Преобразователь электрического напряжения в ток

 

Использование: в электроизмерительной технике для преобразования двух напряжений в ток, пропорциональный их произведению . Сущность изобретения: преобразователь содержит операционный или дифференциальный усилитель 1, биполярный транзистор 2 n-p-п или p-n-р типа, полевой транзистор 3, биполярный транзистор 4 противоположного типа проводимости , переменный оезистоо 5. инвертор б, нагрузку 7, источники питания 8,9, эмиттерные повторители 10, 11, делитель напряжения 12, разделительный конденсатор 13, усилитель 14. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1 ;:: г ц@ г ii $-g:, ú а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785561/21 (22) 22,01,90 г (46) 23,05,93. Бюл.М 19 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) Г.Я,Зеленов (56) Хоровиц П„Хилл Х, "Искусство схемотехники". M., "Мир", 1984, т.1, с,365. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТОК (57) Использование: в электроизмерительной технике для преобразования двух на-

„„5U„„1817030 Al пряжений в ток, пропорциональный их произведению. Сущность изобретения: преобразователь содержит операционный или дифференциальный усилитель 1, биполярный транзистор 2 и — р — п или р — и — р типа, полевой транзистор 3, биполярный транзистор 4 противоположного типа проводимости. переменный оезистоо 5. инвертор 6, нагрузку 7, источники питания 8, 9, эмиттерные повторители 10, 11, делитель напряжения 12, разделительный конденсатор 13, усил ител ь 14. 2 з.п.ф-л ы, 2 ил.

1817030

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для умножения двух сигналов.

Цель изобретения — расширение области использования за счет обеспечения преобразования двух напряжений в ток, пропорциональный их произведению в широком динамическом и частотном диапазонах.

На фиг.1 и 2 показаны примеры выполнения предлагаемого решения. На чертежах приняты следующие обозначения: 1— операционный или дифференциальный усилитель, 2 — первый биполярный транзистор, 3 — полевой транзистор, 4 — второй биполярный транзистор, 5 — переменное сопротивление, 6 — инвертор (инвертирующий каскад), 7 — нагрузка, 8 — источник питания транзисторного каскада, 9 — дополнительный источник питания»(т), Vz(t) — первый и второй сигналы, задаваемые относительно земляной шины. 10, 11 — эмиттерные повторители, 12 — сопротивление делителя напряжения, 13 — разделительный конденсатор, 14 — усилитель второго сигнала Va(t). Здесь

V либо полюс дополнительного источника питания, либо полюс источника питания усилитель 1. Необходимо отметить, что на фиг.1 не обозначены схемы питания усилителя 1. Схемы питания усилителя 1 стандартные и указаны в справочниках по применению операционных или дифференциальных усилителей, которые зависят от типа применяемого усилителя, Выход усилителя 1 соединен с базой транзистора 2, эмиттер транзистора 2 соединен со стоком полевого транзистора 4, и с инвертирующим входом усилителя 1, исток полевого транзистора 4 соединен с земляной шиной, выход усилителя 1 соединен с входом инвертора 5, выход которого соединен с базой . транзистора 3, эмиттер транзистора 3 соединен с одним концом переменного сопротивления — 6, другой конец которого соединен с земляной шиной, коллектор транзистора 3 соединен с одним полюсом источника питания 9, другой полюс источника питания 9 соединен со вторым концом нагрузки 7, первый конец которой соединен с земляной шиной, коллектор транзистора 2 через источник питания 8 соединен со вторым концом нагрузки 7, один сигнал»(t) подан на неинвертирующий вход усилителя

1, другой сигнал V (t) подан на затвор полевого транзистора 4. На фиг.2 между выходом усилителя 1 и базой транзистора 2 включен эмиттерный повторитель 11, между выходом инвертора 5 и базой транзистора

3 включен змиттерный повторитель — 10. На затвор транзистора 4 подано напряжение смещения с выхода делителя напряжения—

13, на вход которого подано напряжение Чл.

Сигнал V2(t) подан на вход усилителя 12, выход которого через разделительный конденсатор 14 соединен с выходом делителя

13.

Устройство работает следующим образом (см.фиг.1), Первый сигнал»(т) подается на неинвертирующий вход усилителя 1, а с выхода усилителя 1 поступает на базу транзистора 2, между эмиттером которого и зем ляной шиной включен полевой транзистор

3. Благодаря тому, что эмиттер транзистора

2 соединен с инвертирующим входом усили"5 теля 1, обеспечивается глубокая отрицательная обратная связь и транзистор 2 открывается или закрывается таким образом, что на стоке полевого транзистора 3 поддерживается напряжение, равное»(с).

20 В результате по транзисторному каскаду, состоящему из элементов (2, 3, 7, 8) протекает ток

25 где Rps — сопротивление полевого транзистора в момент времени t между стоком и истоком. Но RDs зависит от напряжения, поданного между затвором и источником

Ves. Эта зависимость дается формулой 5.16, то есть г

35 йрз—

2lDs(Vcs — Vp) (2) где Vp — пороговое напряжение, IDs — ток стока при Чоs = О, 40 Vp u IDs являются параметрами и зависят от конкретного полевого транзистора.

Тогда формула (1) с учетом (2) преобразуется в выражение

45 (т)—

V2 или, заменяя Vgs íà Vz(t), получаем формулу тока

11(t)—

Vp — 2з .»(т)х

55 .

X V (t) — » (t) V, (3) 1817030

Таким образом, ток !1(т), протекающий через элементы 2, 3, 7, 8 (см,фиг.1 и 2), определяется формулой (3) и состоит иэ двух слагаемых: первое пропорционально произведению первого сигнала на второй и вто- 5 рого пропорционального первому сигналу.

Чтобы ток 1, протекающий через нагрузку 7 и равный

I I1+ !2, (4) 10 был пропорционален только произведению

Ч1() V2(t), необходимо добавить ток l2, который бы был такого знака, чтобы уничтожал второе слагаемое в (3) или (4), Для этого 15 добавляется цепь, состоящая из элементов

4, 5, 6 и 9. С помощью переменного сопротивления 5 ток подбирается ток, чтобы (5) Чр

2 Ins — (V, — V,.) "() (3) V1 (11)

I перемен. (6) а условие (7) на

ГДЕ перем. ВЕЛИЧИНа ПЕРЕМЕННОГО COl1PO тивления 5, 30

Из(5) и (6) следует, что второе слагаемое уничтожается при

Яп ре=

V — Чсм

2 !рз (7) а Чем напряжение, на которое смещается

35 затвор полевого транзистора. Тогда величина тока, протекающего по нагрузке — 7 (фиг,2), определяется при соблюдении (7 ), т.е, при компенсации протекающего через нагрузку тока при V2(t) = 0 из выражения

2 Iоз К

I V1(t)Ч2(t) Ч1(t) = 0 (Чр Чем ) V поперемен=

2Ьз (7) l=0 V1(t)<0, (19)

45 где К вЂ”. коэффициент усиления усилителя 14.

При выводе выражения (9) предлага. лось, что величина емкости 13 очень большая, Из (9) следует, что устройство уже

50 реагирует на величину знака Vz(t). Эмиттерный повторитель 10 и 11 (см,фиг 2) включены в схему в том случае, когда через транзисторы 2 и (или) 4 должны протекать большие токи, т.е, когда мощности усилителя не хва55 таетдля управления транзисторными каскадами.

Устройство, изображенное на фиг.2, работает аналогично устройству на фиг,1. Следует отметить, что частотный диапазон, в котором работает устройство, простирается

Рассматривая цепь: выход усилителя, элементы 6, 4, 5 следует, что

В случае выполнения условия (7) величина тока, протекающего через нагрузку (7), определяется как

2!03

= — Ч1(t) I V2(t) !, Ч1(t) 0

Vð (8)

I =О, V1(t) <О

При этом предполагается, что V2(t) < 0 для полевого транзистора с р-и переходом и каналом и-типа и V2(t) > 0 с каналом р-типа, Из выражения (8) следует, что устройство на фиг.1 реагирует только на положительные составляющие сигнала V1(t). При изменении типа транзисторов 2 и 4 на противоположные и включении источников питания 8 и 9 на противоположные (фиг.1 и фиг.2) устройства будут реагировать только на отрицательную составляющую сигнала, Направление тока 1 определяется полярностью включения источника питания 8. Недостатком устройства, показанного на фиг.1, который устраняется, является то, что ток 1 не реагирует на знак сигнала V2(t). Это выполняется для полевых транзисторов с управляющим р — n переходом и следует из того факта, что 1) сопротивление не может быть отрицательным, 2) транзисторы с управляющим р — п переходом не должны работать при прямых смещениях(из-за нелинейности сопротивления R0s от величины V2(t) при прямых смещениях, хотя в принципе работа возможна). Указанный недостаток устраняется для транзисторов с управляющим р-п переходом в устройстве на фиг.2, а именно смещением затвора транзистора 3 с помощью делителя напряжения, состоящего из сопротивлений 12. При этом для полевого транзистора с управляющим р-и переходом и каналом и-типа Vn должно быть отрицательным, а с каналом р-типа V должно быть положительным. При смещении затвора условия (3) меняется на условие

2 !оз

1 2 V1(t) V2(t) (Чр Чсм ) 1817030

Формула изобретения

1. Преобразователь электрического напряжения в ток, содержащий операционный или дифференциальный усилитель, первый биполярный транзистор р — n — р- или

n — р — n-типа, источник питания, неинвертирующий вход усилителя соединен с первой входной клеммой устройства, инвертирующий вход усилителя соединен с эмиттером первого биполярного транзистора, коллектор которого через источник питания соединен с выходной клеммой устройства и первым выводом нагрузки, второй вывод которой и первый вывод резистора соединены с общей шиной устройства,.о т л и ч а ю щ иСоставитель Л,Фомина

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М,Кешеля

Редактор Т,Иванова

Заказ 1720 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 от постоянных токов и до самых высоких частот, до которых может работать усилитель. От постоянных токов до относительно низких частот (несколько мегагерц) в устройство применяется операционный усилитель, На высоких частотах, где не работает операционный усилитель следует применять дифференциальный усилитель.

Из сказанного видно, что по сравнению с устройством прототипом заявляемого устройство способно в широком динамическом и частотном диапазоне перемножаться два сигнала и преобразовывать результат в протекающий по нагрузке ток. Заявленное устройство позволяет осуществлять модуляцию одного сигнала другим, а также детектирование промодулированного сигнала

s широком частотном диапазоне. и с я тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения преобразования двух напряжений в ток, пропорциональный их произведению, в широком 5 динамическом и частотном диапазонах, введены второй биполярный транзистор с типом проводимости, противоположным проводимости первого биполярного транзистора, полевой транзистор, дополнитель10 ный источник питания, инвертор, резистор выполнен переменным, причем эмиттер первого биполярного транзистора соединен со стоком полевого транзистора, исток которого соединен с общей шиной устройства, а

15 затвор соединен с второй входной клеммой устройства, выход усилителя соединен с базой первого биполярного транзистора и через инвертор с базой второго биполярного транзистора, эмиттер которого соединен с

20 вторым выводом переменного резистора, а коллектор через второй источник питания соединен с выходной клеммой устройства.

2. Преобразователь по и 1, о т л и ч а юшийся тем, что затвор полевого транзи25 стора соединен с выходом делителя напряжения, вход которого соединен либо с дополнительным источником питания соответствующей полярности, либо с источником питания усилителя.

30 3. Преобразователь по п.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что выходы усилителя и инвертора соединены соответственно с базами первого и второго биполярных транзисторов через змиттерные повторители.