвор-исток, равное входному напряжению Ugx (t ) для любого момента времени;;

UQ- напряжение отсечки полевого транзистора ,к - коэффициент передачи инвертирующего операционного усилителя 2f равнйй отношёнию проводимостей его резисторов. Преобразуя (1), получим и

вх WV-TГ-V1 xWG.(2)

ч : Подбором величины К или G можно добиться выполнения равенства

k G4 GO. , О) Тогда из уравнения (2) следует.

L()

ex

Сп.И)

R ос

Для выходного напряжения имеем

15|

где G - проводимость резистора обратной связи суммирующего операционного усилителя. ,, Подставляя значениеip it) из уравнения (4 ) в уравнение 5 , для выходного напряжения окончательно

получим

с ,

/вх

(6)

U«,,xW вых - UQ е Таким образом, выходное напряжет ние пропорционально квадрату входного

Полярность выходного напряжения определяется типом проводимости канала полевого тра{1зйстора.

Для увеличения температурной ста бильности квадратора масштабный резистор 4 может быть заменен сопротивлением канала полевого транзистора, имеющего параметры, близкие к параметрам полевого транзистора 1.

Таким образом, введение в схему инвертирующего операционного усилителя 2 и масштабного резистора 4 обеспечило квадрирование входного сигнала без источника опорного напржения, что позволило исключить погрешность, вызванную .нестабильностью последнего, тем саыым повысив точность, и расширить диапазон входных напряжений более чем в 8 раз за счет того, что начальное напряжение затвор-исток полевого транзистора, соответвующее нулевому вхрдиому сигналу квадратора, равно не напряжению отсечки, как в известном устройстве, а нулю.

При этом обеспечивается возможность квадрирования напряжений значительно меньших, чем .у известного устройства (10-15 мВ ьместо 100150 мв;, так как при напряжениях затвор-исток, близких к нулю, величина проводимости канала полевого транзистора от напряжения между затйором и истоком имеет линейную зависимость, а при напряжениях, близких к напряжению отсевки, эта зависимос существенно нелинейна.

Кроме того, при возведении в кварат сигнала с изменяющейся поляр:ностью не требуется формирователь мдуля, который необходим при работе известному устройству. : Формула изобретения .

Квадратор, содержащий квадрирующий полевой транзистор, сток которо подключен к входу квадратора, и суммирующий операционный усилитель, отличающийся тем, что, с це.лью расширения динамического диапазона работы устройства и повышения точности квадрирования, в него введены инвертирующий операционный усилитель и масштабный резистор, прчем вход инвертирующего операционного усилителя соединен с входом квадратора и затвором квадрирующего полевого транзистора, исток которог подключен к входу суммирующего операционного усилителя и через масштабный резистор - к выходу инвертирующего операционного усилителя, а выходом квадратора является выход от суммирующего операционного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР 437092, кл. G 06 G 7/20, 1974 (прототип). .