Квадратичный преобразователь

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУ 6 ЛИК и С 0 ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ ЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМУ С(7 1) Куйбышевский электротехничкий институт связи(54)(57) КВАДРАТИЧНЫЙВАТЕЛЬ, содержащий масэистор, подключенный оводов к одному из внешнелинейного элемента,ний вывод которого соеной нулевого потенциалнизкой частоты, о т л нелинеинымльда. М.,видетельство ССС С 7/20, 1980 ПРЕОВРАЗО- штабный редним из вы них выводов другой внешдинен с шиа, и фильтр ичаю 3 ф ОПИСАНИЕ901144123 щ и й с я тем, что, с цепью повышения точности,он содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор,выход которого является выходом преобразователя, нелинейный элемент выполнен в виде полупроводника, вкотором имеются две внешние области с неравномерным распределениемлегирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами, и промежуточная область,снабженная третьим омическим контактом, внешний вывод которогоподсоединен к входу фильтра низкойчастоты, подключенного выходом квходу усилителя импульсов, входмодулятора является входом преобразователя, а его выход подключен кдругому выводу масштабного резистора,1144123 1Изобретение относится к электроизмерительной и аналоговой вычислительной технике и может бытьиспользовано в приборостроении визмерителях мощности и вольтметрах среднеквадратичного значениядиапазона звуковых, ультразвуковыхи радиочастот, а также в модулирующих устройствах и аналоговых вычислительных машинах,Известны квадратичные преобразователи, содержащие нелинейныеэлементы, например термопреобраэователи или биполярные транзисторыпеременной крутизны, включенные 15в резистивно-усилительные схемы 1.Такие преобразователи имеют недостаточно высокие точность и быстро-.действие,Наиболее близким техническим решением к изобретению является усредняющий квадратичный преобразователь,содержащий полевой транзистор, кзатвору которого подключен первый вывод источника напряжения смещения,второй вывод которого и первыйвходной вывод преобразователя соединены с шиной нулевого потенциала,компенсирующий терморезистор, корректирующий конденсатор, масштабныйрезистор и фильтр низких частот,выходные выводы которого являютсявыходом преобразователя, а входныевыводы подключены соответственнок истоку и стоку полевого транзистора, корректирующий конденсатор35включен между вторым входным выводом преобразователя и стоком полевого транзистора,. параллельно корректирующему конденсатору включена40цепочка из соединенных последовательно компенсирующего термореэистора и масштабного резистора 21 . Недостатками известного квадратичного преобразователя являются труд ность достаточно полной коррекции температурной погрешности, связанной с изменениями сопротивления канала и значения коэффициента управленияА полевого транзистора, 50 а также необходимость индивидуальной коррекции частотной характеристики. Последнее связано с технологическим разбросом частотных свойств полевых транзисторов. 55Цель изобретения - повьшение точности квадратичного преобразователя,Поставленная цель достигается тем что квадратичный преобразователь, содержащий масштабный резистор, подключенный одним иэ выводов к одному иэ внешних выводов нелинейного элемента, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, и Фильтр низкой частоты, содержит модулятор и последовательно включенные усилитель импульсов и детектор, выход которого является выходом преобразователя, нелинейный элемент выполнен в виде полупроводника, в котором имеются две внешние области с неравномерным распределением легирующей примеси, снабженные омическими контактами с внешними выводами, и промежуточная область, снабженная третьим омическим контактом, внешний вывод которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к входу усилителя импульсов, вход модулятора является входом преобразователя, а его выход подключен к другому выводу масштабного резистора.На чертеже приведена схема квадратичного преобразователя.Схема содержит масштабный резистор 1 и фильтр 2 низкой частоты (усредняющий интегратор), нелинейный.элемент 3, выполненный в виде полупроводника, имеющего три вывода и две области с неравномерным распределением легирующей примеси, один из выводов соединен с шиной нулевого потенциала, а другой - с первым выводом масштабного резистора 1, модулятор 4 входного сигнала, вход которого является входом преобразователя, а выход подключен к другому выводу масштабного резистора 1, и соединенные последовательно усилитель 5 импульсов и детектор б импульсов. При этом вход фильтра 2 низкой частоты подключен к третьему выводу нелинейного элемента 3, выход Фильтра 2 низкой частоты - к входу усилителя 5 импульсов, а выход детектора б импульсов является выходом квадратичного преобразователя. Масштабный резистор 1 используется для установки коэффициента функции преобразования преобразователя и уменьшения изменений входного тока нелинейного элемента 3,1144123 4тервале времени действия радиоимпульса протекает токКвх вх я 2 я5оВЫк Н ВЬк Н ВК 10 к Й нФ Ъ2(а 21 ) в" 3связанных с температурными изменениями его входного сопротивления.Фильтр 2 низкой частоты (усредняющий интегратор) обеспечиваетвыполнение операций интегрированияи усреднения выходного напряжениянелинейного элемента 3, которыйвырабатывает напряжение, содержащеесоставляющую, пропорциональнуюквадрату его входного тока и квадрату входного сигнала преобразователя,Модулятор 4, использующийся дляполучения импульсной модуляциивходного сигнала преобразователя,представляет собой аналоговый ключ,выполненный на полупроводниковыхприборах или герконах. Последниеможно использовать при входныхсигналах, среднее значение которыхизменяется медленно. Для полученияимпульсной амплитудной модуляциимодулятор 4 должен содержать генератор управляющих ключом импульсов.Усилитель 5 импульсов обеспечивает усиление импульсов выходногонапряжения фильтра 2 низкой частоты,амплитудные значения которых пропорциональны средним значениямквадрата входного сигнала преобразователя. Детектор б импульсовпреобразует выходные импульсы усилителя 5 в напряжение или ток,пропорциональные среднему значениювходного сигнала.Преобразователь при синусоидальном входном сигнале работает следующим образом.Входное напряжение преобразователя Пв = П, зпы в модуляторе4 подвергается амплитудной модуляции, в результате которой формируются радиоимпульсы с синусоидальнымсигналом заполнения. Амплитудноезначение напряжения радиоимпульсовПмги = Ка Пмвк 1 где К - коэффициентпреобразования модулятора иа интервалах времени формирования радиоимпульсов.Выходное сопротивление нелинейного элемента 3 определяется выражением5ВыхН 0 2 Н Вк 2 Н Вк 5 Н 8 Х=Я+К 1 фК 1 +К 1 +:а его входное сопротивлейиеввк -2 коВ результате этого через входнуюцепь нелинейного элемента 3 на ингде К - сопротивление масштабного резистора 1. Выходное напряжение элемента 3 Согласно выше изложенному оно содержит квадратичную составляющую К К 0,г "р кв зн вк Гр +2 К а вк осреднее значение которойК 1, КТ кв я,+ йй ) вкпропорционально квадрату амплитудного значения входного сигнала наинтервалах времени действия радиоимпульсов, много больше среднихзначений других составляющих иравно нулю в паузах между радиоимпульсами.Фильтр 2 низкой частоты, имеющий коэффициент преобразования К,формирует импульсы среднего значе ния квадратичной составляющей выходного напряжения нелинейного элемента 3 и подавляет. другие составляющие. Усилитель 5 импульсов скоэффициентом усиления Кв усиливаетэти импульсы,а детектор б импульсов с коэффициентом преобразования КЬ преобразует импульсы впостоянное напряжение. При этом выходное напряжение квадратичногопреобразователя45 н1 н 25 Ь 2 вьх 2(р2 рмвк Введение в преобразователь нелинейного элемента, имеющего две области с неравномерным распреде" лением легирующей примеси, поз= 55 воляет получить составляющую напряжения, которая квадратична по от:ношению к входному току в широком диапазоне изменения его значений,1144123 Составитель А. МасловТехредЖ.Кастелевич Корректор С. 1 цекмар Редактор А. Козориз Заказ 932/41 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Фиггиал 1 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Введение в квадратичный преобразователь импульсного модулятора 4обеспечивает импульсную модуляциюквадратичной составляющей выходного напряжения нелинейного элемента.Введение усилителя 5 импульсов стак называемым закрытым входом(во входной цепи имеется разделительный конденсатор) и детектора 6импульсов обеспечивает отделениеимпульсов измерительного сигнала,сформированных фильтром 2 низкойчастоты, от термо-ЭДС нелинейногоэлемента 3, не имеющей модуляции,усиление этих импульсов и преобразование в постоянное напряжение. В связи с тем, что частотный ,диапазон нелинейного элемента, не имеющего-н-переходов, очень широк (до тысячи мегагерц) обеспечивается уменьшение частотной погрешности преобразователя. Погрешность квадратичной функции.преобразования в результате введения нелинейного элемента новойконструкции и импульсной модуляции 5 входного тока, облегчающей тепловой режим нелинейного элемента,снижается по сравнению со случаемиспользования полевого транзистора. Температурная погрешность, 10 связанная с изменениями входногосопротивления нелинейного элемента, в результате последовательногоподключения масштабного резистораснижается до долей процента.15 Измерение метрологических характеристик измерительного преобразователя с использованием компенсационного вольтметра ВЗкласса0,2 в диапазоне частот О, 1-10 МГцо 20 и диапазоне температур 0-5 П С показывает, что его основная приве денная погрешность преобразованияне поевышает 17.