SU1462366A1 - Квадратор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной и аналоговой вычислительной технике и предназначено дл  возведени  в квадрат сигналов произвольной формы, в том числе и с наличием посто нной составл ющей. Целью изобретени   вл етс  расширение области при- .менени  и повышение точности квадри- ровани  за счет периодической автоматической коррекции паразитной ли- нейной составл ющей выходного напр - jKf.HHH квадрата. Устройство содержит операционный усилитель 1, квадратиру- ющий полевой транзистор 2, резистор 3 обратной св зи, ключи 4 5, 10, 14, масштабные резисторы 6, 17, генератор 7 с гналов пр моугольной формы , элемент РГСКдаЧАЮШЕЕ ИЛИ 8, фильтры 9, 12, масштабный усилитель 11, компаратор 13, помехоподавл ющий резистор 15, повторитель 16 напр жени ,, фоторезисторный оптрон-18, запоминающий конденсатор 19. Благодар  введению дополнительных элементов-, составл ю1т{их структурную автоматическую компенсацию линейной составл ющей в выходном сигнале устройства, можно возводить в квадрат широкий класс входных сигналов, в том числе сигналы с наличием -посто нной составл ющей при изменении параметров внешней сре- №1 в широких пределах. 1 ил. 1C

Description

Изобретение относится к электроизмерительной и аналоговой, вычислительной технике и предназначено для возведения в квадрат сигналов произ- $ вольной формы, в том числе и с наличием постоянной составляющей.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение точности квадрирования за счет периодичес- щ кой автоматической коррекции паразитной линейной составляющей выходного напряжения квадратора.

На чертеже представлена блок-схема квадратора. 15

Квадратор содержит операционный усилитель 1, квадратирующий полевой транзистор 2,,резистор 3 обратной связи, первый и второй, ключи 4 и 5, первый масштабный резистор 6, гене- 20 |>атор 7 сигналов прямоугольной формы, Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, первый фильтр ’9, третий ключ 10, масштабный усилитель II, второй фильтр 12, компаратор 13, четвертый ключ 14, 25 помехоподавляющий резистор 15, повторитель 16 напряжения, второй масштабам резистор 17, фоторезисторный оптрон 18 и запоминающий конденсатор 19.

Для полевого транзистора с р-п-пе- 30 реходом с соединенными вместе выводами затвора и истока выражение для Тока стока имеет вид

где 1_с - ток стока;

G_o - проводимость канала;

U_cu- напряжение сток-исток,

U_3o- напряжение отсечки.

Следовательно, выходное напряжение операционного усилителя 1 <1

Бос 2υ;₀ ^Λϊζ ’

R Ф ,. R сс ч _ζ__τ ^υΒ№Γ^υΒχ r~+R~/ ⁺ R~_c ^{_ вк} 1т Ф входное напряжение квадратогде U_BX ра;

Я_ф- сопротивление фоторезисторного оптрона 18;

R - сопротивление первого масштабного резистора 6;

R_oc- сопротивление резистора 3 обратной связи;

R ~ сопротивление канала квадратирующего полевого транзистора 2 (R_o= р“)· ^0

Отсюда следует, что

^ul^x_ ^R_U

2UL’R_O ’

Roc ч _ Roc 1 R» r'~] где первый член в правой части выражения представляет собой паразитную линейную составляющую выходного сигнала. Для того, чтобы

IJ₈« Roc

2U R_o ’ необходимо, чтобы линейная составляющая выходного сигнала была скомпенсирована, т.е. выполнялось условие f . ₊ Roc_\_ Roc πζ Ro~ =0.

Для выполнения данного условия необходимо, чтобы

С этой целью цикл работы квадратора состоит из двух тактов: такта коррекции и рабочего такта.

С началом такта коррекции, управляющим сигналом на входе задания режима коррекции замыкаются второй и четвертый ключи 5 и 14. При этом устройство представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с высоким коэффициентом передачи по разомкнутой цепи. При этом напряжение генератора 7 сигналов прямоугольной формы, импульсы которого имеют скважность, с высокой точностью равную двум, проходит через первый фильтр, не пропускающий постоянную составляющую, и поступают на входы операционного усилителя 1 через квадратирующий полевой транзистор 2 и резистивный делитель, состоящий из первого масштабного резистора 6 и фоторезисторного оптрона 18. Выходное напряжение операционного усилителя 1, состоящее из суммы двух сигналов - постоянного квадратичного и переменного линейного, усиливается масштабным усилителем 11. Полезная постоянная составляющая выходного напряжения масштабного усилителя 11 задерживается вторым фильтром 12. На инвертирующий вход компаратора 13 поступает паразитная переменная составляющая воз3 веденного в квадрат сигнала. Выходное напряжение компаратора 13, представляющее собой импульсную последовательность с частотой генератора 7, поступает на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, на первый вход которого поступают импульсы с выхода генератора 7. Если эти сигналы на входах элемента 8 будут противофазны, то это означает, что линейная составляющая входного сигнала больше на неинвертирующем входе операционного усилителя 1. При этом на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 8 присутствует высокий логический уровень, запоминающий конденсатор 19 заряжается через выходное сопротивление элемента 8, замкнутый четвертый ключ 14 и помехоподавляющий ре- 2 зистор 15. Напряжение на выходе повторителя 16 напряжения возрастает, следовательно, сопротивление фоторезисторного оптрона 18 уменьшается. Через некоторое время линейная сос- · 2 тавляющая на неинвертирующем входе операционного усилителя становится меньше, чем на инвертирующем. При этом импульсы на входах элемента 8 становятся синфазными, на его выходе з появляется низкий'логический I уровень и конденсатор 19 начинает разряжаться. В этот момент происходит установление режима равновесия, характеризующегося периодическим изменением выходного состояния элемента 8. Его выходное напряжение усредняется на запоминающем конденсаторе 19 и является практически стабильным. При этом линейная составляющая на выходе операционного усилителя 1 пренебрежимо мала, ее остаток не превышает U_AC, где ’ тт _ Ucmk ^UAC ~ v . ’

U_CMk- напряжение смещения нуля компаратора 13;

К, - коэффициент усиления масштабАЛ J ного усилителя.

После такта коррекции начинается рабочий такт. Управляющий сигнал подается только на вход задания рабочего режима, первый и третий ключи 4 и 10 замыкаются, второй и четвертый ключи 5 и 14 размыкаются. При этом на конденсаторе 19 запоминается напряжение, при котором наступила ком· пенсация линейной составляющей в выходном сигнале*, генератор 7 сигналов прямоугольной формы отключается от входа устройства, исследуекый сигнал подается на вход устройства,·а с его выхода снимается сигнал, возведенный в квадрат.

Выбором достаточно высокой частоθ ты следования импульсов генератора 7 сигналов прямоугольной форкы, малых постоянных времени первого и второго фильтров и цепи, состоящей из помехоподавляющего резистора 15 и запоми5 нающего конденсатора 19, достигается малое время установления равновесия во время коррекции. Длительность такта коррекции выбирается заведомо большей времени установления.

Q Длительность рабочего такта определяется скоростями утечки заряда с запоминающего конденсатора 19 и изменения параметров окружающей среды и может намного превышать длительность такта коррекции при достаточно высокой точности.

• Таким образом, введение дополнительных элементов, осуществляющих структурную автоматическую компенса0 цию линейной составляющей в выходном сигнале устройства, позволяет с его помощью возводить в квадрат широкий класс входных сигналов, в том числе сигналы с наличием постоянной состав₅ ляющей при изменении параметров внешней среды в широких пределах.

Claims (1)

1. Формула изобретения Квадратор, содержащий операци40 онный усилитель, который инвертиру' ющим входом соединен со стоком квадратирующего полевого транзистора и через резистор обратной связи подключен к выходу операционного усилителя, 45 подключенного неинвертирующим входом через первый масштабный резистор к истоку и затвору квадратирующего полевого транзистора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения Точности, в него введены генератор сигналов прямоугольной формы, четыре ключа, фоторезисторный оптрон, масштабный усилитель, компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фильтра, второй масштабный и помехоподавляющий резисторы, повторитель напряжения и запоминающий конденсатор, включенный между входом повторителя на1462366 пряжения и шиной нулевого потенциала информационный вход квадратора через первый ключ соединен с истоком и затвором квадратирующего полевого транзистора и выходом второго ключа, выход генератора сигналов прямоугольной формы соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и через первый фильтр подключен к информационному входу второго ключа,' выход операционного усилителя через третий ключ подключен к выходу квадратора, а также через последовательно соединенные масштабный усилитель, второй фильтр и компаратор подключен к втоipoMy входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого через последовательно включенные четвертый ключ, помехоподавляющий резистор, повторитель напряжения и второй масштабный резне тор соединен с первым выводом светодиода фоторезисторного оптрона, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала и через фоторезистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, управляющие входы первого и третьего ключей соединены с входом задания рабочего режима квадратора, вход задания 15 режима коррекции которого соединен с управляющими входами второго и четвертого ключей.