SU790002A1 - Аналоговый логарифмический преобразователь - Google Patents

Description

1

Предлагаемый логарифмический преобразователь предназначен дл  использовани  в аналоговых вычислительных устройствах, в частности, устройствах умножени , делени , а также 5 в различных схемах информационноизмерительной аппаратуры г

Известны логарифмические преобразователи , использующие включение бипол рного транзистора в цепи обрат- О ной св зи операционного усилител  l.

Этим логарифмическим преобразовател м присущ недостаток, состо щий в том, что с увеличением входного тока вплоть до допустимых значений коллекторного тока увеличиваетс  погрешность передаточной характеристики преобразовател , и это  вл ние св зано с вли нием объемного сопро- 20 тивлени  транзистора г U . Увеличение же входного тока преобразовател  желательно не только с очкизрени  расширени  динамического диапазона входных сигналов, и оно, кро-25 ме того, ведет к увеличению быстродействи  данного преобразовател .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство, содержащее вклю-30

ченные последовательно входной масштабирующий резистор, операционный усилитель, первый масштабирующий резистор , выходной суммирующий усилитель , между входом и выходом которого включен первый операционный резистор , логарифмирующий транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно ко входу и выходу операционного усилител , дополнительный усилитель, выход которого через второй масштабирующий резистор соединен со входом выходного суммирующего усилител , между инвертирующим входом и выходом дополнительного усилител  включен второй операционный резистор, база логарифмирующего транзистора подключена к инвертирующему входу дополнительного усилител  2 .

Claims (2)

1. Недостатком данного устройства  вл етс  погрешность передаточной характеристики , обусловленна  вли нием объемного сопротивлени  базы транзистора г л, возникающа  от протекани  ток базы 3ft. Это напр жение приводит к отклонению напр жени  эмиттерного перехода транзистора от логарифмической зависимости и  вл етс  напр жением погрещности. При nowDitt дополнительного усилител , ко торый обеспечивает потенциал базы транзистора близкий к нулю, базовый ток преобразуетс  в напр жение, прот вофаз-ное по отношению к напр жению на эмиттере транзистора, и затем это напр жение вычитаетс  из общего сигн ла на выходном суммирующем усилителе При условии равенства операционного сопротивлени  дополнительного усилит л  и сопротивлени  г напр жение погрешности г компенсируетс  в выходном сигнале. Однако известно, что сопротивление г у транзисторов уменьшаетс  с возрастанием коллектор ного тока, и поэтому компенсаци  напр жени  погрешности выполн етс  лишь на относительно узком участке рабочей характеристики устройства , где сравнимы величины tgf и операционного резистора дополнительного усилител . Цель насто щего изобретени  повышение точности за счет уменьшени  погрешности передаточной характеристики преобразовател , работающего в широком динамическом диапазоне , путем многократного использовани  одного сравнительно точного, но узкого участка передаточной характеристики с одновременным формированием весовых коэффициентов. Поставленна  цель достигаетс  тем что аналоговый логарифмический преобразователь , содержащий входной масштабирующий резистор, подключенны первым выводом к входу преобразовате л , а вторым выводом - к входу операционного усилител , транзистор, включенный в цепь обратной св зи опе рационного усилител , и сумматор, пе вый вход которого соединен с выходом операционного усилител , дополнитель но содержит п (где 1л 1,2,3,,,п ) ключей, п + 1 весовых резисторов,п компараторов,п источников опорного напр жени  и ycилитeль-фopмиpoвaтeль причем входы исех ключей соединены с первым входом преобразовател  и с первыми входами всех компараторов выходы ключей через соответствующие (л зесовых резисторов соединены с вторым входного масштабирующего резистора, в.торые входы компаратороз соединены с источником опорного напр жени , выходы каждого комп ратора соединены с.управл ющим .входо соответствующего ключа, выхо.зы компаратора подключены к входам усилител -формировател , выход которого соединен со вторым входом сумматора и через h + 1 весовой резистор- с вторым выводом входного масштабирующего резистора. На чертеже представлена блок-схема аналогового, логарифмического преобразовател . устройство содержит операционный усилитель 1 с транзистором 2 и входным масштабирующим резистором 3, ключи (4 т 4)«, весовые резисторы 5 т 5,+, источники опорного напр жени  Е 1- ЕП () , компараторы КП „ (7, т 7„) , усилитель-формирователь 8, сумматор 9. В качестве компараторов и ключей могут быть использованы различные узлы и элементы современной схемоJexники , в том числе и в интегральном исполнении: операционные усилители , ключи на полевых транзисторах, на герконах и т.д. Устройство работает следующим образом. Передаточна  функци  преобразоваi тел  выражаетс  в общем виде как 1 значение входного сигнала, равное или больше единицы . Данную функцию можно представить по иному: -Ч,-(. И) где i 0,1,2,3.,.п V (1-10) .V, d-rlO) В соответствии с выражением (1) преобразователь должен иметь нелинейный элемент, в данном случае - логарифмирующий транзистор со сравнительно точным, хот  бы и узким, участком передаточной характеристики в диапазоне V -- (l7lO) . Если диапазон изменени  входного сигнала V i-vio презышает диапазон изменени  Уц , то устройство вырабатывает весовой сигнал, эбоз наченный i 0,l,2,3...Vi, который суммируетс  с сигналом нелинейного элемента и, таким образом, позвол ет реализовать преобразователь с широким динамическим диапазоном. В исходном состо нии ключи , включены, в результате чего параллельно резистору 3 подсоединены резисторы ,д, а на выходе усилител -формирозател  8 имеетс  нулевой потенциал . Это положение сохран етс  в сравнительно узком диапазоне изменени  входного сигнала V.,, при котором погрешность передаточной характеристики логарифмирующего транзистора минимальна, т.е. в диапазоне значений (l-rlO) . При достижении входным сигналом значени  V ю срабатывает первый компаратор 7 , выходной сигнал которого выключает ключ 4., (тем самым увеличивает эквивалентное сопротивление во входной цепи преобразовател ) и одновремен но с зтим заставл ет усилительфоЕ5мирователь 8 выработать на своем выходе напр жение, соответствующее весовому коэффициенту -i в уравнении (1). Аналогично с ростом входного сигнала срабатывают компараторы 7 7 при уровн х V , кратных значению 10, при этом транзистор при помощи ключей ,перёводитс  вновь на начальный участок своей рабочей характеристики , а на сумматор поступает с усилител -формировател  эквивалентный сигнал, равный значению S-g УЛ в максимальной точке характерис тики. Следовательно, на приведенной блок-схеме можно строить сравнительно точные и широкодиапазонные устрой ства на основе точного, но узкОдиапа зонного преобразовател . Преимущество предложенного аналогового логарифмического преобразова тел  по сравнению с известным сострит в следующем. В прототипе расшире ние динамического диапазона в сторону роста коллекторного тока приводит к увеличению погрешности передаточной характеристки, и поэтому необходимо уменьшить эту погрешность струк турными методами, что удаётс  сделат только частично, по той причине, что сЬпротивление нелинейно зависит от коллекторного тока, В данном лога рифмическом преобразователе используетс  многократно один и тот же, оптимальный с точки зрени  погрешности , участок логарифмической харак теристики таким образом, что при достижении максимума этого участка раб ча  точка переводитс  обратнона начало этого участка с одновременной компенсацией напр жени  выходного сигнала по причине уменьшени  коллекторного тока. В результате этого удаетс  реализовать логарифмический преобразователь с относительно малой погрешностью в широком динамическом диапазоне, так как погрешность от введени  в устройство таких узлов, как сумматоры и ключи может быть незначительна по сравнению с погрешностью самого нелинейного элемента и кроме,того, она легко нормируетс . По структурной схеме предложенного устройства можно реализовать р д унифицированных преобразователей с различными нелинейными зависимост ми и, с расширенным динамическим диапазоном входных сигналов. Формула изобретени  Аналоговый логарифмический преобразователь , содержащий входной масштабирующий резистор, подключенный первым выводом к входу преобразовател , а вторым выводом - к входу оп(рационного усилител , транзистор, включенный в цепь обратной св зи операционного усилител  и, сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  погрешности передаточной характеристики преобразовател , он дополнительно содержит п (где i l,2,3...h) клю:чей , м -(- 1 весовых резисторов, h компараторов,п источников опорного напр жени  и усилитель-формироват.ель, причем входы всех ключей соединены с первым входом преобразовател  и с Первыми входами всех компараторов, выходы ключей через соответствующие h весовых резисторов соединены с вторым выводом входного масштабирующего резистора, вторые входы компаратора соединены с источниками опорного напр жени , выходы каждого компаратора соединены с управл ющим входом соответствующего ключа выходы компараторов подключены к входам усилител формировател  , выход которого соединен со вторым входом сумматора и через (п + 1) весовой резистор - с вторым выводом входного масштабирующего резистора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Минеева Ю.В., Александрова А.С. Логарифмическое преобразование сигналов при помощи транзисторов. - Приборы и тех.ника эксперимента , 1968, 3, с. 96.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 579631, кл. G 06 а. 7/24 1977, (прототип),