Логарифмический преобразователь

 

Союз Соаетскик

Социалнстичесмив

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОНУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<1>801002 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110379 (21) 2736203/18-24 с присоеединвнием заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 30.01В1. бюллетень N9 4

Дата опубликования описания 30.0181 (51)М. Кл З

G G 7/24

Государственный коинтет

ССС Р но дман изобретений н открытнй

4 (53) УДК 681.335.813 (088.8) (72) Авторы изобретения

В В Бухалов Е Т Волоцарский и К.Л. Серпилин .

Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналого-вой вычислительной технике, а именно к логарифмическим преобразовате,лям переменного напряжения, и может быть использовано для непрерывного измерения напряжений, изменяющихся в широком. диапазоне значений,например при контроле параметров линейных интегральных схем, при определении коэффициента нелинейных искажений, отношения сигнал-шум и т.п.

Известны логарифмические преобразователи переменного напряжения, выполненные по разомкнутой схеме, содержащей последовательно соединенные масштабный преобразователь, выпрямитель и логарифматор постоянного напряжения или тока (1) .

Однако, рабочий диапазон входных напряжений таких преобразователей ограничен динамическим диапазоном выпрямителя, который обычно не превькаает 20дБ. Для расширения рабочего диапазона входных напряжений этих преобразователей к их входам подключают широкополосные аттенюаторы, управляемые вручную или автоматически.

Аттенюаторы с механическими элемен тами в системе переключения диапазонов значительно снижают быстродействие преобразователя и вносят заметную погрешность в результат преобразований, поскольку они, как праЭ вило, выполняются на низкоомных резисторах, имеющих ограниченное число номинальных значений, определенных с собственной допустимой погрешностью.

10 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является логарифмический преобразователь, содержащий блок с регулируеьым коэффициентом преобразования и включенные

15 в его цепь обратной связи по управлению выпрямитель и блок сравнения, один вход которого соединен с источником опорного сигнала, а второйс выходом выпрямителя. Вход выпря20 мктеля подключен к выходу блока с регулируемым коэффициентом преобразования, являющемуся выходом логарифмического преобразователя. Блок с регулируемым коэффициентом преобра25 эования имеет на входе аналоговый сумматор, однй из входов которого является входом логарифмического преобразователя. В состав логарифмичес.кого преобразователя входит также

З0 антилогарифматор, включенный между

80 10,02 выходом блока сравнения и входом аналогового сумматора. Блок с регулируемым коэффициентом передачи содержит параллельно соединенные операционный усилитель и логарифмирующий элемент (транзистор, включенный как диод), дифференциальное сопротивление которого обратно пропорционально величине протекающего через него постоянного тока (2).

Однако, выполнение блока с регулируемым коэффициентом преобразования на основе параллельно соединенных операционного усилителя и логарифмирующего элемента ограничивает точность преобразования, динамический диапазон ло арифмического преобразователя и его частотный диапазон. Причиной этого являются ограниченные возможности реально существующих операционных усилителей, которые, будучи весьма дорогостоящими устройствами, не удовлетворяют в полной мере предъявляемым требованиям по широкополосности, усилению и значению входного сопротивления. Кроме того, на высоких частотах, погрешность преобразования возрастает вследствие влияния параэитных шунтирующих емкостей логарифмирующего элемента. Источником погрешности является также находящийся в цепи обратной связи по управлению и участвующий в формировании управляющего тока антилогарифматор, имеющий собственную погрешность преобразования.

Цель изобретения — повышение точности преобразования и расширение . динамического и частотного диапазона преобразователя.

Цель достигается тем, что логарифмический преобразователь, содержащий блок с регулируемым коэффициентом преобразования, выпрямитель и блок сравнения, первый вход которого соедиенн с выходом источника опорного сигнала, а второй - c выходом выпрямителя, вход которого соединен с выходом блока с регулируемым коэффициентом преобразованИя, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, а информационный вход соединен с выходом аналогового сумматора, первый вход которого asлижется входом логарифмического пресфразователя, снабжен масштабным преобразователем, выход которого соединен со вторым входом аналогового сумматора, а вход - с выходом блока с регулируемым Коэффициентом преобразования, выход блока сравнения является выходом логарифмического преобразователя, при этом блок с регулируемым коэффициентом:преобразования содержит дифференциально включенные первый и второй транзисторы и преобразователь напряжения в ток, причем вход преобразователя нап ряжения в ток является входом блока с регулируемым коэффициентом преобразования, а выход соединен с объединенными эммитерами первого и второ- . го транзисторов, база первого транзистора является управляющим входом блока с регулируемым коэффициентом преобразования, база второго транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, коллекторы первого и второго транзисторов через соответствующие первый и второй резисторы, 1О нагрузки соединены с шиной питания.

На чертеже представлена функциональная схема логарифмического преобразователя.

Логарифмический преобразователь

)$ содержит блок 1 с регулируемым коэффициентом преобразования, выпрямитель 2, блок 3 сравнения, аналоговый сумматор 4, вход 5 логарифмического преобразователя, элемент б срав2О нения, усилитель 7 на выходе. Кроме того, на чертеже изображены источник

8 опорного сигнала, выход 9 логарифмического преобразователя, масштабный преобразователь 10. Блок 1 с регулируемым коэффициентом преобразования содержит пару дифференциально включенных транзисторов 11 и 12, преобразо-. ватель 13 напряжения в ток, резисторы

14 и 15 нагрузки и источник питания

16.

36 Работает логарифмический преобразователь следующим образом.

Входной сигнал переменного напряжения П подают на один из входов аналогового сумматора 4, на второй

ЯЯ вход которого поступает сигнал пере- менного напряжения Ug через масштабный преобразователь 10 с выхода блока 1. Суммарный сигнал П + Ug с выхода аналогового сумматора 4 подают на вход блока 1, откуда он после обработки преобразователем 13 напряжения в ток и деффиринциально включенный парой транзисторов 11 и 12 поступает на вход выпрямителя 2. Выпрямленный сигнал постоянного напряжения

45 подают на один из входов блока 3 сравнения, где его сравнивают с опорным напряжением U0 источника 8.

Разностный сигнал постоянного нап ряжения Uq подают на управляющий:

56 вход блока 1 и прикладывают между базами транзисторов 11 и 12. Этот сигнал, формируемый в цепи обратной связи по управлению блока 1, служит для регулирования его коэффициент та преобразов2чия таким образом, чтобы поддерживать напряжение на выходе выпрямителя 2 равным опорно.му напряжению U источника 8., В установившемся режиме работа

ФО.логарифмического преобразователя описывается выражением

"Ч ((U)+ " К„K "оп КЗ " (1 где К, К>, К. — коэффициенты преобразованйя соответственно блока 1

45 с регулируемым коэффициентом преоб801002 раэования, выпрямителя 2 и блока

3 сравнения.

Коэффициент преобразования блока

1, выполненного на паре дифференци-. ально включенных транзисторов ll и 12 с коэффициентами усиления по току о(близкими к единице, выражается следующей зависимостью

К = К

1 о 1+ехр(ОМ)9т) (2) где K - крутизна управляющей харако теристики;

U - управляющее напряжение, прикладываемое между базами транзисторов 11 и 12;

Ят - тепловой потенциал р-и перех рехода транзисторов ll и 12. 15

Решая совместно уравнения (1) и (2) относительно U из уравнения (2) получим ., <.,ю л а аю

"У т Uу+Ц Къ. 20

При условии Uo> Ky>U>„которое легко выполняется выбором нужного значения К, т.е. фактически установлением необходимого коэффициента усиления усилителя 7, имеем 23 и (Пд+ UD () on

Установив коэффициент преобразования масштабного преобразователя 10 равным и принимая во внимание, что

Пвых K H Uon Пзьк К ° и о где Ugbw- выходное напряжение блока 1, имеем

U = .En(U ы — ). 35

У т UoÄ

Таким образом, при соответствующем выборе коэффициентов Ко и К с выхода 9 логарифмического йреобразователя снимают сигнал постоянного напряжения, уровень которого изменяется пропорционально логарифму входного сигнала переменного напряжения

П, = fT lnU3 либо логарифму отношения двух напряжений 45

У т Uon где Uo„ может быть выпрямленным напряжением от второго источника входного сигнала переменного напряжения. gy

Выходной сигнал U> логарифмического преобразователя может быть использован для цифровой индикации переменного напряжения, изменяющегося в шираком диапазоне значений. Устрой тво 55 не имеет дорогостоящего операционного усилителя с Ограниченным динамическим И частотным диапазоном и антилогарифматора, имеющего собственную погрешность преобразования, что повысило точность преобразования, ф) расширило динамический и частотный диапазон по сравнению с известным, а также уменьшило его стоимость.

Таким образом, предлагаемый логарифмический преобразователь имеет расширенный динамический диапазон, расширенный частотный диапазон в области высоких частот и более чем в

3 раза уменьшенную погрешность преобразования по сравнению с известным.

Формула изобретения

l. Логарифмический преобразователь,. содержащий блок с регулируемым коэффициентом преобразования, выпрямитель и блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом источника опорного сигнала, а второй — с выходом выпрямителя, вход которого соединен с выходом блока с регулируемым коэффициентом преобразования, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, а информационный вход соединен с выходом аналогового сумматора, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения динамического диапазона, он снабжен масштабным преобразователем, выход которого соединен со вторым входом аналогового сумматора, а вход — с выходом блока с регулируеьаям коэффициентом преобразования, выход блока сравнения является выходом логарифмического преобразователя.

2. Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что блок с регулируемым коэффициентом преобразования содержит дифференциально включенные первый и второй транзисторы и преобразователь напряжения в ток, причем вход преобразователя напряжения в ток является входом блока с регулируемым коэффициентом преобразования, а выход соединен с объединенными эмиттерами первого и второго транзисторов, база первого транзистора является управляющим входом блока с регулируеьым коэффициентом преобразования, база второго транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, коллекторы первого н второго транзисторов через соответствующие первый и второй резисторы нагрузки соединены с шиной питания.

Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CUBA 9 3562552, кл. 307-229, опублик. 1971.

2. Патент CQIA 9 3502952, кл. 321-8, онублик. 19 0 (прототип).

801002

Составитель Иванова

° Редактор С. Шевченко Техред М.Коштура Корректор Г. Решетник

Закаэ 10431/66 Тира к 756 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент r.уагород, ул.Проектная, 4