Квадратичный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06G7/20 

1 : , .

Изобрегение огносигся к аналоговое вычислительной технике и может бьпъ использовано в различных измерительных и моделирующих устройствах.

Известны квадраторьь содержащее полевые транзисторы, источники напряжения смешения и нагрузку tlj

Недостатками таких квадратов являю ся невозможность преобразования .полярных сигналов, сравнительно невысо- ю кая точность и узкий частотный диапазон.

Наиболее близким к предлагаемому является квадратор, содержащий полевой |5 транзистор, к загтвору которого подкпючен источник напряжения смещешся

Недостатками данного являются ограниченный частотный диапазЬв, сравнительно невысокая точность воспро- 30 изведения квадратичной функдин преобразования и невозможность преобраэовашЕя двухполярных сигналов с нулевым средним значением.

Цель нзофетения - расширение фувкшюнальных свойств путем преобразования двухполярных сигналов с булевым средним значением.

Поставленная пель достигается тем, что квадратичный преофазователь, содержащий полевой транзистор, к затвору которого подсоединен первой вывод источника напряжения смещения, второй вывод которого и первый нходшхй вывод преобразователя соединены с щшюй нупе вого потенциала, содержит компенсирующий терморезястор. корректвруювшй конденсатор, масштабный резистор в фштьтр низких частот, выходные выводы которого являются выходом преобраэоватепя, входные выводы подключены соответственно к стоку полевого транзистсфа, хсфректврующнй конденсатор включен между вто{Я 1м входным шлводом прео аэователя Е стоком полевого транзистора, napaib лельно корректирующему конденсатору включена цепочка из соединенных последоьательно компенсирующего терморезистора и масштабного резистора. На чертеже приведена схема преобразователя. Преобразователь содержит полевой транзистор 1, к затвору которого подсое динен источник напряжения смещения 2, а к стоку подключен масштабный резистор 3, фильтр 4 низких частот, выход которого является выходом преобразователя, а вход подключен параллельно каналу полевого транзистора между его стоком и подсоединенным к шине нулевого потенциала истоком, компенсирукядий терморезистор 5 и корректирующий конденсатор 6, включенный между вторым .входным выводом 7 преобразователя и стоком полевого транзистора параллель:но компенсирующему терморезистору и /масштабному рюзисторУ, которые соедине ны последовательно, и первый входной вывод 8 преофазователя. Преобразователь работает следуклцим образом. Входное напряжение Ug преобразователя вызывает протекание тока i gx - через входную цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора 3, терморезистора 5 и цепи исток-сток полевого транзистора 1, сопротивление KOT рой с помощью источника смещения 2 устанавливается в пределах десятков-сотен ом. Часть входного напряжения, приложенного между истоком и стоком, вызывает приращения сопротивления канала пропорциональные величине тока i в х обусловленные действием переменных напряжений затвор-канал, которые изменяются вдоль канала от нуля до напряже ния исток-сток и пропорциональны величи йе тока igj . Знак приращений сопротивления канала определяется полярностью тока ig)( . В результате этого напряжение между истоком и стоком полевого транзистора 1 содержит составляющую, пропорциональную квадрату входного тока преобразователя. Применение терморезистора 5 обеспечивает улучшение ратурной стабильности функции преобразо вания в результате изменения входного сопротивления преобразователя пропорци.о нально изменению сопротивления истоксток и коэффициента управления полевого транзистора 1 при изменении температуры. Коррекция частотной характеристика преобразователя достигается уменьшением с ростом частоты сигнала сопротивления корректирующего конденсатора 6, которое приводит к увеличению тока в цепи исток сток. Фильтр 4 низких частот, имеющий ОЛЯ устранения шунтирования полевого транзистора входное сопротивление в 1О и более раз превьпцающее сопротивление цепи исток-сток, обеспечивает усреднение напряжения, пропорционального квадрату тока, и подавление напряжения, пропорционального входному сигналу. Принцип работы квадратичного преобразователя состоит в следуклием. Сопротивление исток-сток полевого транзистора р-п переходом складывается из суммы сопротивлений отдельных участков канала, расположенных между выводами истока и стока. Величина проводимости С каждого участка канала при малых .напряжениях исток-сток описывает ся известным соотношением ), где X - отношение суммы напряжения и р , приложенного к р-п переходу транзистора на данном участке канала с длиной -л С , разности потенциалов Щ К сумме напряжения перекрытия UQ и контактной разности потенциалов; QQ - постоянный коэффициент, имекяций размерность проводимости. Сопротивление AR каждого участка канала при малых по отношению дс сумме УдИ Ц цзначениях переменной составлякщей Up напряжения Uf, с достаточной точностью может &1ть аппроксимировано выражением flR(R + ctUn)ZJe, где R - сопротивление участка канала единичной длины при , завися,щее от величины напряжения смещения транзистора U ; c.-fHiM. коэффициент управления полевого транзистора, также зависящий от напряжения смещения. Если через канал полевого транзистора протекает ток i, , то сопротивление любого участка канала при фиксированном значении напряжения смешения 0 определяется только напряжением под которым этот участок находится по отношению к шине нулевого потенциала. Это напряжение представляет собой сумму напряжений других участков канала, расположенных между истоком и рассматриваемым участком, и вызвано протекаВеличинакием через канал тока напряжения Uf, для случаев, когда R ct ур г соответствующих работе полевого транзистора с малым аапираю,uiHM напряжением смешения j определяе ся выражением6 Ri,,de, где g - расстояние от истока до участка канала с длиной dC, При этом сопротивление элементарного участка канала е dR(R-bciu)dE( )ae, а сопротивление всего канала между контактами истока и стюка .е„

-i

К где U - длина канала. Напряжение исток-сток полевого транзис тора Ли. В квадратичном преобразователе ток пртекакяций через канал полевого транзистора, практически линейно связан с входным напряжением U gy, поскольку он определяется выражением ис тде Р- - сопротивление терморезиотора рр - сопротивление резистора. Приращения , пропорциональные величине тока т , обычно составляют доли процента от полного сопротивления цепи и ими можно пренебречь. В связи с изложенным напряжение в цепи исток-сток содержит составляющую пропорциональную квадрату входного нап ряжения, и составляющую пропорциональ ную входному напряжению. Последняя при входных сигналах с нулевым средни значением подавляется фильтром 4 низк частот, вьшолнянлцим операцию усредзяе ния составляющей, пропс циональной квадрату входного напряжения. Частотная зависимость коэф4яишента управления полевых транзисторов с p-fl переходом, как .показали специально , выполненные измерения, определяется для синусоидального напряжетш на переходе соотношением f + jZJfT &ё

С - 4-R

р й - низкочастотное значение; - частота синусоидального напряжения;) - постоянная времени, определяемая инерционностью процесса установления сопротивления канала при изменении напряжения на р-п -переходе, определяемая технологией изготовления транзистора. Компенсация частотной зависимости коэффициента cL в рассматириваемом квадратичном преобразователе достигается выбором величины емкости С| корректирующего конденсатора 6 в соответствии с условием Наилучшйя частотная характеристика При вьшолнении этого условия реализуется для случаев, когда Й|,С Относительные температурные изменения сопротивления терморезистора 5 должны быть приблизительно равны относительным температурным изменениям сопротивления исток-сток полевого транзистора 1. Предлагаемый квадратичный преобразователь может использован при двузшолярных входных сигналах, поскольку напряжение смещения полевого транзистора не должно выбираться равным напряжению отсечки UQ и может изменяться .от О до 0,5 UQ Схема преобразователя очень проста, а его настройка заключается в подборе терморезистсфа и напряжения смешения, обеспечивающего нужную величину коэффициента преобразования К п и gj,, / и , Такой.квадратор при использовании в нем невысокочастотных палевых транзисторов с током сгока при нулевом смещении порядка 5 мА может быть использован в диапазоне частот до ЗО-5О мГц при относительной частотной погрешности преобразования, не превышакхцей 1% и температурной погрешности, не превышающей 0,1%/К. Формула и 3 о б р е т е н. и я Квадратичный преобразователь, содер-. жаший полевой транзистор, к.затвору .которого подсоединен первый вывод источника напряжения смешения, второй вы:вод которого и первый входной вывод преобразователя соединены с шиной нулевого потенциала, отличающийс я тем, что, с целью расширения функцнональных свойств путем преофазоваввя дьухполярвых снгвалов с нулевым средвим значеввем, он содержит кокшенсвруюший терморезистор, коррекгвру1о швй конденсатор масштабный резистор в фильтр ввзкЕх частот, выходные выводы которого являклся выходом преобразователя, входные выводы подключены соответствеввр к стоку попееого TpaGoHCT pa, кохфёктврукяцвй конденсатор включен между втр|рым входным выводом преобразователя и стоком полевого транзистора, параллельно корректирующему конденсатору включена цепочка из соединенных последовательно компенсируюшего терморезистора и масштабного резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 437092, кл. G 06 Q 7/20, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 313277, кл. Н 03 D 1/14, 1969 (прототип).

W

ф