SU898446A1 - Аналоговое делительное устройство - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, средствах св зи, измерительных комплексах и других радиоэлектронных устройствах дл  вычислени  результата делени  мгновенных значений двух входных напр жений.

Известно аналоговое делительное -устройство, основанное на принципе управлени  коэффициентом передачи четырехполюсника (усилител , аттенюатора) с помощью полевых транзисторов в качестве управл емых резисторов . В этом устройстве используетс  тот факт, что сопротивление канала полевого транзистора имеет обратно-пропорциональную .зависимость от напр жени  на затворе l.

Поскольку диапазон изменени  сопротивлени  канала мал (3-5 раз), то делительное устройство имеет

малый динамический диапазон входного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  аналоговое делительное устройство, содержащее два управл емых регистра , выполненных на полевых транзисторах , источники напр жений смещени , делимого и делител , три дифференциальных усилител , инвертиру10 ющий вход первого дифференциального усилител  соединен с источником напр жени  делител  и источником напр жеки  смещени , неинвертирующий вход первого дифференциального уси (S лител  подключен к шине нулевого потенциала, выход первого дифференциального усилител  подключен к пер вому управл емому резистору, источник напр жени  делимого подключен

20 к неинвертирун цему входу второго дифференциального усилител , инвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход к неинвертирующему входу третьего дифференциального усилител , инвертирующий вход третьего дифференциального усилител  через второй управл емь й регул тор подключен к пшне нулевого потенциала и через делитель напр жени  - к источнику

напр жени  делимого.

выход третьего дифференциального усилител  через согласующий резистор подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилител  Zj.

Недостатком этого устройства  вл етс  больша  дополнительна  погрешность от изменени  напр жени  смещени  k Дл  уменьшени  этой дополнительной погрешности приходитс  предъ вл ть высокие требовани  к стабильности источника смещени , что значителъно усложн ет его. Кроме того, температурна  компенсаци ,, обеспечиваема  дополнительным полевым транзистором , - неполна , так как он работает при нулевом смещении в отличие от основного полевого транзистора . И, наконец, положительна  обратна  св зь, обеспечивающа  большой динамический диапазон делительного устройства, осуществл етс  через дополнительньй операционный усилитель, в котором производитс  сумьшрование напр жени  делимого с напр жением обратной св зи. Наличие этого усилител  в петле обратной св зи вносит дополнительные фазовые сдвиги и изменени  амплитудно-частотной характеристики и, следовательно , снижает максимальную рабочую частоту делительного устройства и его точность.

Цель изобретени  - повышение точности делительного устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в аналоговое делительное устройство, содержащее первый сумматор , первый и второй управл емые резисторы, вьшолненные на полевых транзисторах дифференциальный усилитель , первый и второй масштабные резисторы, резистор отрицательной обратной св зи, источник напр жени  смещени , источник напр жени  делимого и источник напр жени  делител , выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второ вход которого подключен к неинвертирукщему входу дифферендиалвного усилител  и через первый маслптабный резистор - к выходу источника напр жени  делимого, третий вход первого сумматора подключен к выходу источника напр жени  смещени , выход первого сумматора подключен к управл клцему входу первого управл емого резистора, инвертирующий вход дифференциального усилител  через второй масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала и через резистор отрицательной обратной св зи - к выходу дифференциального усилител , неинвертирук ций и инвертирующий входы дифференциального усилител  через первый и второй управл емые резисторы соответственно подключены к шине нулевого потенциала, выход дифференциального усилител   вл етс  выходом устройства, введены второй сумматор и резистор положительной обратной св зи, включенньм между неинвертирукнцим входом и выходом дифференциального усилител , первый вход второго сумматора подключен к -выходу источника напр жени  смещени , второй вход второго сумматора подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител , а третий вход - подключен к шине нулевого потенциала, выход второго сумматора подключен к управл ющему входу второго управл емого резистора.

На чертеже приведена функциональна  схема аналогового делительного устройства.

Делительное устройство содержит первый управл емый резистор на полевом транзисторе 1, второй управл емый резистор на полевом транзисторе 2, первый масштабный резистор 3, второй масштабный резистор 4, резистор отрицательной обратной св зи 5, резистор положительной обратной св зи 6, дифференциальный усилитель 7, источник напр жени  делимого В, источник напр жени  делител  9, первый сумматор 0, второй сумматор П, источник напр жени  смещени  12.

Введение дополнительного сумматора приводит к тому, что первый управл емый резистор, выполненный на полевом транзисторе 2, помимо термокомпенсиру1сацих свойств приобретает свойства компенсации вли ни  изменени  напр жени  источника смещени . Кроме того, поскольку величины смещени  на затворах обоих полевых транзисторов станов тс  при введении дополнительного сумматора одинаковыми, то компенсаци  температурных изменений сопротивлени  канала второго полевого транзистора с помощью соответствующего температурного изменени  сопротивлени  канала первого полевого транзистора становитс  полной. Обесп1ечение поло жительной обратной св зи без дополнительного операционного усилител  повышает точность работы и расшир ет частотный диапазон делительного устройства из-за уменьшени  неравномерности амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик в канал обратной св зи. В качестве управл емых резисторо могут быть использованы транзисторы не только с р-каналом, но также и с п-канапом, а также любые транзисторы типа ЩП. В делительном устройстве резисторы 3 и 4, 5 и 6 попа но равны.Сток транзистора соедине с инвертирующим входом, а сток тран зистора 2-е неинвертирующим входо усилител  7. Истоки обоих транзисторов соединены с шиной нулевого по тенциала. Неинвертируюищи вход операционного усилител  7 соединен через резистор 3 с источником В напр  жени  (IL ) делимого, а инвертируюищй вход усилител  7 через резистор 4 соединен с шиной нулевого потенци ала, инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилител  7 соединены через резисторы 5 и 6 соответственно с выходом усилител  7. Выход усилител  7  вл етс  выходом делительного устройства. Напр жение и снимаетс  с источника 9 напр жени  делител . Полевые транзисторы 1 и 2 используютс  в режиме управл емых резисторов, когда проводимость канала (сток-исток) представл ет собой функцию управл ющего напр жени  затвор-исток. Параметры транзисторов 1 и 2 одинаковы . Затворы транзисторов 1 и 2 соединены с выходами сумматоров 10 и 11, которые формируют управл ющие напр жени  транзисторов 1 и 2. Первый вход сумматора 11 и третий вход сумматора 10 соединены с источником 12 напр жени  смещени . Вторые входы сумматоров 10 и 11 соединены со стоками транзисторов 1 и 2. Первый вход сумматора 10 соединен с источником 9 напр жени  делител , а третий вход сумматора 10 - с шиной нулевого потенциала. Все источники несимметричные, т.е. вторые зажимы их соединены с шиной нулевого потенциала. Все напр жени  в схеме отсчитываютс  относительно шины нулевого потенциала. Аналоговое делительное устройство работает следующим образом. Поскольку все элементы делительного устройства используютс  в линейном режиме, то число входных переменных можно сократить, если описывать работу делительного устройства его коэффициентом передачи Uv, Ё; где t масштабный коэффициент, имеющий размерность (вольт); (Jy - выходное напр жение делител . Видим, что, во-первых, коэффициент передачи  вл етс  функцией одного напр жени  U.(, следовательно, цепь параметрическа  и, во-вторых, обратный коэффициент передачи К 1/К должен быть пр мопропорционален напр жению делител  п, т.е. K i-JПокажем , что описываема  схема удолетвор ет соотношению II и, следовательдю , выполн ет функции делительного устройства. Предварительно выишем соотношени , описывающие рабоу сумматоров и полевых транзистоов . Сумматор 11 формирует напр жеие (ti ) затвор-исток транзистора jui , равное и..,...и.и 1 C де k ,k. ,Ц - коэффициенты передач сумматора I1 с соответствук цего входа на выход} Е - напр жение источни ка 12 смещени , и - напр жение сток-исток транзистора 1 . Аналогично сумматор 10 формирует апр жение (U... ) затвор-исток транистора 2, равное и. У 78 где напр жение сток-исток транзистора 2, а коэффициенты передач k , k и k обоих сумматоров одинаковы. Проводимость (J) канала полевого транзистора с управл ницим рп-переходом в омической области  вл етс  произведением трех сомножителей V (..о)Сг/То)Ф %v.Ue,G,,toT,)F(T|To)t- температура полевого транзистора, G.JOTJпроводимость канала полевого транзистора при VO . F() безразмерна  функци , определ юща  температур ную зависимость проводи мости канала безмерна  функци , опре делающа  зависимость про водимости канала полево го транзистора от напр  жений на его электродах отс напр жение отсечки (параметр полевого транзистора ) „ Заметим, что последнее слагаемое в квадратныхскобках выражени  ( определ ет нелинейные искажени , создаваемые полевым транзистором. Эти искажени  компенсируютс , если на затвор полевого транзистора к управ л ющему напр жению добавить половину напр жени  сток-исток, т.е. если положить в формулах It и IV коэффициент ,5. Найдем теперь коэффициент передачи делительного устройства, опред л емый коэффициентом передачи управ л емого усилител  от источника 8 на выход C,(.G + ) UK .,QfcVC,, где G ,G.,G ,G.,аи Gg-проводимост резисторов 1-6 соответ ственно. Положив в VI , Gg.G, получим выражение дл  обратного коэффициента передачи Gg.Gl . К Слъ Учитыва , что в практических хемах ()«G, получим приблиенное выражение дл  К k - 5 ( Л Раскрыв G. и G« на основании V с учетом III и IV и положив ,5, получим точное и приближенное значение л  К К-- -К UoTc- EcwHUoTC ,(0,Tb)1(T/To) К-5, fb-b УОТС- ЕСМ) Следовательно , масштабный коэффициент зависит от напр жени  смещени  (UoTc-1«iEcM) Это обсто тельство позвол ет подбирать масштабный коэффициент делительного устройства при настройке изменением смещени . Точное выражение IX показывает, что описываемое устройство выполн ет операцию делени  с масштабным коэффициентом I, завис щим от смещени  и в меньшей степени от температуры V CM iToXUxJU;(a II iCUcTC . , )Г(Т/То) Ни смещение, ни температура не мен ют выполн емой функции: выходное напр жение всегда обратно пропорционально напр жению делител  и пр мо пропорционально (вследствие линейности схемы) напр жению делимого. Измен етс  только масштабный коэффшщент . Применение предложенного делительного устройства позволит повысить точность аналоговых вычислительных комплексов в интервале температур О - (+50)с до 1-2% при динамическом диапазоне делительного устройства 1)|,,у 50-100. При этом не требуетс  эталонного источника смещени , так как вместо него можно использовать стабилизированное напр жение пита

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Аналоговое делительное устройство, содержащее первый сумматор первый и второй управляемый резисторы, выполненные на полевых транзисторах, дифференциальный усилитель, первый и второй масштабные резисторы, резистор отрицательной обратной связи, источник напряжения смещения, источник напряжения делимого и источник напряжения делителя, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и через первый масштабный резистор - к выходу источника напряжения делимого, третий вход первого сумматора подключен к выходу источника напряжения смещения, выход первого сумматора подключен к управляющему вёоду первого управляемого резистора, инвертирующий вход дифференциального усилителя через второй масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала и через резистор отрицательной обратной связи - к выходу дифференциального усилителя, j неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального усилителя через первый и второй управляемые резисторы соответственно подключены к шине нулевого потенциала, выход ;0 дифференциального усилителя является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены второй сумматор и резистор If положительной обратной связи, включенный между неинвертирующим входом и выходом дифференциального усилителя, первый вход второго сумматора подключен к выходу источника эд напряжения смещения, второй вход второго сумматора подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а третий вход - подключен к шине нулевого потенциала, 25 выход второго сумматора подключен к управляющему входу второго управляемого резистора.