SU813465A1

SU813465A1 - Analogue exponental converter

Info

Publication number: SU813465A1
Application number: SU792743710A
Authority: SU
Inventors: Радислав Васильевич Бегота
Original assignee: Львовский Ордена Ленина Политехни-Ческий Институт
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1981-03-15

Description

Изобретение предназначено дл использовани в вычислительных устройствах , в частности в устройствах умножени , делени а также в различных схемах информационно-измерительной аппаратуры. Известен аналоговый экспоненциаль ный преобразователь, к::пользующий включение бипол рного транзистора по трехполюсной схеме н входе операционного усилител l . Недостаток данного преобразовател состоит в том, что с увеличением входного тока вплоть до допустимых значений коллекторного тока увеличиваетс погрешность воспроизведени , заданной функциональной характеристи ки и это вление св зано, главным об разом, с вли нием объемного сопротив лени базы транзистора Tg . Работа экспоненциатора при больших значени х коллекторного тока желательна не только с точки зрени расширени динамического диапазона входных сигналов , но и дл повышени быстродействи данного преобразовател . Наиболее близким к предлагаемому вл етс преобразователь, содержащий первый операционный усилитель, ко входу которого подключен- коллектор антилогариЛмирук чего транзистора, выход операционного усилител соединен с выходом преобразовател , инвер ТИРУЮ1ДИЙ и суммируюпий усилители, второй вход суммирующего усилител подключен ко входу преобразовател , выход суммирующего усилител соединен с эмиттером антилогарифмирующего транзистора, база которого присоединена ко входу инвертирующего усилител 7. Недостатком данно о аналогового экспоненциального преобразовател вл етс то, что суммирующий и инвертирующий усилители вместе с антилогарифмирующим транзистором образуют цепь положительной обратной св зи, котора характеризуетс нестабильностью параметров во времени и при определенных услови х может быть причиной возникновени генерации электрических сигналов в этом устройстве, т. е. причиной выхода преобразовател из режима работы.. Кроме того, в данном преобразователе не устран етс погрешность воспроизведени Функциональной характеристики, вызванна нарушением услови равенства нулю напр жени коллекторного перехода. Действительно, в соответствии с уравнени ми Эберса-Молла выражение дл коллекторного тока | бипол рного транзисСгора с заземленной базой имеет вид Усе V- K ts - ce e- b 4 -). напр жение между базой-эмиттером и базой колле к тором; .g - токи насыщени эмитте ра и коллектора Л.,Н - коэффициенты передачи тока в нормальном режиме ; коэффициент, учитывающий несобранные со ставл ющие тока в цеп базы; температурный потенци ал, равный-. Если выполнить условие ,g О, то уравнение {) преобразовываетс в м V-VES - VES- S«( где J и Ч-г - посто нные коз хЪициенты , завис щие от темпе ратуры и требующие мер термокомпенсации. Потенциалы коллектора и базы анти логарифмирующего усилител практичес ки равны нулю за счет глубокой отрицательной обратной св зи операционно го и инвертирующего усилителей, т. е напр жение У О, что дает возможность реализовать уравнение (2). Экс поненциальна зависимость коллекторного тока 3(, от напр жени Vg,g дл данного режима справедлива до значе ни Зс-100 МА в случае применени маломощных транзисторов и с ростом тока Зс нарушаетс в силу того, что начинает сказыватьс падение напр жени V Зь г1 . Это напр жение вл етс напр жением погрешности, так как в соответствии с Т-образными схемами замещени транзистора напр жение база-эмит тер Vjg антилогариЛмирующего транзистора можно представить в виде сум мы напр жений база- эмиттер идеального транзистора Vi,. и напр жени V I IDC Ч-ъ VBE ПЕ + Jfe-i Tln(|)+Jt,r;. Так как потенциал базы антилогарифмирующего .транзистора практически равен нулю, то напр жение t приводит к смещению коллекторного перехода на величину V 3f, г| , а вследствие этого и к отклонению пере даточной характеристики транзистора от чисто экспоненциальной зависимое-, ти и это отклонение св зано как с аддитивным вли нием составл ющей напр жени 3 г | в уравнении (3), тагк как и с вли нием членов уравнени (1), содержащих выражение V. Зу, г i О , и это последнее вли ние в известном преобразователе не устран етс . Таким образом, эти две причины - положительна обратна св зь отклонение от нул напр жени коллекторного перехода с ростом коллекторного тока в конечном итоге привод т к увеличению погрешности функциональной характеристики преобразовател . Цель изобретени - уменьшение погрешности Функциональной характеристики аналогового экспоненциального преобразовател . Поставленна цель достигаетс тем, что аналоговый экспоненциальный преобразователь , содержащий первый операционный усилитель с параллельно включенным масштабным резистором, первый антилогариФмирующий транзистор и второй операционный усилитель с параллельно включенным масштабным резистором, причем ко входу первого операционного усилител подсоединен коллектор первого антилогарифмирующего транзистора, а выход основного операционного усилител соединен с выходом преобразовател , дополнительно содержит вспомогательный антилогарифмирующий транзистор, у которого параметры идентичны параметрам первого антилогарифмирующего транзистора, причем эмиттеры двух антилогари 1)мируК1ЩИХ транзисторов соединены друг с другом и со входом преобразовател , коллектор второго антилогарисЬмирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, а его база соединена со входом второго операционного усилител , выход которого соединен с базой первого антилргарифмируюи..его транзистора. На Лиг. 1 представлена блок-схема аналогового экспоненциального преобразовател - на Фиг. 2 - Функциональные характеристики преобразовател . Устройство содержит первый антилогарифмирующий транзистор 1, первый операционный усилитель 2 с масштабным резистором 3, второй антилогариФмирующий транзистор 4, второй операционный усилитель 5 с масштабным резистором б. Входом и выходом преобразовател вл ютс выводы 7 и 8-соответственно . Устройство работает следующим образом . С увеличением входного сигнала, который поступает на эмиттеры антилогариФмирующих транзисторов .1 и 4, увеличиваютс коллекторные токи этих антилогарифмирующих транзисторов и Jc4/ а вместе .с ними растут напрйжени погрешности V-, 1 rj и V U- ЬА. протекает через масштабный резистор 6 и при равенстве сопротивлений r{j и масштабного резистора 6 на выходе второго операционного усилител 5 действует полох;ительное по знаку напр жение Vj V. 1134 i)4 которое Находитс в противолазе по отношению к напр же (фиг. 2), в силуThe invention is intended for use in computing devices, in particular, in multiplication and division devices, as well as in various information-measuring equipment circuits. An analogue exponential converter is known, k :: using a bipolar transistor on in a three-pole circuit on the input of an operational amplifier l. The disadvantage of this converter is that with an increase in the input current up to the permissible values of the collector current, the reproduction error increases, given a functional characteristic, and this phenomenon is mainly due to the influence of the volume resistance of the transistor base Tg. The operation of the exponentiator with large values of the collector current is desirable not only from the point of view of expanding the dynamic range of the input signals, but also to increase the speed of this converter. Closest to the proposed is a converter containing a first operational amplifier, to the input of which an anti-log collector is connected, where the transistor is connected, the output of the operational amplifier is connected to the output of the converter, the inverter TIRU1DI and summed amplifiers with the emitter of an anti-logarithmic transistor, the base of which is connected to the input of an inverting amplifier 7. The disadvantage is an analogue An exponential transducer is that the summing and inverting amplifiers, together with the anti-logarithm transistor, form a positive feedback circuit, which is characterized by instability of the parameters in time and under certain conditions can cause the generation of electrical signals in this device, i.e. the output the converter from the operation mode. In addition, this converter does not eliminate the reproduction error of the Functional characteristic caused by violation of the condition of equality to zero of the collector junction voltage. Indeed, in accordance with the Ebers-Moll equations, the expression for the collector current | bipolar transissSgor with a grounded base has the form of a whisker V- K ts - ce e- b 4 -). voltage between the emitter base and the base to the torus; .g is the saturation currents of the emitter and collector L., H is the current transfer coefficients in normal mode; coefficient taking into account unassembled current components in the base circuit; temperature potential equal to -. If the condition, g O, is satisfied, then the equation {) is converted into m V-VES - VES-S ' (where J and H-g are constant goat patients depending on temperature and requiring temperature compensation measures. The potentials of the collector and the base The logarithm amplifier is practically zero due to the deep negative feedback of the operational and inverting amplifiers, i.e., the voltage is VO, which makes it possible to implement equation (2). An exponential dependence of the collector current 3 (, on the voltage Vg, g for this mode is valid to the value of ZS-100 MA in s when using low-power transistors and with increasing current, the SC is violated due to the fact that the voltage drop V V r1 begins to affect. This voltage is the error voltage, as in accordance with the T-shaped replacement circuit of the transistor the base-emitter voltage is Vjg of an anti-logging transistor can be represented as a sum of base-emitter voltages of an ideal transistor Vi, and a voltage VI IDC P-VBE PE + Jfe-i Tln (|) + Jt, r ;. Since the potential of the base of the anti-logarithmic transistor is practically zero, the voltage t leads to a shift of the collector junction by the value of V 3f, g | and, consequently, to the deviation of the transfer characteristic of the transistor from a purely exponential dependent, this deviation is associated as an additive effect of the component voltage of 3 g | in equation (3), the same as with the influence of the terms of equation (1) containing the expression V. Su, r i O, and this last influence in the known converter is not eliminated. Thus, these two reasons — positive feedback — the deviation from zero of the voltage of the collector junction with increasing collector current ultimately leads to an increase in the error in the functional characteristics of the converter. The purpose of the invention is to reduce the error of the Functional Characteristic of an analog exponential converter. The goal is achieved by the fact that an analogue exponential converter containing a first operational amplifier with a parallel-connected large-scale resistor, a first anti-logger transistor and a second operational amplifier with a parallel-connected large-scale resistor, and the collector of the first anti-logarithmic transistor connected to the input of the first operational amplifier connected to the output of the converter, additionally contains auxiliary antilo an arithmetic transistor, whose parameters are identical to those of the first anti-logging transistor, with the emitters of two anti-logs 1) connected to each other and to the converter input, the collector of the second anti-logging transistor is connected to the bus of the second potential amplifier, and its base is connected to the input of the second operational amplifier, output which is connected to the base of the first anti-irrim. and its transistor. On league. 1 shows a block diagram of an analog exponential converter — FIG. 2 - Functional characteristics of the converter. The device contains the first anti-logarithm transistor 1, the first operational amplifier 2 with the large-scale resistor 3, the second anti-logger-1 fusing transistor 4, the second operational amplifier 5 with the large-scale resistor b. The input and output of the converter are pins 7 and 8, respectively. The device works as follows. With an increase in the input signal, which goes to the emitters of anti-logging transistors .1 and 4, the collector currents of these anti-logarithmistransistors and Jc4 / a increase. Together with them, the error voltages of V-, 1 rj and V U-бА increase. flows through the scale resistor 6 and with equal resistances r {j and the scale resistor 6 at the output of the second operational amplifier 5 acts poloh; the sign voltage Vj V. 1134 i) 4 which is in opposite position with respect to the voltage (Fig. 2 ), by virtue of

нию V 3,V 3,

frifri

чего напр жение коллекторного перехода первого антилогарифмируюмего транзистора 1 будет определ тьс выражеемthe voltage of the collector junction of the first anti-log transistor 1 will be determined by

Зъ-, .. (4)Зъ-, .. (4)

%-,-V .% -, - V.

с известным приближением считать , что транзисторы, технологически выполненные в одном монокристалле, имеют идентичные параметры (различие параметровподобных серийных транзисторов не превышают 1.0%) и в этомслучае напр жени V и V. равными соответственно , напр жение коллекторного перехода VCB- что, таким образом, приводит к повышению точности передаточной характеристики устройства.with a known approximation, it is assumed that transistors technologically made in one single crystal have identical parameters (the difference of parameters of similar serial transistors does not exceed 1.0%) and in this case the voltages V and V. are equal, respectively, the voltage of the collector junction VCB; leads to an increase in the accuracy of the transfer characteristics of the device.

Преимущество предлагаемого аналогового экспоненциального преобразовател по сравнению с известным состоит в том, что введение в известное устройство второго антилогарифмирующего транзистора, наход щегос в одном кристалле с первым антилогарилмирую1ЦИМ транзистором, компенсирует напр жение погрешности 3ot-|j первого антилогарифмирующего транзистора и тем самым уменьшает погрешность функциональной характеристики преобразовател . При этом устран ютс два недо статна, присущих устройству, а именно цепь положительной обратной св зи и неравенство нулю напр жени коллекторного перехода, которые уменьшали точность устройства. На фиг. 3 представлены экспериментальные Функциональные характеристики аналогового экспоненциального преобразовател MO f(V) дл случа , когда база первого антилогарифмирук цего транзистора 1 заземлена (граЛик 1} и дл The advantage of the proposed analogue exponential converter as compared to the known one is that the introduction of a second anti-log transfer transistor into a known device, which is in the same chip as the first anti-log transfer CIM transistor, compensates for the error voltage 3ot- | j of the first anti-log transfer transistor, and thereby reduces the error of the functional function converter In this case, two inadequacies inherent in the device, namely a positive feedback circuit and zero voltage of the collector junction, which reduce the accuracy of the device, are eliminated. FIG. 3 shows the experimental functional characteristics of the analog exponential converter MO f (V) for the case when the base of the first anti-log of the transistor 1 is grounded (GraLik 1} and for

преобразовател , построенного по за вл емой блок-схеме Лиг. 1 (график 2) Из графиков видно, что за вл емый преобразователь существенно уменьша-, ет относительную погрешность функциональной характеристики, а именно со значени 40 до 0,1%. Кроме того-, данный преобразователь имеет меньшее количество операционных усилителей по сравнению с известным (два вместо трех), что вл етс экономически целесообразно .Converter built according to the claimed flowchart Lig. 1 (graph 2) From the graphs it can be seen that the inventive transducer significantly reduces the relative error of the functional characteristic, namely from 40 to 0.1%. In addition, this converter has a smaller number of operational amplifiers compared to the known (two instead of three), which is economically feasible.

Claims

1. Corne G. and Korn T. Electronic analog and analog-digital computers, Mir, 1967, p. 315, 316, fig. 6.29.

five

2. USSR author's certificate number 584312, cl. G 06 G 7/24, 1976 (prototype).