Усредняющий квадратичный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (11 5 ц б 067/20 ОП АНИЕ ИЗОБРЕТ5фф щчщдИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбышевский электротехнический институт связи(56) 1. Авторское свидетельство СССР % 434420, кл. С 06 С 7/20, 1974.2. Патент Великобритании1070281, кл. С 06 С, 7/20, опублик. 1965. (прототип) .(54) (57) УСРЕДНЯ 10 ЩИЙ КВАДРАТИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗ ОВАТЕДЬ, содержащий два масштабных резистора, первые выводы объединены и соединены с входом преобразователя, фильтр низких частот и два трехполосника, , каждый из которых содержит включенный между первым и вторым выводами первый туннельный ди ода между вторым и третьим выводами- первый нагрузочный резистор, вторые выводы первого и второго трехполюсников соединены соответственно с первым И вторым входами фильтра низких частот, третий вывод - с шиной нулевого потенциала, второй вывод первого маоштабного резистора подключен к первому выводу первого трехполюсника, к аноду первого туннельного диода, первый вывод второго трехполюсника соединен с катодом первого туннельного диода этого трехполюсника, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразователя, каждый трехполюсник дополнительно содержит два ограничительных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннельный диод, причем второй нагрузочный резистор включен между первым и вторым выводами трехполюсника, первый вывод вто-. рого туннельного диода соединен с одно- Я именным выводом первого туннельного диода и выводом трехполюсника, второй вывод второго туннельного диода соединен с третьим выводом трехнолюсника,. С ограничительные диоды каждого трехпоника соединены встречно-параллельноподкшочены между первым и третьим а выводами трехполюсника, причем первый 1 вывод второго трехполюсника соединен ф) с вторым выводом второго масштабного резистора, а выход фильтра низких час- р тот является выходом преобразователя,1032 480 ьтий вывод - с шиной нулевого потенциала, второй вывод первого масштабногорезистора подключен к первому выводупервого трехпопюсника, к аноду первоготуннельного диода, первый вывод второготрехпопюсника соединен с катодом первого туннельного диода атого трехпопюсника, каждый трехпопюсник дополнительносодержит два ограничительных диода, второй нагрузочный резистор и второй туннепьный диод, причем второй нагрузочныйрезистор включен между первым и вторымвыводами трехпопюсника, первый выводвторого туннельного диода соединен содноименшям выьодом первого туннельного диода и вторым выводом трехпошосника, второй вывод второго туннельногодиода соединен с третьим выводом трехпопюсника, ограничительные диоды каждого трехпопжсника соедин 8 ны встречнопараппепьно и подключены между первыми вторым выводами трехпопюсника, причемпервый вывод второго трехпопюсникасоедичен с вторым выводом второго масштабного резистора, а выход фильтранизких частот явпяется вьходом преобразователя,На чертеже представлена бпок-схемапреднагаемого преобразователя.Преобразоватепь содержит два масштабных резистора 1 и 2, два трехпопюсника 3 и 4, фильтр 5 низких частот, двасоединенных параппепьно разноименнымивыводами ограничительных диода 6 и 7,8 и 8 первые нагрузочные резисторы3.0 и 11 вторые нагрузочные резисторы3.2 и 13 первые туннепьные диоды 14и 15 вточье тунцельные диоды Хб и Х 7.Преобразоватепь работает следующимобразом,Дпя формирования нелинейной характеристики используют туннепъцые ипи обращенные диоды (обращенный дюд-варианттуннельного диода, Обладающий мапым3 начением тока пяа Воныимпереой характеристики), сопротивление которыхпри напряжениях прямо. О смещения, негр 8 вышаюших напряжения тра вольтамперной характеристики с достаточнойточностью описывается соотношениемЯ = +1 сЗ,А АО Цепь изобретения " щслирение ди% мического диапазона,Поставленная пель достигается тем что в усредшцощем квадратичном преобразоватепе, содержащем два масштабных резистора первые выводы которых обьедчнены и соединены с входом преобразоватепя фнпьтр низких частог и два трехф"Я попюспка, каждый из которых содержит вкпюченный между первым ц вторым выводами первый туннепьный диод, а между вторым и третьим выводами - первый нагрузочный резистор, вторые выводы 55 первого и второго трехпопюсников соед- вени соответственно с первым и вторым входами фильтра низких частот, а треИзобретение относится к анапоговойвычиспитепьной технике и может бытьиспользовано в эпектроизмеритепьнойрадиоцзмеритепьной и анапоговой вычислительной технике ди определения среднеквадратичных значений аналоговых величин.Известны устройства, в которых операция возведения в квадрат производитсяпри помощи дцодно-резисторных в.пей 1Недостатком данных устройств явля-10ется то, что их можно использовать дпяпреобразования сигналов, уровень которыхпревышает сотни мН.Наиболее близким к предлагаемому,является усредняющий квадратичный преобразоватепь, содержащий два масштабныхрезистора первые выводы которых обьединены и соединены с хдм преобразователя фипьтр низких частот и два,трехпопюсника, каждый из которых содер жит включенный между первым и вторымвыводами первый туннепьный диод, амежду вторым и третьим выводами -первый нагрузочный резистор, вторыевыводы первого и второго трехпопюсников соединены соответственно с первыми вторым входами фильтра низких частот,а третий вывод ." с шинОЙ нупевого по"тенциана второй вывод первого масштабного резистора попкпюченк первому вь 1- Здводу первого трехпошосника ц аноду первого туннельно. диода, первый выводвторого трехпопюсника соединен с катодомпервого туннельного диода етого трехполюсника2 д.351 едостатком известного устройстваявпяется .узкий динамический диапазон,поскольку при мапых уровнях входногосигнала возрастают статические погрешности, а при больших уровнях происходитдеградапия туннепьных диодовьто приводитк отказу устройс"ва,ГДЕаа ВЕПИЧИНЯ ЩЩМОГО Токафпр- постояиый коафФипиент, вепичина которого опредепяетсяхарактеристикой диода;: сопрОтивпение диода нриД фФОр1032460 н - покаэатепь степени, вепичинакоторого обычно находитсяв пределах 1-2,Обратное сопротивпение туннепьныхдиодов мапо зависит от вепичины обратного тока и по величине близко к прямому сопротивпению диода дпя токов Э-.ФО, т.е, К . Если соединить параппепьно туннельный (обращенный) диод и нагрузочный резистор с сопротивлением,ве-личина которого ниже минимапьного отрицатепьного сопротивяения Впадающего участка воны-ампернсй характеристики диода, то можно подучить непинейную цепь, сопротивление К которой спогрешностью, не превышающей 1-2%,может быть аппроксимировано выражениемЙ, =.В + с 1 о дня прямых токов диодаи выражением Я,=ВО дня обратныхтоков диода, Здесь В и е - постоянныекоэффициенты, а о = ., + 1 р - суьматоков диода 1 и резистора 1 Р . Длякаждого типа туннепьнсго (обращенного)диода существует оптимапьначвепичинасопротивпения шунтирующегс резисторапри которой погрешность выше приведейной аппроксимации .общего сопротивпенияй минимапьна. Зта оптимальная вепичинасопротивления резистора обратно пропорциональна величине тока пика вольт-амперной характеристики диода. Аппроксимация явпяется справедливой и при напряжениях на туннепьном диоде, в 2-4 разапревышающих напряжение пика вопьтампервой характеристики. Данный преобразоватепь содержит два трехполюсника3 и 4, в.состав каждого иэ которых входит поспедоватепьное соединение двухвыше описанных нелинейных цепей. Поскопьку туннельные (обращенные) диодысоединены друг с другом одноименнымивыводами, при пюбом направлении входных токов трехпопюсников их входныесопротивпения опредепяются фсрмупсйЯВХ=2 К+ о 10, Входное напряжениеИцреобразоватепя вызывает протеканиечерез входные цепи каждого .Из двухтрехпопюсников 3 и 4 токов 30 0ВхВХ ВХ 2 О Я +20 +01р о о где Й, - сопротивпение масштабных резисторов 1 и 2 еЕспи выбрать Я так, что,усповие В +2 В )О-; будет выпопняться воР о овсем динамическом диапазоне входногосигнапа Ипреобразователя, тс Цвх91 1 ех 2- Яр+гало но входному напряжению. Выходное напряжение Ипервого трехпопюсника 3, снимаемое между его вторым и третьим выводами при попожительном входном напряжении И опредедяется выражеииВхВЬ 1- о ьх 1 , а при отрицатель ных Ивх - выРажением "Вых(со -1 вх, ох , Выходное напряженйе второго трехпопюсника 4 равно Овь 1 х 2 = (о + Ы 18 х 2 ах- при положитейьных И и вх 2 6 Х 2 я 2 1при отрицате пьны х В 5Когда параметры тунненьных (обращенных) диодов и резисторов трехпопюсников 3 и 4 одинаковы, входное напряжение фильтра 5 низких частот равнои 20 О Фо 0 -Ы 2,6 8 х "ВХ = ВЫх, "8 Ы= 8, -Таким образом, в предпагаемом преобразоватепе имеет место квадратичное преобразование входного сигнапа И 25 цюбой полярности во входное напряжение . фипьтра 5 низких частот, выполняющего , операцию усреднения, которая описывается выражением Т ВХср Г+яа оОПрименение в преобраэоватепе тун непьных диодов, имеющих мапые вепичины емкостей и малую инерционность З 5 туннельного эффекта, а также сравнитепь но низкие значения сопротивпений резисторов, шунтирующих туннепьные диоды, обеспечивают рабочий диапазон частот преобразоватепя достигающий сотен МГц, 40 Непинейность характеристик туннепьных диодов в обпасти мапых напряжений (десятки и сотни мВ). позволяет применять преобразователь ддя преобразования сигналов низкого уровня, Испспьзование- "5 вместо туннепьных (обращенных) диодов несколько ухудшает частотную характеристику преобразоватепя, но улучшает его чувствитепьность по току за счет увепичепя входного сопротивпения. При менение туннепьных (обращенных) диодов из арсеннда галпия с оптимальной концентрацией пегируюшей примеси, имеющих высокую температурную стабипьность воны-амперных характеристик, псзвопяет 55; обеспечить малую температурную погрешность преобразователя. Ограничительные диоды 6-9, шунтируюшие входные выводы трехполюсников, защищают туннепьные60 10324 Сост авитепьва Техред М, На едактор Н. Ков Подпи,цитата ткут ти б., д. 4/5 шская 3 ППП Патентфот перегрузки, предотвращая их,деградапию и повышая цадежность преобразоватепя (деградапия свойственнатуннепьиым диодам, выпопненным наарсениде галпия). Схем преобраэомтепя допускает его изготовление в видеИнтегральной схемы.Предлагаемый преобразователь можетработать с мапой погрешностью преобратираж 706 ПИ Государственного по депам изобретений 35, Косква, Ж-ЗБ, зомния даже при напряжениях,припоженных к туннельным диодам, достиганхпих400 мВ. Это значительно больше, чемпредельное напряжение на обращенныхдиодах известного преобразоватепя, равкое прибпизитепьно 50 мВ, и обеспечивает возможность его применения дпя преобразования сигналов с широким динамическим диапазоном уровней.