RU1817030C - Преобразователь электрического напр жени в ток - Google Patents

Abstract

Использование: в электроизмерительной технике дл  преобразовани  двух напр жений в ток, пропорциональный их произведению . Сущность изобретени : преобразователь содержит операционный или дифференциальный усилитель 1, бипол рный транзистор 2 n-p-п или p-n-р типа, полевой транзистор 3, бипол рный транзистор 4 противоположного типа проводимости , переменный оезистоо 5. инвертор б, нагрузку 7, источники питани  8,9, эмиттер- ные повторители 10, 11, делитель напр жени  12, разделительный конденсатор 13, усилитель 14. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  умножени  двух сигналов.

Цель изобретени  - расширение области использовани  за счет обеспечени  преобразовани  двух напр жений в ток, пропорциональный их произведению в широком динамическом и частотном диапазонах .

На фиг.1 и 2 показаны примеры выполнени  предлагаемого решени . На чертежах прин ты следующие обозначени : 1 - операционный или дифференциальный усилитель , 2 - первый бипол рный транзистор, 3 - полевой транзистор, 4 - второй бипол рный транзистор, 5 - переменное сопротивление , 6 - инвертор (инвертирующий каскад), 7 - нагрузка, 8 - источник питани  транзисторного каскада, 9 - дополнительный источник питани  Vr(t), V2(t) - первый и второй сигналы/задаваемые относительно земл ной шины. 10, 11 -эмиттерные повторители , 12-сопротивление делител  напр жени , 13 - разделительный конденсатор, 14 - усилитель второго сигнала V2(t). Здесь Vn либо полюс дополнительного источника питани , либо полюс источника питани  усилитель 1. Необходимо отметить, что на фиг.1 не обозначены схемы питани  усилител  1. Схемы питани  усилител  1 стандартные и указаны в справочниках по применению операционных или дифференциальных усилителей, которые завис т от типа примен емого усилит.ел . Выход усилител  1 соединен с базой транзистора 2, эмиттер транзистора 2 соединен со стоком полевого транзистора 4, и с инвертирующим входом усилител  1, исток полевого транзистора 4 соединен с земл ной шиной, выход усилител  1 соединен с входом инвертора 5, выход которого соединен с базой транзистора 3, эмиттер транзистора 3 соединен с одним концом переменного сопротивлени  - 6, другой конец которого соединен с земл ной шиной, коллектор транзистора 3 соединен с одним полюсом источника питани  9, другой полюс источника питани  9 соединен со вторым концом нагрузки 7, первый конец которой соединен с земл ной шиной, коллектор транзистора 2 через источник питани  8 соединен со вторым концом нагрузки 7, один сигнал Vi(t) подан на неинвертирующий вход усилител  1, другой сигнал V2(t) подан на затвор полевого транзистора 4. На фиг.2 между выходом усилител  1 и базой транзистора 2 включен эмиттерный повторитель 11, между выходом инвертора 5 и базой транзистора 3 включен эмиттерный повторитель- 10. На затвор транзистора 4 подано напр жение

смещени  с выхода делител  напр жени  - 13, на вход которого подано напр жение Vn. Сигнал V2(t) подан на вход усилител  12, выход которого через разделительный конденсатор 14 соединен с выходом делител  13.

Устройство работает следующим образом (см.фиг.1). Первый сигнал Vi(t) подаетс  на неинвертирующий вход усилител  1, а с

выхода усилител  1 поступает на базу транзистора 2, между эмиттером которого и зем- л ной шиной включен полевой транзистор 3. Благодар  тому, что эмиттер транзистора 2 соединен с инвертирующим входом усилител  1, обеспечиваетс  глубока  отрицательна  обратна  св зь и транзистор 2 открываетс  или закрываетс  таким образом , что на стоке полевого транзистора 3 поддерживаетс  напр жение, равное Vi(t).

в результате по транзисторному каскаду, состо щему из элементов (2, 3, 7, 8) протекает ток.

25

4(0-.

RDS

(1)

где RDS - сопротивление полевого транзистора в момент времени t между стоком и истоком. Но RDS зависит от напр жени , поданного между затвором и источником VGS. Эта зависимость даетс  формулой 5.16, то есть

35 RDS

V

2lDS(VGS-VP)

(2)

где Vp - пороговое напр жение, IDS - ток стока при VGS - О, дп Vp и IDS  вл ютс  параметрами и завис т от конкретного полевого транзистора. Тогда формула (1) с учетом (2) преобразуетс  в выражение

45,)(0 Vi(t)-2lDS(VGs-Vp)

vЈ

или, замен   VGS на V2(t), получаем формулу тока

h(t) Vi(t)-2lDS-V2(t)

v2P

55 --У1Ш-11.МОХ Vp

V2P

XV2(t)(t).(3)

Таким образом, ток h(t), протекающий через элементы 2, 3, 7, 8 (см.фиг. 1 и 2), определ етс  формулой (3) и состоит из двух слагаемых: первое пропорционально произведению первого сигнала на второй и второго пропорционального первому сигналу. Чтобы ток 1, протекающий через нагрузку 7 и равный

1 11 + 2.

(4)

был пропорционален только произведению Vi(t)-V2(t), необходимо добавить ток г который бы был такого знака, чтобы уничтожал второе слагаемое в (3) или (4). Дл  этого добавл етс  цепь, состо ща  из элементов 4, 5, 6 и 9. С помощью переменного сопротивлени  5 ток подбираетс  ток, чтобы

l2 -- -Vi(t).

(5)

не реагирует на знак сигнала V2(t). Это выполн етс  дл  полевых транзисторов с управл ющим р-п переходом и следует из того факта, что 1) сопротивление не может быть

отрицательным, 2) транзисторы с управл ющим р-п переходом не должны работать при пр мых смещени х (из-за нелинейности сопротивлени  RDS от величины V2(t) при пр мых смещени х, хот  в принципе работа

возможна). Указанный недостаток устран етс  дл  транзисторов с управл ющим р-п переходом в устройстве на фиг.2. а именно смещением затвора транзистора 3 с помощью делител  напр жени , состо щего из сопротивлений 12. При этом дл  полевого транзистора с управл ющим р-п переходом и каналом n-типа Vn должно быть отрицательным, а с каналом р-типа Vn должно быть положительным. При смещении

затвора услови  (3) мен етс  на условие

Рассматрива  цепь: выход усилител , элементы 6, 4,5 следует, что

-тг1

перемен.

(б)

где Влерем. - величина переменного сопротивлени  5.

Из (5) и (6) следует, что второе слагаемое уничтожаетс  при

перемен

2 IDS

(7)

В случае выполнени  услови  (7) величина тока, протекающего через нагрузку (7), определ етс  как

(t)IV2(t)l, Vi(t)ol

VЈ

0,

Vi(t)0j

(8)

При этом предполагаетс , что V2(t) 0 дл  полевого транзистора с р-п переходом и каналом n-типа и /2(t) 0 с каналом р-типа.

Из выражени  (8) следует, что устройство на фиг. 1 реагирует только на положитель- ные составл ющие сигнала Vi(t). При изменении типа транзисторов 2 и 4 на противоположные и включении источников питани  8 и 9 на противоположные (фиг.1 и фиг.2) устройства будут реагировать только на отрицательную составл ющую сигнала. Направление тока 1 определ етс  пол рностью включени  источника питани  8. Недостатком устройства, показанного на фиг.1, который устран етс ,  вл етс  то, что ток 1

2 IDS

( Vp - VCM )2 2 IDS

( VP - VCM ) а условие (7) на

Vi (t ) V2 (t ) - Vi(t)(3)1

30

R- I Vp VcM .

Нперем - I -2 |DS--

(7)1

a VCM напр жение, на которое смещаетс  затвор полевого транзистора. Тогда величина тока, протекающего по нагрузке - 7 (фиг,2), определ етс  при соблюдении (71), т.е. при компенсации протекающего через нагрузку тока при Va(t) 0 из выражени 

l 2 DS K „ Vi(t)V2(t) Vi(t)0

(VP-VCM)2

45

Vi(t)0, (19)

где К т коэффициент усилени  усилител  14. При выводе выражени  (9) предлагалось , что величина емкости 13 очень больша . Из (9) следует, что устройство уже

0 реагирует на величину знака V2(t). Эмиттер- ный повторитель 10 и 11 (см.фиг 2) включены в схему в том случае, когда через транзисторы 2 и (или) 4 должны протекать большие токи, т.е. когда мощности усилител  не хва5 тает дл  управлени  транзисторными каскадами .

Устройство, изображенное на фиг.2, работает аналогично устройству на фиг. 1. Следует отметить, что частотный диапазон, в котором работает устройство, простираетс 

от посто нных токов и до самых высоких частот, до которых может работать усилитель . От посто нных токов до относительно низких частот (несколько мегагерц) в устройство примен етс  операционный усили- тель. На высоких частотах, где не работает операционный усилитель следует примен ть дифференциальный усилитель.

Из сказанного видно, что по сравнению с устройством прототипом за вл емого уст- ройство способно в широком динамическом и частотном диапазоне перемножатьс  два сигнала и преобразовывать результат в протекающий по нагрузке ток. За вленное устройство позвол ет осуществл ть моду- л цию одного сигнала другим, а также детектирование промодулированного сигнала в широком частотном диапазоне.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Преобразователь электрического напр жени  в ток, содержащий операционный или дифференциальный усилитель, первый бипол рный транзистор p-n-р- или n-p-n-типа, источник питани , неинверти- рующий вход усилител  соединен с первой входной клеммой устройства, инвертирующий вход усилител  соединен с эмиттером первого бипол рного транзистора, коллектор которого через источник питани  соеди- нен с выходной клеммой устройства и первым выводом нагрузки, второй вывод которой и первый вывод резистора соединены с общей шиной устройства,.о тличающи

   5

   0 5 0

   5

   и с   тем, что, с целью расширени  области использовани  за счет обеспечени  преобразовани  двух напр жений в ток, пропорциональный их произведению, в широком динамическом и частотном диапазонах, введены второй бипол рный транзистор с типом проводимости, противоположным проводимости первого бипол рного транзистора , полевой транзистор, дополнительный источник питани , инвертор, резистор выполнен переменным, причем эмиттер первого бипол рного транзистора соединен со стоком полевого транзистора, исток которого соединен с общей шиной устройства, а затвор соединен с второй входной клеммой устройства, выход усилител  соединен с базой первого бипол рного транзистора и через инвертор с базой второго бипол рного транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом переменного резистора, а коллектор через второй источник питани  соединен с выходной клеммой устройства.
2. 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что затвор полевого транзистора соединен с выходом делител  напр жени , вход которого соединен либо с дополнительным источником питани  соответствующей пол рности, либо с источником питани  усилител .
3. 3. Преобразователь по п, 1 и 2, о т л и- чающийс  тем, что выходы усилител  и инвертора соединены соответственно с базами первого и второго бипол рных транзисторов через эмиттерные повторители.