Аналоговый логарифмический преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()790002 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 020279 (2! ) 2719918/18-24 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹

G06 G 7/24

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.12.80. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 23.12.80 (53) УДК 681. 335..813(088,8) (72) Авторы изобретения

СеВ.Валицкий, P ° В.Бегота и Л.A.Ëóêàùóê

Львовский ордена Ленина политехнический инститйт ь !", ".. :

- т. (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВЬ1Й ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Предлагаемый логарифмический преобразователь предназ начен для использования в аналоговых вычислительных устройствах, в частности, устройствах умножения, деления, а также 5 в различных схемах информационноизмерительной аппаратуры, Известны логарифмические преобразователи, использующие включение биполярного транзистора в цепи обрат40 ной связи операционного усилителя(1) .

Этим логарифмическим преобразователям присущ недостаток, состоящий в том, что с увеличением входного 15 тока вплоть до допустимых значений коллекторного тока увеличивается погрешность передаточной характеристики преобразователя, и зто являние связано с влиянием объемного conpol тивления азы транзистора r 0 . Увели" чение же входного тока преобразователя желательно не только с ",очки. зрения расширения динамического диапазона входных сигналов, и оно, кро-25 ме того, ведет к увеличению быстродействия данного преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее вклю-3() че нные последовательно входной масштабирующий резистор, операционный усилитель, первый масштабирующий резистор, выходной суммирующий усилитель, между входом и выходом которого K eH e i O e UHOHH резистор, логарифмирующий транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно ко входу и выходу операционного усилителя, дополнительный усилитель, выход которого через второй масштабирующий резистор соединен со входом выходного суммирующего усилителя, между инвертирующим входом и выходом дополнительного усилителя включен второй операционный резистор, база логарифмирующего транзистора подключена к инверти рующему входу дополнительного усилителя (2) .

Недостатком данного устройства является погрешность передаточной характеристики, обусловленная влиянием объемного сопротивления базы транзистора <, возникающая от протекания тока базы g> . Это напряжение приводит к отклонению напряжения эмиттерного перехода транзистора от логарифмической зависимости и является напряжением погрешности. При

790002 помощи дополнительного усилителя, который обеспечивает потенциал базы трамзыстора близкий к нулю, базовый ток преобразуется в напряжение, противвфазное по отношению к напряжению на эмиттере транзистора, и затем это напряжение вычитается из общего сигнала на выходном суммирующем усилителе, При условии равенства операционного сопротивления дополнительного усилителя и сопротивления r g напряжение !

О погрешности 3 ° r> .компенсируется в выходном сигйале. Однако известно, что сопротивление 1у транзисторов уменьшается с возрастанием коллекторного тока, и поэтому компенсация напряжения погрешности J 1выполня- >5 ется лишь на относительно узком участке рабочей характеристики устройства, где сравнимы величины 8 и операционного резистора дополнительного усилителя. 20

1, ель настоящего изобретения повышение точности за счет уменьшения погрешности передаточной характеристики преобразователя, работающего в широком динамическом диапазоне, путем многократного использования одного сравнительно точного, но узкого участка передаточной характеристики с одновременным формированием весовых коэффициентов.

Поставленная цель достигается тем, что аналоговый логарифмический преобразователь, содержащий входной масштабирующий резистор, подключенный первым выводом к входу преобразователя, а вторым выводом — к входу операционного усилителя, транзистор, включенный в цепь обратной связи операционного усилителя, и сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, дополнитель- 40 но содержит r (где ь= 1,2,3... л ) ключей, и + 1 весовых резисторов, и компараторов,ьисточников опорного напряжения и усилитель-формирователь, причем входы всех ключей соединены с первым входом преобразователя и с первыми входами всех компараторов выходы ключей через соответствующие весовых резисторов соединены вторым выводом входного масштабируюцего резистора, вторые входы компаратороз соединены с источником опорного напряжения, выходы каждого компаратора соединены с.управляющим .входом соответствующего ключа, выходы компаратора подключены к входам усилителя-формирователя, выход которого соединен со вторым входом сумматора и через h + 1 весовой резистор с вторым выводом входного масштабирующего резистора. 40

На чертеже представлена блок-схема аналогового,. логарифмического преобразователя.

Устройство содержит операционный усилитель 1 с транзистором 2 и входным масштабирующим резистором 3, ключи (4„ †: 4е,); весовые резисторы

5е - . 5е,„ источники опорного напряжения Е t Е и (6„-6„), компараторы

О ее

Kn„+ КП „(7„-. 7 ), усилитель-формирователь 8, сумматор 9.

В качестве компараторов и ключей могут быть использованы различные узлы и элементы современной схемотехники, в том числе и в интеграль ном исполнении: операционные усилители, ключи на полевых транзисторах, на герконах и т.д.

Устройство работает следующим образом, Передаточная функция преобразова теля выражается в общем виде как

Ч = Qgv, где Ч вЂ” значение входного сигнала, равное или больше единиЦЫ е

Данную функцию можно представить по иному:

v,=ееч,= *ее(,",,)= .еее,, где 1 = 0,1,2,3 ° ° ° (1+10)

Ч„= (1+10 )

В соответствии с выражением (1) преобразователь должен иметь нелинейный элемент, в данном случае — логарифмирующий транзистор со сравнительно точным, хотя бы и узким, участком передаточной характеристики в диапазоне Ч„ = (1-,10) . Ecли диапазон изменения входного сигнала Ч„ = 1-:10 презышает диапазон изменения Ч„, то устройство вырабатывает весовой сигнал, обозначенный 1= 0,1,2,3... h, который суммируется с сигналом нелинейного элемента и, таким образом, позволяет реализовать преобразователь с широким динамическим диапазоном.

В исходном состоянии ключи 4„-4 включены, в результате чего параллельно резистору 3 подсоединены резисторы 5„ †;5е,, а на выходе усилителя-формирозеателя 8 имеется нулевой потенциал. Это положение сохраняется в сравнительно узком диапазоне изменения входного сигнала Ч, при котором погрешность передаточной характеристики логарифмирующего транзистора минимальна, т.е. в диапазоне значений Ч; = (1-:10) . При достижении входным сигналом значения Ч„ = 10 срабатывает первый компаратор 7„, выходной сигнал которого выключает ключ 4., (тем самым увеличивает эквивалентное сопротивление во входной цепи преобразователя) и одновремен но с этим заставляет усилительформирователь 8 выработать нà своем выходе напряжение, соответствующее весовому коэффициенту 1 в уравнении (1) . Аналогично с ростом входного сигнала срабатывают компараторы 7> .7е, при уровнях Ч,, кратных значению

10, при этом транзистор при помощи ключей 4 -4„переводится вновь на

790002 начальный участок своей рабочей характеристики, а на сумматор поступает с усилителя-формирователя эквивалентный сигнал, равный значению

8g у а максимальной точке характеристики. Следовательно, на приведенной блок-схеме можно строить сравнительно точные и широкодиапазонные устройства на основе точного, но узкбдиапа.зонного преобразователя.

Преимущество предложенного аналогового логарифмического преобразова-! теля по сравнению с известным состоит в следующем. В прототипе расширение динамического диапазона в сторону роста коллекторного тока приводит к увеличению погрешности передаточ- 15 ной характеристки, и поэтому необходимо уменьшить эту погрешность структурными методами, что удается сделать только частично, по той причине, что сопротивление нелинейно . зависит щ от коллекторного тока, В данном логарифмическом преобразователе используется многократно один и тот же, оптимальный с точки зрения погрешности, участок логарифмической характеристики таким образом, что при достижении максимума этого участка рабочая точка переводится обратно на начало этого участка с одновременной, компенсацией напряжения выходного сигнала по причине уменьшения коллекторного тока. В результате этого удается реализовать логарифмический преобразователь с относительно малой погрешностью в широком динамическом диапазоне, так как погрешность от 35 введения в устройство таких узлов, как сумматоры и ключи может быть незначительна по сравнению с погрешностью самого нелинейного элемента и, кроме, того, она легко нормируется. 4р

По структурной схеме предложенного устройства можно реализовать ряд . унифицированных преобразователей с различными нелинейными зависимостями и. с расширенным динамическим диапазоном входных сигналов, Формула изобретения

Аналоговый логарифмический преобразователь, содержащий входной масштабирующий резистор, подключенный первым выводом к входу преобразователя, а вторым выводом — к входу оп< рационного усилителя, транзистор, включенный в цепь обратной связи операционного усилителя и, сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, о т л и ч а ьшийся тем, что, с целью повышения точности эа счет уменьшения погрешности передаточной характеристики преобразователя, он дополнительно содержит и (где n = 1,2,3... и ) клю-. чей, ь + 1 весовых резисторов, и компараторов,п источников опорного напряжения и усилитель-формирователь, причем входы всех ключей соединены с первым входом преобразователя и с первыми вхсдами всех компараторов, выходы ключей через соответствующие и весовых резисторов соединены с вторым выводом входного масштабирующего резистора, вторые входы компаратора соединены с источниками опорного напряжения, выходы каждого компаратора соединены с управляющим входом соответствующего ключа, выходы компараторов подключены к входам усилителяформирователя, выход которого соединен со вторым входом сумматора и через (п + 1) весовой резистор — с втОрым выводом входного масштабирующего резистора °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Минеева Ю.В., Александрова A.Ñ.

Логарифмическое преобразование сигналов при помощи транзисторов. Приборы и техника эксперимента, 1968, Р 3, с. 96, 2, Авторское свидетельство СССР

9 579631, кл. С 06 G 7/24 1977, (прототип), 790002

Составитель Т.Иванова

Техред Н,Граб Корректор l0 Макаренко

Редактор В.Парасюн

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9041/50 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5