SU980102A1 - Устройство дл выделени модул - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ

1

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике, в ча-стности к устройствам дл  вычислени  модул  (абсолютного значени ), т.е. функции вида , представленной в форме электрического сигнала , и может быть использовано в умножител х частоты, квадраторах и прочих функциональных преобразовател х, перёмножител х аналоговых сигналов, вычислительных модул х многомерных функций, а также в измерительной технике двухполупериодного выпр мител .

Известны устройства дл  выделени  модул , содержащие операционные усилители , диоды и резисторы, построенные по типу коммутации цепей прохождени  входного сигнала в зависимости от его пол рности на инвертирующий или на неинвертирующий входы дифференциального операционного усилител  Г 1 Ъ

Дл  уменьшени  погрешностей, вно-. симых элементами коммутации (диода и ), В таких устройствах обычно примен ют либо цепи типа прецизионный диод, либо цепи компенсации погрешности , содержащие диод,,однотипный с коммутирующим.

При использовании цепи прецизион ный диод устройство дл  выделени  модул  получаетс  слишком сложным, и относительно медленнодействующим, так как обычно содержит два операционных усилител , причем один из них работает как в линейном, так и в переключ ющем режимах, что неблагопри тно дл  быстродействи .

Устройства же с одним операционным усилителем, как правило, либо не имеют провода, общего дл  входного и выходного сигналов, либо обладают неодинаковыми и высокими выходными сопротивлени ми дл  разнопол рных входных сигналов.

Claims (2)

1. В устройствах дл  выделени  модул , использующих принцип компенсации погрешностей, услови  компенсации либо неодинаковы дл  инвертирующей и неинвертирующеи цепей прохождени  .сигнала, либо завис т от нагрузки. Кроме того, погрешности известных устройств дл  выделени  модул  содержат составл ющую, возникающую из-за неодинаковости проводимостей, подключенных к входам дифференциальных операционных усилителей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устрой ство дл  выделени  модул , содержащее дифференциальный,усилитель, два коммутирующих диода, компенсирующий диод и п ть масштабных резисторов, р-азноименные электроды коммутирующих .диодов объединены и  вл ютс  входом устройства, вторые электроды подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилител  и соответственно к первым выводам третьего и. четвертого масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены шине нулевого потенциала, в цепь отрицательной обратной св зи дифференциального усилител  включены последова тельно соединенные п тый масштабный .резистор и компенсирующий диод, выход дифференциального усилител   вл етс  выходом устройства 2.. Недостатками прототипа  вл ютс  низкие точность, надежность и быстродействие , а также высокий уровень собственных шумов. Все составл ющие, складыва сь, делают погрешность формировател  мод л  неприемлемо .высокой. Кроме того, схема прототипа не допускает использовани  более совершенных чем пр мосмещенные р-п переходы , коммутирующих элементов. В ча стности, обратносмещенные эммитерные р-п переходы интегральных транзисторов , обладающие более резким изломом вольтамперной характеристики и лучшей температурной стабильностью , нельз  использовать из-за невозможности компенсации их относи тельно большего (несколько вольт) напр жени  открывани . Другой недостаток известного устройства - высокий уровень собственных шумов. В окрестност х нул  вхоиного сигнала, когда все диоды заперты и цепь отрицательной обратной св зи практически разомкнута, операционный усилитель усиливает св собственные шумы. Кроме того, каждь1 запертый ДИОД также  вл етс  источником шумового тока, быстро возрастающего с повышением температуры. Сумма указанных токов также приложена к входу усилител , В результатеуровень шумов на выходе оказываетс  неприемлемо высоким, что сильно сокращает область применени  известного устройства. Шумы операдионного-усилител  содержат составл ющую вида 1/f, определ ющую временной дрейф усилител , то есть напр жение смещени  .нул  с течением времени может измен тьс  по величине и мен ть знак. При анализе погрешностей указывалось, что это может привести к резкому возрастанию погрешности формировател , то есть к отказу, что свидетельствует о недостаточной надежности известного формировател  модул . Прототип характеризуетс  быстродействием . Выше указывалось, что сопротивление диодов в окрестности, нул  входного сигнала увеличиваетс  на несколько пор дков. На столько же увеличиваетс  посто нна  времени цепи обратной св зи операционного усилител  и, следовательно, полоса пропускани  .частотной характеристики известного устройства резко сокращаетс , а быстродействие ухудшаетс . Кроме того, возможность режима насыщени  операционного усилител , характерна  дл  известного формировател , может привести к дополнительной задержке сигнала на врем , требующеес  дл  переключени  усилител  в линейный режим. Цель изобретени  - повышение точности , надежности и быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  выделени  модул , содержащее дифференциальный усилитель, первый и второй коммутирующие диоды, компенсирующий диод и п ть масштабных резисторов, один электрод первого коммутирующего диода  вл етс  входом устройства, а другой электрод через первый масштабный резистор подключен к первому выводу второго масштабного резистора и к неинвертирущему входу дифференциального усижтел , первый вывод третьего масштабного резистора подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител , выход кото5 рого  вл етс  выходом устройства, вторые выводы второго и третьего ма штабных резисторов объединены,введен источник опорного напр жени , один электрод второго коммутирующего диода подключен к шине первого потенциала, а другой электрод подключен к первому выводу первого мас штабного резистора, причем первый и второй коммутирующие диоды включены встречно, один электрод компенсирующего диода подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител , а другой - к первымвыводам четвертого и п того масштабных резисторов , вторые которых под ключены соответственно к входу и выходу устройства, выход источника опорного напр женит подключен к объ единенным выводам второго и третьего масштабных резисторов. Устройство дл  выделени  модул  приведено на чертеже. Устройство дл  выделени  модул  содержит масштабные резисторы 1-5 коммутирующие диоды 6 и 7, компенсирующий диод 8,дифференциальный ус литель 9, источник 10 опорного напр жени . Такое включение элементов схемы, какое показано на чертеже, позвол ет во много раз сократить диапазон изменени  рабочих токов диодов, ис ключить возможность режима насыщени операционного усилител  и поддерживать одинаковыми проводимости, по ключенные к его входам, что в совокупности приводит к повышению точно сти, надежности,быстродействи  и снижению шумов формировател . Дл  оптимальной компенсации неидеальностей коммутирующих диодов необходимо обеспечить равенство и относительную стабильность токов, протекающих через коммут лрующие 6 и 7 и компенсирующий 8 диоды, во всем диапазоне изменени  входного сигнала. .Услови  равенства токов ле ко выполн ютс  при выборе резистора 3 равным резистору k и обеспечений равенства проводимости резистора 1 полной проводимости, подключенной к аноду компенсирующего диода 8. Выполнение указанных условий, оч видно, обеспечивает также, соблюдение условий равенства проводимостей подключенных к входам дифференциального усилител . 26 Устройство дл  выделени  модулл работает следующим образом. Полагаем, что устройство осуществл ет преобразование К|КГ где X - входной сигнал, У - выходной сигнал, К - коэффициент передачи, без усилени , т.е. при . Этому соответствуют соотношени  резисторов: R,, где R - сопротивление резистора 1, R, - сопротивление резистора 2, R - сопротивление резистор.а 3 R4 - сопротивление резистора 4, Rg - сопротивление резистора 5. Очевидно, такие соотношени  резисторов не нарушаютусловий баланса входных проводимостей -J--JL л 2. Р-5 . А и токов диодов, что свидетельствует об отсутствии в данном устройстве одной из составл ющих погрешностей, характерной дл  прототипа. При пересечении входным сигналом нулевого уровн  неинвертирующий вход дифференциального усилител  с помощью коммутирующих диодов 6 и 7 подключаетс  либо к входу устройства, либо к нулевой шине, инвертирующий вход дифференциального усилител  подключен к входу устройства посто нного . Компенсирующий диод 8, однотипный с коммутирующим, открыт независимо от пол рности ВХОДНОГОсигнала. При отрицательном входном сигнале коммутирующий диод 6 запираетс , коммутирующий диод 7 открываетс . Устройство работает как инвертор с коэффициентом передачи . При положительном входном сигнале коммутирующий диод 6 открываетс , а кс)ммутирующий диод 7 закрываетс , сигнал поступает на неинверирующий вход и, так как соблюдено авенство проводимостей на входах, силиваетс  с коэффициентом , Так как положительный сигнал потупает также и на инвертирующий ход, то выходной сигнал формироваел   вл етс  разностью )-Таким образом, устройство инверирует отрицательные входные сигуалы и передает без изменени  положительные , т.е. реализует преобразова ние Изобретение по сравнению с известным устройством обладает, повышенной точностью, некоторые .составл ющие погрешности, характерные дл  прототипу, полностью скомпенсированы , а другие значительно уменьшены и стабилизированы, Другим достоинством предлагаемого устройства  вл етс  низкий.уровень собственных шумов. Цепь отрицательной обратной св зи дифференциального усилител  всегда замкнута , поэтому эффект усилени  собственных шумов отсутствует, кроме того , шумовой ток закрытого коммутирующего диода шунтируетс  низким сопротивлением открытого коммутирующего диода. Кроме того, предлагаемое устройство характеризуетс  повышенной надежностью , достигнутой благодар .ис ключению возможности ослаблени  и размыкани  цепи отрицательной обрат ной св зи дифференциального усилител . Устройство имеет высокое быстродействие , независимость от. уровн  входного сигнала, Так как цепь обратной св зи дифференциального усилител  всегда замкнута и не иамен ет своих параметров, то частотные и .временные параметры устройства полностью определ ютс  соответствующими параметрами примен емого операционного усилител , охваченного глубокой, отрицательной обратной св зью, to есть достаточно в соки (полоса пропускани  - сотни кГц - единицы МГц) . Следует отметить, предлагаемое устройство дл  выделени  модул  может одновременной усиливать обрабатываемый сигнал, TO есть функционировать с коэффициентом К71. Дл  установки нужного Коэффициента можно использовать любой известный способ , например, ввести в цепь обратной св зи делитель либо изменить соотношени резистора обратной св з с.входными резисторами. В любом слу , чае следует соблюсти равенство проводимостей , подключенных к входам усилител . Предлагаемое устройство дл  выде ни  модул  может также инвертироват обрабатываемый сигнал, то есть функционировать при . Дл  этого достаточно изменить пол рности включени  диодов и источника опорного напр жени  на обратные. Экономический эффект от использовани  изобретени  обусловлен его техническими особенност ми. Формула изобретени  Устройство дл  выделени  модул , содержащее дифференциальный усилитель , первый и второй коммутирующие диоды, компенсирующий диод и п ть масштабных.резисторов, один электрод первого коммутирующего диода  вл етс  входом устройства, а другой электрод через первый масштабный резистор подключен к первому выводу второго масштабного резистора и к неинвертирующему входу дифференциального усилител , первый вывод третьего масштабного резистора подключен.к инвертирующему входу дифференциального усилител , выход которого  вл етс  выходом устройства, вторые выводы второго и третьего масштабных .резисторов объединены, о тличающеес  тем, что| с целью повышени  точности, быстродействи  и надежности устройства, в него введен источник опорного напр жени , один электрод второго коммутирующего диода подключен к шине нулевого потенциала, а другой электрод подключен к первому выводу первого масштабного резистора, причем первый и второй коммутирующие диоды включе- ны встречно, один электрод компенсирующего диода подключен к инвертирующему входу дифференциального усили- тел , а другой - к первым выводам чет вертого и п того масштабных резисторов , вторые выводы которых подключены соответственно к входу и выходу устройства, выход источника опорного напр жени  подключен к объединенным выводам Btoporo и третьего масштабных резисторов, I Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Шило А.В. Линейные интегральные схемы. М., Советское радио, 1979, с. 186-187.
2. 2. Радио, телевидение, электроника , 1979, Vf 10, с. 17, НРБ,