RU86755U1

RU86755U1 - RMS CONVERTER

Info

Publication number: RU86755U1
Application number: RU2009110740/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Бакланов; Вячеслав Иванович Михирев
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Среднеквадратический преобразователь, содержащий два операционных усилителя, два масштабных резистора, два логарифмирующих транзистора, два антилогарифмирующих транзистора, интегрирующий конденсатор, причем первый вывод первого масштабного резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и с эмиттером первого логарифмирующего транзистора, коллектор и база которого соединены с эмиттером второго логарифмирующего транзистора, коллектор и база которого соединены с выходом первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с коллектором и базой первого антилогарифмирующего транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором и базой второго антилогарифмирующего транзистора и с первым выводом интегрирующего конденсатора, второй вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя и с первым выводом второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, все транзисторы идентичны, т.е. выполнены по одной технологии на одной подложке и входят в одну транзисторную сборку или попарно (один логарифмирующий и один антилогарифмирующий транзисторы) идентичны, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет применения однополярного питания операционных усилителей, в него введены выпрямитель и два вычитающих устройства, второй вывод первого масштабного резистора и эмиттер второго антилогарифмирующего транзистора соединены с корпусом, а выход выпрямителя соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и с инвертирующим входо�An RMS converter containing two operational amplifiers, two scale resistors, two logarithmic transistors, two anti-logarithmic transistors, an integrating capacitor, the first output of the first scale resistor connected to the inverting input of the first operational amplifier and to the emitter of the first logarithmic transistor, the collector and base of which are connected to the emitter a second logarithmic transistor, the collector and base of which are connected to the output of the first operational amplifier, and the verification input of the second operational amplifier is connected to the collector and the base of the first anti-logarithm transistor, the emitter of which is connected to the collector and the base of the second anti-logarithm transistor and to the first output of the integrating capacitor, the second output of which is connected to the output of the second operational amplifier and to the first output of the second scale resistor, the second output which is connected to the inverting input of the second operational amplifier, all transistors are identical, i.e. made according to the same technology on one substrate and included in one transistor assembly or in pairs (one logarithmic and one anti-logarithmic transistors) are identical, characterized in that, in order to simplify the design through the use of unipolar power supply of operational amplifiers, a rectifier and two subtracting devices are introduced into it , the second output of the first large-scale resistor and the emitter of the second anti-logarithmic transistor are connected to the housing, and the output of the rectifier is connected to the non-inverting input of the first operating amplifier and with inverting input�

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в устройствах контроля эффективного переменного напряжения.The utility model relates to electrical engineering and can be used in devices for monitoring effective ac voltage.

Цель изобретения - возможность упрощения конструкции за счет применения операционных усилителей с однополярным питанием.The purpose of the invention is the ability to simplify the design through the use of operational amplifiers with unipolar power.

Известны среднеквадратические преобразователи переменного напряжения в постоянное с использованием логарифмических и антилогарифмических усилителей, выполняемых на базе транзисторных переходов и операционных усилителей [1, 2].Known RMS converters of alternating voltage to DC using logarithmic and antilogarithmic amplifiers, based on transistor junctions and operational amplifiers [1, 2].

Недостатком известных среднеквадратических преобразователей является необходимость применения двуполярного питания операционных усилителей (ОУ), что усложняет конструкцию преобразователя в целом. Например, возможности источников питания ограничены в автономной аппаратуре с батарейным питанием.A disadvantage of the known RMS converters is the need for bipolar power supply of operational amplifiers (op amps), which complicates the design of the converter as a whole. For example, power supplies are limited in stand-alone battery-powered equipment.

Наиболее близким техническим решением относительно предлагаемой полезной модели является среднеквадратический преобразователь [3, прототип], содержащий логарифмирующий усилитель, инвертор, усредняющий антилогарифмирующий усилитель; неинвертирующие входы всех ОУ преобразователя заземлены. Входное переменное напряжение логарифмируется и на выходе первого ОУ появляется положительное или отрицательное напряжение, пропорциональное логарифму входного напряжения. Поэтому для питания ОУ требуется двуполярное напряжение. При однополярном (положительном) напряжении питания и положительном входном напряжении питания, выходное напряжение первого ОУ отсутствует. Подача смещения на неинвертирующий вход ОУ искажает выходное напряжение за счет логарифмирования напряжения смещения ОУ. Этот же недостаток свойственен также антилогарифмирующему ОУ.The closest technical solution to the proposed utility model is the RMS converter [3, prototype], containing a logarithmic amplifier, an inverter, averaging antilogarithmic amplifier; non-inverting inputs of all op-amps of the converter are grounded. The input alternating voltage is logarithmized and a positive or negative voltage proportional to the logarithm of the input voltage appears at the output of the first op-amp. Therefore, bipolar voltage is required to supply the op-amp. With a unipolar (positive) supply voltage and a positive input supply voltage, the output voltage of the first op-amp is absent. The bias supply to the op-amp non-inverting input distorts the output voltage due to the logarithm of the op-amp bias voltage. The same drawback is also characteristic of anti-logarithmic op-amps.

Цель, которая достигается с помощью полезной модели - упрощение конструкции преобразователя за счет применения однополярного питания входящих в него ОУ.The goal that is achieved using the utility model is to simplify the design of the converter through the use of unipolar power supply of the op amp included in it.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого преобразователя.The drawing shows a functional electrical diagram of the proposed Converter.

Схема содержит выпрямитель 1, входом которого является вход преобразователя, первый масштабный резистор 2, первый и второй логарифмирующие транзисторы 3 и 4, первый ОУ 5, первое вычитающее устройство 6, второй ОУ 7, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы 8 и 9, второй масштабный резистор 10, интегрирующий конденсатор 11, второе вычитающее устройство 12, выход которого является выходом преобразователя.The circuit contains a rectifier 1, the input of which is the input of the converter, the first scale resistor 2, the first and second logarithmic transistors 3 and 4, the first op-amp 5, the first subtractor 6, the second op-amp 7, the first and second anti-log transistors 8 and 9, the second scale resistor 10, an integrating capacitor 11, a second subtractor 12, the output of which is the output of the converter.

Преобразователь работает при однополярном питании ОУ следующим образом.The converter operates with unipolar op-amp power as follows.

Входное переменное напряжение, прошедшее через выпрямитель 1 (т.е в положительной полярности), поступает на неинвертирующий вход ОУ 5, на выходе которого напряжение равно сумме входного напряжения и напряжения пропорционального удвоенному логарифму входного напряжения. Первое напряжение является «лишним» на выходе ОУ 5, поэтому оно вычитается из выходного напряжения ОУ 5 в вычитающем устройстве 6, выходное напряжение которого антилогарифмируется, усредняется, из него извлекается квадратный корень аналогично прототипу. При этом на выходе ОУ 7 формируется «лишнее» напряжение, равное выходному напряжению вычитающего устройства 6. Указанное «лишнее» напряжение удаляется из выходного напряжения ОУ 7 вычитающим устройством 12.The input alternating voltage passed through the rectifier 1 (i.e., in positive polarity) is supplied to the non-inverting input of the op-amp 5, the output of which is equal to the sum of the input voltage and the voltage proportional to the doubled logarithm of the input voltage. The first voltage is “redundant” at the output of the op-amp 5, therefore it is subtracted from the output voltage of the op-amp 5 in a subtractor 6, the output voltage of which is anti-logarithmized, averaged, and the square root is extracted from it similarly to the prototype. In this case, an “excess” voltage equal to the output voltage of the subtracting device 6 is formed at the output of the op-amp 7. The specified “excess” voltage is removed from the output voltage of the op-amp 7 by the subtracting device 12.

Можно показать, что выходное напряжение Uвых предложенного устройства будет равно:It can be shown that the output voltage Uout of the proposed device will be equal to:

где R₂ и R₁ - значения сопротивлений масштабных резисторов второго и первого, соответственно;where R ₂ and R ₁ are the resistance values of the scale resistors of the second and first, respectively;

I_s3, I_s4, I_s8, I_s9 - обратные токи насыщения транзисторов 3, 4, 8 и 9, соответственно;I _s3 , I _s4 , I _s8 , I _s9 are the return saturation currents of transistors 3, 4, 8, and 9, respectively;

- среднеквадратическое значение входного напряжения. - rms input voltage.

Из формулы (1) видно, что при идентичных транзисторах 3, 4, 8 и 9 (выполненных на одной подложке по одной технологии) I_s3=I_s4=I_s8=I_s9, поэтомуIt can be seen from formula (1) that with identical transistors 3, 4, 8, and 9 (made on the same substrate using the same technology) I _s3 = I _s4 = I _s8 = I _s9 , therefore

Из формулы (1) также видно, что для получения (2) достаточно чтобы логарифмирующее и антилогарифмирующее транзисторы были попарно идентичны, т.е. I_s3=I_s8,I_s4=I_s9 (или I_s3=I_s9, I_s4=I_s8).It is also seen from formula (1) that to obtain (2) it is sufficient that the logarithmic and antilogarithmic transistors are pairwise identical, i.e. I _s3 = I _s8 , I _s4 = I _s9 (or I _s3 = I _s9 , I _s4 = I _s8 ).

Таким образом, в предложенном техническом решении реализуется возможность вычисления среднеквадратического значения входного переменного напряжения при однополярном питании операционных усилителей.Thus, in the proposed technical solution, it is possible to calculate the rms value of the input AC voltage with unipolar power supply of operational amplifiers.

Источники информации:Information sources:

1. Шило В.А. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре, М., Сов. Радио, 1978, с.189.1. Shilo V.A. Linear integrated circuits in electronic equipment, M., Sov. Radio, 1978, p. 189.

2. Сухов Н. Среднеквадратичный милливольтметр. Радио, 1981, №11.2. Sukhov N. RMS millivoltmeter. Radio 1981, No. 11.

3. Михирев В.И. Авторское свидетельство СССР, №1275302, 1986 г.3. Mikhirev V.I. USSR copyright certificate, No. 1275302, 1986

Claims

An RMS converter containing two operational amplifiers, two scale resistors, two logarithmic transistors, two anti-logarithmic transistors, an integrating capacitor, the first output of the first scale resistor connected to the inverting input of the first operational amplifier and to the emitter of the first logarithmic transistor, the collector and base of which are connected to the emitter a second logarithmic transistor, the collector and base of which are connected to the output of the first operational amplifier, and the verification input of the second operational amplifier is connected to the collector and the base of the first anti-logarithm transistor, the emitter of which is connected to the collector and the base of the second anti-logarithm transistor and to the first output of the integrating capacitor, the second output of which is connected to the output of the second operational amplifier and to the first output of the second scale resistor, the second output which is connected to the inverting input of the second operational amplifier, all transistors are identical, i.e. made according to the same technology on one substrate and included in one transistor assembly or in pairs (one logarithmic and one anti-logarithmic transistors) are identical, characterized in that, in order to simplify the design through the use of unipolar power supply of operational amplifiers, a rectifier and two subtracting devices are introduced into it , the second output of the first large-scale resistor and the emitter of the second anti-logarithmic transistor are connected to the housing, and the output of the rectifier is connected to the non-inverting input of the first operating an amplifier and with an inverting input of the first subtractor, the second input of which is connected to the output of the first operational amplifier, the output of the first subtractor is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and to the first inverting input of the second subtractor, the output of the second operational amplifier is connected to the second input of the second subtractor whose output is the output of the device.