SU1666959A2

SU1666959A2 - Square-law voltage detector

Info

Publication number: SU1666959A2
Application number: SU894676199A
Authority: SU
Inventors: Михаил Дмитриевич Кротов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4934
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1991-07-30

Abstract

Изобретение относитс к устройствам с квадратичной амплитудной характеристикой и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретени вл етс повышение точности преобразовани при больших амплитудах входного напр жени . Квадратичный преобразователь напр жени содержит первый и второй квадрирующие полевые транзисторы 1 и 2, первый и второй источники смещени 3 и 4, масштабный преобразователь 5 ток-напр жение, первую и вторую входные шины 6 и 7, выход 8, шину 9 нулевого потенциала, с первого по четвертый масштабные резисторы 10...13, диод смещени 14, резистор смещени 15, токозадающий резистор 16, двупол рный источник 17 посто нного напр жени , первый и второй компенсирующие транзисторы 18, 19, первый и второй токоограничительные резисторы 20, 21. Работа устройства основана на нелинейном преобразовании входного переменного напр жени первым и вторым квадрирующими полевыми транзисторами 1 и 2 и компенсации погрешности с помощью первого и второго компенсирующих транзисторов 18 и 19 при больших амплитудах входного напр жени . 1 ил.The invention relates to devices with a quadratic amplitude characteristic and can be used in analog computers. The aim of the invention is to improve the accuracy of conversion with large input voltage amplitudes. The quadratic voltage converter contains the first and second quadrature field-effect transistors 1 and 2, the first and second bias sources 3 and 4, the current-voltage scale converter 5, the first and second input buses 6 and 7, output 8, the potential potential bus 9, s first to fourth large-scale resistors 10 ... 13, bias diode 14, bias resistor 15, current resistor 16, two-pole constant-voltage source 17, first and second compensating transistors 18, 19, first and second current-limiting resistors 20, 21. Device based operation and on the nonlinear conversion of the input AC voltage by the first and second quadrating field-effect transistors 1 and 2 and error compensation using the first and second compensating transistors 18 and 19 for large input voltage amplitudes. 1 il.

Description

Изобретение относитс к устройствам с квадратичной амплитудной характеристикой и можег быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.The invention relates to devices with a quadratic amplitude characteristic and can be used in analog computers.

Цель изобретени - повышение точно- сти преобразовани при больших амплитудах входного напр жени .The purpose of the invention is to improve the conversion accuracy at large input voltage amplitudes.

На чертеже изображена структурна схема квадратичного преобразовател напр жени ,The drawing shows a quadratic voltage converter circuitry,

Устройство содержит первый 1 и второй 2 квадрирующие полевые транзисторы, первый 3 и второй 4 источники смещени , масштабный преобразователь ток-напр жение 5, первую 6 и вторую входные шины, выход 8, шину 9 нулевого потенциала, с первого по четвертый масштабные резисторы 10- 13, диод 14 смещени , резистор 15 смещени , токозадающий резистор 16, двупол рный источник 17 посто нного на- пр жени , первый 18 и второй 19 компенсирующие транзисторы, а также первый 20 и второй 21 токоограничительные резисторы .The device contains the first 1 and second 2 square-effect field-effect transistors, the first 3 and second 4 sources of bias, the current-voltage scaling converter 5, the first 6 and the second input busbars, output 8, the potential potential bus 9, the first to fourth scaling resistors 10- 13, a bias diode 14, a bias resistor 15, a current-generating resistor 16, a two-polar DC voltage source 17, the first 18 and second 19 compensating transistors, and the first 20 and second 21 current limiting resistors.

Квадратичный преобразователь напр - жени работает следующим образом.A quadratic voltage converter operates as follows.

Если в устройстве используютс полевые транзисторы с n-каналом и погрешность устройства с ростом амплитуды преобразуемого напр жени увеличивает- с или если используютс полевые транзисторы с р-каналом и погрешность устройства имеет отрицательную величину при больших амплитудах преобразуемого напр жени , то компенсирующие транзи- сторы 20 и 21 должны быть р - п - р-типа. В остальных случа х следует использовать транзисторы п - р - п-типа.If the device uses field-effect transistors with an n-channel and the error of the device increases with increasing amplitude of the voltage being transformed, or if the field-effect transistors with the p-channel are used and the device error has a negative value at large amplitudes of the voltage being converted, then the compensating transistors 20 and 21 should be p - n - p-type. In other cases, n - p - n - type transistors should be used.

Переменное напр жение пр мой пол рности с первой входной шины 6 поступа- ет на сток первого квадрирующе о полевого транзистора 1. а входное напр жение обратной пол рности с второй входной шины 7 поступает на затвор транзистора 1 через первый источник 3 смещени . Эти напр же- ни преобразуютс первым квадрирующим полевым транзистором 1 в ток, который в общем случае содержит линейную и квадратичную составл ющую. Аналогично преобразуютс в ток напр жени с входных шин 6 и 7 вторым квадрирующим полевым транзистором 2. Управление двухпол рным напр жением по стоку и затвору квадриру- ющих полевых транзисторов 1 и 2 позвол ет увеличить их коэффициент передачи. Источ- ники 3 и 4 смещени позвол ют выбрать оптимальную рабочую точку полевыл транзисторов 1 и 2. При определенных напр жени х смещени источников 3 и 4 смещени линейные составл ющие токов полевыхThe alternating voltage of the direct polarity from the first input bus 6 arrives at the drain of the first quadrant of the field-effect transistor 1. And the input voltage of the reverse polarity from the second input bus 7 enters the gate of the transistor 1 through the first bias source 3. These voltages are converted by the first quadrating field-effect transistor 1 to a current, which in general contains a linear and a quadratic component. Similarly, the voltage from the input busbars 6 and 7 is converted to the second quadrating field-effect transistor 2. The control of the two-pole voltage across the drain and the gate of the quadrating field-effect transistors 1 and 2 allows increasing their transmission coefficient. The bias sources 3 and 4 allow you to select the optimal operating point of the field voltage of the transistors 1 and 2. At certain bias voltages of the bias sources 3 and 4, the linear components of the field currents

транзисторов 1 и 2 можно свести к нулю. Если эти линейные составл ющие не равны нулю, то они на входе масштабного преобразовател 5 ток-напр жение взаимно компенсируютс , а квадратичные составл ющие токов складываютс . Масштабный преобразователь 5 ток-напр жение преобразует квадратичную составл ющую входного тока в напр жение, пропорциональное квадрату мгновенного значени входного напр жени . Посто нна составл юща выходного напр жени масштабного преобразовател 5 ток-напр жение пропорциональна квадрату среднеквадратиче- ского значени переменного напр жени .transistors 1 and 2 can be reduced to zero. If these linear components are not equal to zero, then they at the input of the large-scale current-voltage converter 5 cancel each other out, and the quadratic components of the currents add up. The current-to-voltage converter 5 converts the quadratic component of the input current to a voltage proportional to the square of the instantaneous value of the input voltage. The constant component of the output voltage of the large-scale converter 5, the current-voltage is proportional to the square of the rms value of the alternating voltage.

При амплитудах входного сигнала больше 150 мВ квадратична составл юща вольтамперной характеристики полевых транзисторов отклон етс от квадратичной зависимости. На диоде 1 и смещени создаетс падение напр жени 0,6 В. С помощью масштабных резисторов 10 и 11 можно мен ть отрицательное напр жение смещени на базе первого компенсирующего транзистора 18. При большой положительной амплитуде на первой входной шине 6 и соответственно при большой отрицательной амплитуде на второй входной шине 7 первый компенсирующий транзистор 18 открываетс , а второй компенсирующий транзистор 19 заперт. Масштабные резисторы 10 и 11 выбираютс такими, чтобы первый компенсирующий транзистор 18 начал открыватьс при такой амплитуде положительного напр жени на первой входной шине 6, при которой по вл етс погрешность преобразовател . Через первый компенсирующий транзистор 18 начинает протекать ток от положительного импульса на первой входной шине 6, который вычитаетс из сигнального тока, поступающего через квадрирующие полевые транзисторы 1 и 2 на вход масштабного преобразовател 5 ток-напр жение. В результате уменьшаетс положительна погрешность при сравнительно малых амплитудах преобразуемого напр жени . При больших коэффициентах амплитуды преобразуемого напр жени подбора масштабных резисторов 10 и 11 может оказатьс недостаточно дл уменьшени погрешности. Дл уменьшени используетс первый токоограничительный резистор 20, с помощью которого можно ограничить компенсирующий ток первого компенсирующего транзистора 18 до такой величины, при которой погрешность при больших амплитудах преобразуемого напр жени будет сведена к минимуму.At amplitudes of the input signal greater than 150 mV, the quadratic component of the current-voltage characteristic of the field-effect transistors deviates from the quadratic dependence. A voltage drop of 0.6 V is created on diode 1 and bias. Using large-scale resistors 10 and 11, you can vary the negative bias voltage on the base of the first compensating transistor 18. With a large positive amplitude on the first input bus 6 and accordingly with a large negative amplitude on the second input bus 7, the first compensating transistor 18 is opened, and the second compensating transistor 19 is locked. The scale resistors 10 and 11 are chosen such that the first compensating transistor 18 begins to open at such an amplitude of positive voltage on the first input bus 6, at which the converter error appears. Through the first compensating transistor 18, a current from a positive pulse on the first input bus 6 begins to flow, which is subtracted from the signal current flowing through the quadrating field-effect transistors 1 and 2 to the input of the current-voltage scale converter 5. As a result, the positive error decreases with relatively small amplitudes of the voltage being converted. With large amplitude ratios of the voltage to be converted, the selection of scaling resistors 10 and 11 may not be enough to reduce the error. To reduce, a first current-limiting resistor 20 is used, with which it is possible to limit the compensating current of the first compensating transistor 18 to such a value that the error at large amplitudes of the voltage to be converted will be minimized.

При смене пол рности напр жени на первой и второй входных шинах 6 и 7 первый компенсирующий транзистор 18 заперт , а второй компенсирующий транзистор 19 открываетс при большой амплитуде преобразуемого напр жени .When changing the polarity of the voltage on the first and second input lines 6 and 7, the first compensating transistor 18 is locked, and the second compensating transistor 19 opens at a large amplitude of the voltage being converted.

С помощью подбора третьего и четвертого масштабных резисторов 12 и 13 и второго токоограничительного резистора 21 можно значительно уменьшить погрешность при больших амплитудах преобразуемого напр жени обратной пол рности.By selecting the third and fourth scale resistors 12 and 13 and the second current-limiting resistor 21, the error can be significantly reduced for large amplitudes of the reverse polarity voltage to be converted.

Claims

Invention Formula Quadratic voltage converter according to the authors St. Nfe 1308906, characterized in that, in order to increase the conversion accuracy at high input voltage amplitudes, the first and second compensating transistors, a two-pole constant voltage source, first and second current limiting resistors, a bias resistor, a bias diode, are introduced into it. , current-setting resistor, from the first to the fourth large-scale resistors;

a compensating transistor, the collector of which is connected to the first input of a large current-voltage converter and to the collector of the second compensating

the transistor, to the emitter of which the first terminal of the second limiting resistor is connected, the second terminal of which is connected to the second input bus, the base of the first compensating transistor is connected to the first terminals of the first and second large-scale resistors, the base of the second compensating transistor is connected to the first terminals of the third and fourth large-scale resistors, the second findings

the first and third scale resistors are connected to the first output of the bias resistor, the second terminals of the second and fourth scale resistors are connected to the first output current

the resistor, the second terminals of the bias resistor and the current-carrying resistor are connected respectively to the first and second output buses of a two-pole DC voltage source, a common bus

which is connected to the zero-potential bus, the first pin of the bias resistor through the bias diode is connected to the zero-potential bus.