SU993281A1 - Квадратор - Google Patents

Description

(5) КВАДРАТОР

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть исполы зовано в аналоговых вычислительных машинах, а также дл  предварительной обработки переменных сигналов.

Известен квадратор, использующий метод логарифмировани  сигналов Cl .

Недостатком квадраторов, выпЬлненных на основе этого метода,  вл етс  узкий частотный диапазон и зависимость частотного диапазона от динамического диапазона входного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  квадратор, работа которого основана на методе кусочно-линейной ,§ аппроксимации. Квадратор содержит выпр митель , вход которого  вл етс  : входом квадратора, ийтегратор, выход которого  вл етс  выходом квадратора, операционный усилитель, выход которо-зо го соединен с входом интегратора, резистивный делитель напр жени , краййие выводы которого подключены соот ветственно к стабилизированному ис- точнику питани  и к шине нулевого потенциала , шесть квадрирующих транзисторов , шесть токозадающих резисторов, выход операционного усилител  через резистор обратной св зи подключен к инвертирующему входу операционного усилител  и общей точке соединени  коллекторов первого и второго, третьего и четвертого, п того и шестого транзисторов, базы которых подключены к соответствующим выводам резистив ного делител  напр жени , а эмиттеры первого и второго, третьего и четвертого , п того и шестого транзисторов через соответствующие токозадающие резисторы и через резистор подключены к инвертирующему входу операционного усилител  С 2 3.

Поскольку данный квадратор основан наметоде кусочно-линейной аппроксимации , то-методическа  погрешность операции квадрировани  будет целиком зависеть от числа п участков аппрокси .мации. При п, стрем щемс  к бесконечности , методическа  погрешность стре митс  к нулю. Однако при увеличении участков аппроксимации существенно усложн етс  устройство и возрастает инструментальна  погр1ешность. Это св  зано с необходимостью стабилизации в широком частотном диапазоне как значений каждого участка аппроксимации, так и их наклона относительно текущих значений Входного напр жени . Необходимость нахождени  компромисса между методической и инструментальной погрешност ми существенно ограничивает точность и частотный диапазон квад ратора. Цель изобретени  - повышение точности и расширение частотного диапазона квадратора. Поставленна  цель достигаетс  тем что в квадратор, содержащий выпр митель , вход которого  вл етс  входом квадратора, интегратор, выход которого  вл етс  выходом квадратора, операционный усилитель, четыре токозадающих резистора, четыре квадрирующих транзистора, причем коллекторы первого и второго квадрирующих транзисторов объединены,, а база третьего и четвертого квадрирующих транзисторов соответственно через первый и второй токозадающие резисторы соединены со стабил11зированным источником питани  первый вывод третьего токозадающего резистора подключен к шине нулевого потенциала, а его второй вывод соеди нен с базой четвертого.квадрирующего транзистора, введены источник опорно го напр жени , генератор треугольного напр жени , сумматор и два источника образцового тока, причем входы сумматора подключены соответственно к выходу источника опорного напр жени  и генератора треугольного напр жени , а выход сумматора соединен с первым выводом четвертого токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилител , инвертирующий , вход которого соединен с выходом выпр мител , а выход операционного усилител  соединен с базами первого и второго квадрирующих транзисторов, эмиттеры первого и третьего, второго и четвертого квйдрирующих транзисторов объединены и подключены соответственно к первому и второму источникам образцового тока, коллектор трет его квадрирующего транзистора соеди нен с входом интегратора, коллектор четвертого квадрирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 приведена блок-схема квадратора; на фиг. 2 - временные диаграммы , по сн ющие его работу. Квадратор содержит выпр митель 1, операционный усилитель (ОУ) 2, источник 3 опорного напр жени  (ИОН), генератор треугольного напр жени  (ГНТ) 4, сумматор 5, квадрирующие транзисторы 6-Э, источники 10 и 11 образцового тока (ЙОТ), токозадающие резисторы 12-15. стабилизированный источник 16 питани , интегратор 17. Вход выпр мител  1 соединен с входом квадратора, а выход его подключен к инвертирующему входу ОУ 2, неинвертирующий вход коорого соединен непосредственно с коллекторами первого 6 и второго 7 транзисторов и через-четвертый токозадающий резистор 1 с выходом сумматора 5, один из входов которого подключен к выходу ГТН 4, а другой - к выходу ИОН 3- ВЫход ОУ 2 соединен с базами первого б и второго 7 транзисторов. Эмиттеры первого 6 и третьего 8 транзисторов соединены с выходом первого ЙОТ 10, а эмиттеры второго 7 И четвертого 9 квадрирующих транзисторов соединены с выходом второго ЙОТ 11. База третьего транзистора 8 через первый токозадающий резистор 12 и через второй токозадающий резистор 13 соединена с базой четвертого транзистора 9, а через третий токозадающий резистор 15 - с общей шиной устройства. База четвертого транзистора 9 через резистор О св зана с выходом стабилизированного источника 16 питани . Коллектор третьего 8 квадрирующего транзистора подключен к входу интегратора 17, а коллектор четвертого транзистора 9 соединен с общей шиной устройства. Квадратор работает следующим образом . Работа квадратора основана на методе кусочно-линейной аппроксимации. Точность квадратировани  данного устройства не зависит от количества участков аппроксимации. Это достигаетс  путем квадратичного выпр млени  суммы входного и вспомогательного сигналов треугольной формы. Квадратор имеет всего два участка аппрокси|Цации (фиг. 2) fO при O Vx-$0,5 2kVx1 при 0, где V - входное напр жение квадрато ра ; k - коэффициент пропорциональнос ти; Зц через третий квадрирующий транзистор 8. Амплитуда напр жени  VY треугольной формы прин та за 1 В соответствии с этим прот женность участков аппроксимации также равна 0,5 и 1 соответственно. Пусть в первоначальный момент вход ной сигнал равен нулю. В результате напр жение на неинвертирующем входе операционного усилител  2 тоже равна нулю. В этом случае транзисторы 6 и 7 открыты и токи 3о и Зоо полностью протекают через указанные транзистор и создают падение напр жени  Vp на четвертом токозадающем резисторе 1. Значение опорного напр жени  источника 3 опорного напр жени  задаетс  равным по значению t и противопо ложным по знаку. Стабилизированный источник Т6 напр жени  и токозадающие резисторы 12 и 15 создают необходимое смещение на базах транзисторов 8 и 9 Пусть измер емый сигнал имеет зна чение Uj (фиг. 2) и не успевает существенно изменитьс  за период напр  жени  и треугольной формы. Покажем, что среднее за период T-j- сигнала тре угольной формы напр жение .jj jравно Uj(. Запишем уравнение баланса напр  жений дл  точки А схемы квадратора Von-(3fe- 3iyRi4- UT(t)-/U(t), где 3g и 3- - токи через квадрирующие транзисторы 6 и 7 соответственно. Отсюда видно, что.любое изменение U,(t) приведет к изменению значений токов 3{j и 3-,, протекающих через резистор R. Это осуществл етс  путем перераспределени  токов 3 и 3-j через транзисторы 6, 8 и 7, 3 соответственно . При изменении входного напр жени  от О до 0,5 ток 3- перераспредел етс  между транзисторами 7 и 9 в соответст с формой изменени  U)((t) и при Ux(t)0,5 ток 3-J полностью протекает через транзистор 9. Аналогично перераспредел етс , ток 3(, через транзисторы 6 и 8 при изменении входного напр жени  от 0,5 до 1,5. Найдем значение напр жени  на интеграторе 17 за период напр жени  треугольной формы 3(t)at ( t).at Bbtx ТГ з. где Зйср- среднее значение тока за , интервал времени tn-t. Выразив Ор, и через значение входного наТт получим Ua пр жени  Uxi 8ЫXi Xt Из вышесказанного видно, что методическа  погрешность квадратировани  не зависит от числа участков аппроксимации , а св зана только с соотношением периодов TX входного сигнала и Т сигнала треугольной формы. При отноTX шении т стрем щемс  к бесконечност ти, методическа  погрешность стремитс  к нулю. Инструментальна  погрешность квадратора зависит от стабильности амплитуды генератора треугольной формы и стабильности источников 10 и 11 образцового тока, задающих . границы участков аппроксимации. По- скольку источники 10 и 11 образцового тока работают в статическом режиме, задача обеспечени  их необходимой ста .бильности не вызывает затруднений. Линейность аппроксимирующей функции и частотный диапазон квадратора будут определ тьс  только параметрами операционного усилител  2, а именно коэффициентом и полосой пропускани . Современные операционные усилители имеют коэффициент усилени  в несколько дес тков тыс ч и полосу пропускани  в несколько мегагерц, что вполне достаточно дл  обеспечени  погрешности нелинейности функции аппроксимации на уровне сотых долей процента и частотного диапазона квадратора в.несколько сотен килогерц. Технико-экономический эффект заключаетс  в получении квадратора большей точности и с более широким частотным диапазоном. формула изобретени  Квадратор, содержащии выпр митель, ход которого  вл етс .входом квадраора , интегратор, выход которого  в етс  выходом квадратору, операционый усилитель, четыре токозадающих езистора, четыре квадрирующих транистора , причем коллекторы первого и торого квадрирующих транзисторов объдинены , а базы третьего и четвертоо квадрирующих транзисторов соответтвенно через первый и второй токозаающие резисторы соединены со стабиизированным источником питани , первый вывод третьего токозадающего резистора подключен к шине нулевого потенциала , а его второй вывод соединен с базой четвертого квадрирующего тран зистора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  частотного диапазона, в него введены источник опорного напр жени , генератор треугольного напр жени , cyMMatop и два источника образ цового тока, причем входы сумматора подключены соответственно к выходу источника опорного напр жени  и генератора треугольного напр жени , а выход сумматора соединен с первым выводом четвертого токозадающего резисторы , второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилител , инвертирующий вход которого соединен с выходом выпр мител , а выход операционного усилител  соеди . (Jon 99 1 нен с базами первого и второго квадрирующих транзисторов, эмиттеры П;ервого и третьего, второго и четвертого квадрирующих транзисторов объединены и подключены соответственно к первому и второму источникам образцового тока, коллектор третьего квадрирующего транзистора соединен с входом интегратора , коллектор четвертого квадрирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. М., Советское радио, 1979, с. 179. 2.Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Т.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М., Радио и св зь, 1981, с. 111-112, рис. 3.326 (прототип ) .

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Квадратор, содержащий выпрямитель, вход которого является входом квадратора, интегратор, выход которого является выходом квадраторд, операционный усилитель, четыре токозадающих резистора, четыре квадрирующих транзистора, причем коллекторы первого и второго квадрирующих транзисторов объединены, а базы третьего и четвертого квадрирующих транзисторов соответственно через первый и второй токозадающие резисторы соединены со стабилизированным источником питания, пер993281

   Ί вый вывод третьего токозадающего' резистора подключен к шине нулевого потенциала, а его второй вывод соединен с базой четвертого квадрирующего транзистора, отличающийся тем, 5 что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него введёны источник опорного напряжения, генератор треугольного напряжения, сумматор и два источника образ-¹® цового тока, причем входы сумматора подключены соответственно к выходу источника опорного напряжения и генератора треугольного напряжения, а выход сумматора соединен с первым выво- 15 дом четвертого токозадающего резисторы, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом выпрямителя, а 20 выход операционного усилителя соедиθ нен с базами первого и второго квадрирующих транзисторов, эмиттеры первого и третьего, второго и четвертого квадрирующих транзисторов объединены и подключены соответственно к первому и второму источникам образцового тока, коллектор третьего квадрирующего транзистора соединен с входом интегратора, коллектор четвертого квадрирующего транзистора соединен с шиной нулевого потенциала.