Логарифмический усилитель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республии

««934500

J

/ =(6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 12.11.80 {2!) 3002983/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 07. 06. 82. Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 07. 06. 82

{5l jN. Кл.

4 06 6 7/24

5Ъоудврствоииый комитет

СССР ио делом изобретений и открытий (53) УДК 681 33) (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Лапенко и И.К.Герасин

1 "

Ю 6з !

Московский институт электронной техники

" " ".в. (7!) Заявитель (54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к усилительным устройствам с логарифмической амплитудной характеристикой и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен логарифмический усилитель, содержащий операционный усилитель, логарифмирующий диод и масштабный резистор (1 1. то

Однако. этот логарифмический усилитель характеризуется низкой точностью работы.

Наиболее близким к предлагаемому является логарифмический усилитель, содержащий первый и второй масштабные резисторы, ключ, генератор коммутирующих импульсов, источник опорного напряжения, избирательный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, первый коммутатор (21.

Недостатком известного логарифмического усилителя является сравнительно малая точность работы.

Цель изобретеня — повышение точности работы.

Для достижения указанной цели в известный логарифмический усилитель, содержащий первый и второй масштабные резисторы, ключ, генератор коммутирующих импульсов, источник опорного напряжения, соединенные последовательно избир=,тельный усилитель, фазочувствительный выпрямитель и первый коммутатор, первый вывод первого масштабного резистора соединен с входом ключа, выход которого подключен к первому выводу второго масштабного резистора, второй вывод последнего соединен со вторым выводом первого масштабного резистора и является входом логарифмического усилителя, вход избирательного усилителя является выходом логарифмического усилителя, управляющий вход ключа соединен с первым выходом генератора коммутирующих импульсов, введены

3 93 первый и второй преобразующе-компенсирующие блоки, второй и третий коммутаторы и третий масштабный резистор, причем первый выход источника опорного напряжения через третий масштабный резистор подключен к первому входу второго коммутатора, второй вход которого соединен с выходом ключа, выход третьего коммутатора подключен к входу избирательного усилителя, второй выход генератора коммутирующих импульсов соединен с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов, первый выход генератора коммутирующих импульсов подключен к коммутирующему входу фазочувствительного выпрямителя и к первым входам первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков, второй выход источника опорного напряжения соединен со вторыми входами первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков, первый и второй выходы второго коммутатора подключены к третьим входам соответственно первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков„ четвертые входы которых соединены со вторым выходом генератора коммутирующих импульсов, пятые входы первого и второго преобразующекомпенсирующих блоков подключены соответственно к первому и второму выходам первого коммутатора, выходы первого и второго преобразующекомпенсирующих блоков соединены соответственно с первым и вторым входами третьего коммутатора.

Каждый преобразующе-компенсирующий блок содержит первый и второй усилители, первый и второй ключевые элементы, оптрон, первый и второй интеграторы, логарифмирующий диод четвертый, пятый и шестой масштабные резисторы, причем первый управляющий вход первого ключевого элемента является первым входом преобразующе-компенсирующего блока, вторым входом которого является вход первого ключевого элемента, вход первого усилителя является третьим входом преобразующе-компенсирую щего блока, выходом которого является выход первого усилителя, который через четвертый масштабный ре зистор соединен со входом второго усилителя и первым выводом пятого масштабного рези<-тора, второй вывод которого подключен к выходу пеп4500 4

45

5 I5 ю

50 вого ключевого элемента, вход первого усилителя через логарифмирующий диод соединен с выходом второго усилителя, управляющий вход второго ключевого элемента является четвертым входом преобразующе-компенсирующего блока, выход первого усилителя соединен с информационным входом второго ключевого элемента, управляющий вход которого подключен к второму управляющему входу первого ключевого элемента, выход второго ключевого элемента через последовательно соединенные первый интегратор и шестой масштабный резистор подключен к входу второго усилителя, вход второго интегратора является пятым входом преобразующе-компенсирующего блока, выходы второго интегратора соединены с выводами светодиода оптрона, выводы фоторезистора оптрона подключены к входу и выходу второго усилителя.

На чертеже изображена функциональ" ная схема предлагаемого логарифмического усилителя.

Логарифмический усилитель содержит первый, второй и третий коммутаторы 1, 2 и 3, избирательный усилитель 4, фазочувствительный выпрямитель 5, генератор 6 коммутирующих импульсов, источник 7 опорного напряжения, первый и второй преобразующе-компенсирующие блоки 8 и 9, ключ 10, первый, второй и третий масштабные резисторы 11, 12 и 13, вход 14 и выход 15 логарифмического усилителя, первый и второй усилители 16 и 17, оптрон 18, первый и второй ключевые элементы 19 и 20, первый и второй интеграторы 21 и 22, четвертый, пятый и шестой масштабные резисторы 23, 24 и 25, логарифмирующий диод 26, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы

27, 28, 29, 30 и 3 f и выход 32 измерительного блока; оптрон 18 выполнен на светодиоде 33 и фоторезисторе 34.

Логарифмический усилитель работает следующим образом.

На первом и втором выходах гене,. ратора б коммутирующих импульсов формируются сигналы в виде меандра, причем частота повторения сигнала на первом выходе значительно выше астоты повторения сигнала на вторсм выходе. Со второго выхода сигналя поступают на управляющие входы

934500

5 первого, второго и третьего коммутаторов 1, 2 и 3 и переключают их.

В случае, когда сигнал на втором выходе генератора 6 коммутирующих импульсов равен единице, третий вход 29 первого преобразующе-компенсирующего блока 8 подключается с помощью второго коммутатора 2 к третьему масштабному резистору 13, а третий вход 29 второго преобраэующе-компенсирующего блока 9 подключен к выходу ключа 10, Вход избирательного усилителя 4 соединен с выходом 32 второго измерительного блока 9, выход фазочувствительного выпрямителя 5 подключен к пятому входу 31 второго преобразующе-компенсирующего блока 9, причем в первом преобразующе-компенсирующем блоке 8 первый ключевой элемент 19 разомкнут, а второй ключевой элемент 20 замкнут. Первый усилитель 16 неинвертирующий, а второй усилитель 17 инвертирующий, поэтому можно считать, что логарифиирующий диод 26 включен в цепь отрицатель- ной обратной связи и через него протекает весь ток, задаваемый через третий масштабный резистор 13 источником 7 опорного напряжения. Этот ток вызывает падение напряжения на логарифмирующем диоде 26 и появление на выходе первого усилителя 16 напряжения, равного отношению падения напряжения на логарифмирующем диоде 26 к коэффициенту усиления второго усилителя 17, Считаем, что в первом цикле напряжение на выходе второго интегратора 22 равно нулю. Выходное напряжение первого усилителя 16 интегрируется неинвертирующии первым интегратором 21 и напряжение cего выхода поступает через шестой иасштабный резистор 25 на вход второго усилителя 17. Это вызывает уменьшение выходного напряжения первого усилителя 16. Процесс идет до тех пор, пока напряжение на выходе первого усилителя 16 не станет равным нулю.

В этом случае напряжение на выходе второго интегратора 22 равно падению напряжения на логарифмирующем диоде 26 (если сопротивление резистора 34 оптрона равно сопротивлению шестого масштабного резистора 25).

В случае, когда сигнал на втором выходе генератора 6 коммутирующих импульсов равен нулю, третий вход

29 первого преобразующе-компенсирующего блока 8 подключается к выходу ключа 10, а третий вход 29 второго измерительного блока 9 соединяется с третьим масштабным резистором 13.

Вход избирательного усилителя 4 сое10 диняется с выходом первого усилителя 16 первого преобразующе-компенсирующего блока 8, а выход фаэочувствительного выпрямителя 5 соединяется со входом второго интегратора

15 22 первого преобразующе-компенсирующего блока 8. Второй ключевой элемент

20 преобраэующе -koHneHcvpyeulего блока 8 закрывается, и первый интегратор 21 в нем переходит в режим храго нения, а первый ключевой элемент 19 начинает переключаться с частотой сигнала с первого выхода генератора

6 коммутирующих импульсов синхронно с ключом 10. Напряжение со вхоz5 да 14 преобразуется в пульсирующий входной ток, который протекает через логарифмирующий диод 26 и. вызывает на нем соответствующее падение напряжения. Постоянная составляющая этого напряжения зависит от напряжения на входе 14, температурного потенциала и обратного тока логарифмирующего диода 26.

Переменная составляющая зависит от температурного потенциала и соотношения сопротивлений первого и второго масштабных резисторов 11 и 12 и не зависит от напряжения на входе 14 и обратного тока логарифми4в .рующего диода 26.

Синхронно с переменной составляющей на логарифмирующем диоде 26, но в противофазе через пятый масштабный резистор 24 на вход вто45 рого усилителя 17 поступает компенсирующее напряжение, в результате чего переменная составляющая на выходе первого усилителя 16 уменьшается. Переменная составляющая с выхода первого усилителя 16 поступает на вход яэбирательного усилителя 4, усиливается и выпрямляется фаэочувствительным выпрямителем 5, с Bblxo да которого выпрямленное напряжение

55 поступает на вход второго интегра" тора 22 первого преобразующе-компен-. сирующего блока 8. При изменении выходного напряжения второго интегратора 22 меняется ток, протекающий

93ЙОО через светодиод оптрона 18, в результате изменяется сопротивление резистора 34 оптрона. При этом переменная составляющая на выходе пер" вого усилителя 16 уменьшается. Про- 5 цесс идет до тех пор, пока переменная составляющая на выходе первого усилителя 16 не станет равной нулю и его постоянное напряжение явгяет ся выходныл напряжением логарифмического усилителя.

Циклы настройки и работы первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков 8 и 9 чередуются. Напряжение на выходе 15 пропорционально 15 логарифму от напря>кения на входе 14.

Предлагаемый логарифмический усилитель по сравнению с известным обладает более высокой точностью работь> благодаря стабилизации его функ- о циональной зависимости путем самонастройки. тора коммутирующих импульсов соединен с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов, первый выход генератора коммутирующих импульсов подключен к коммутирующему входу фазочувствительнс>го выпрямителя и к первым входам первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков, второй выход источника опорного напряжения соединен со вторыми входами первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков, первый и второй выходы второго ком— мутатора подключены к третьим входам соответственно первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков, четвертые входы которых сеодинены со вторым выходом генератора коммутирующих импульсов, пятые входы первого и второго преобразующе-компенсирующих блоков подключены соответственно к первому и второму выходам первого коммутатора, выходы первого

Формула изобретения

1. Логарифмический усилитель, содержащий первый и второй масштабные резисторы, ключ, генератор коммутирующих импульсов, источник опорного напряжения, соединенные по>следовательно избирательный усилитель, фазочувствительный выпрямитель и первый коммутатор, первый вывод первого масштабного резистора соединен с входом ключа, выход которого подключен к первому выводу второго масштабного резистора, второй вывод последнего соединен со вторым выводом первого масштабного резистора и является

40 входом логарифмического усилителя, вход избирательного усилителя является выходом логарифмического усилителя, управляющий вход ключа соединен с первь>м выходом генератора коммутирующих импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения -очности его в рабо-.е, в него введены первый и второй преобразуюце. компенсирующие блоки, второй и тре5О тий коммутаторы и третий масштабный резистор, причем первый выход источника опорногп напря>кения через третий масштабный резистор подключен к первому входу второго коммутатора, 55 второй вход которого соединен с выходом ключа, выход третьего коммутатора подключен к входу избирательного усилителя, второй выход генераи второго преобразующе-компенсирующих блоков соединены соответственно с первым и вторым входами третьего коммутатора.

2. Усилитель по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что каждый преобразующе-компенсирующий блок содержит первый и второй усилители ; первый и второй ключевые элементы, . оптрон, первый и второй интеграторы, логарифмирующий диод, четвертый, пятый и шестой масштабные резисторы, причем первый управляющий вход первого ключевого элемента является первым входом преобразующе-компенсирующего блока, вторым входом которого является вход первого ключевого элемента, вход первого усилителя является третьим входом преобразующе-компенсирующего блока, выходом которого является выход первого усилителя, который через четвертый масштабный резистор соединен с входом второго усилителя и первым выводом пятого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к выходу первого ключевого элемента, вход первого усилителя через логарифмирующий диод соединен с выходом второго усилителя, управляющий вход второго ключевого элемента является четвертым входом преобразующе-компенсирующего блока, выход первого усилителя соединен с информационHbIh входом второго ключевого элемента, управляющий вход которого под9 934500 10 ключен ко второму управляющему вхо- резистора оптрона подключены к входу первого ключевого элемента, вы- ду и выходу второго усилителя. ход второго ключевого элемента че- Источники информации, рез последовательно соединенные пер- принятые во внимание при экспертизе вый интегратор и шестой масштабный s 1. Шило В.Я. Линейные интегральрезистор подключен к входу второго- ные схемы в радиоэлектронной аппараусилителя,. вход второго интегратора туре ° "Советское радио", 1979, является пятым входом преобразующе- с. 171-172, рис. 4.!6а. компенсирующего блока, выходы вто- . 2. Авторское свидетельство СССР рого интегратора соединены с выво- 10 по заявке N 2935163/18-24, дами светодиода оптрона, выводы фото кл. G 06 G 7/24, 04.06.80 (прототип).

Составитель 0.0траднов

Редактор Л.Филь Техред M.Tenep Корректор Н.Стец

Заказ 3938/46 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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