Преобразователь электрического напряжения в ток

и электроник скусство схемо.1, с,365.ЛЕКТРИЧЕСКОХилл Х, "И ир", 1984, т ВАТЕЛЬ Э Я В ТОК ие; в эле преобраз троизмеритель ования двух на ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(21) 4785561/21 (22) 22,01,90 (46) 23,05,93. Бюл (71) Институт ра АН СССР (72) Г,Я,Зеленов (56) Хоровиц П техники". М., "М (54) ПРЕОБРАЗО ГО НАПРЯЖЕНИ (57) Использован ной технике для пряжении в ток, пропорциональный их произведению. Сущность изобретения; преобразователь содержит операционный или дифференциальный усилитель 1, биполярный транзистор 2 и - р - и или р - и - р типа, полевой транзистор 3, биполярный транзистор 4 противоположного типа проводимости. переменный резистоо 5. инвертор 6, нагрузку 7, источники питания 8, 9, эмиттерные повторители 10, 11, делитель напряжения 12, разделительный конденсатор 13, усилитель 14. 2 з.п.ф-л ы, 2 ил.(2) 45 50 1(т ) -Ч 2 1(т) -Ч 2 озЧ(Чр Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для умножения двух сигналов,Цель изобретения - расширение области использования за счет обеспечения преобразования двух напряжений в ток,пропорциональный их произведению в широком динамическом и частотном диапазонах.На фиг.1 и 2 показаны примеры выпалнения предлагаемого решения. На чертежах приняты следующие обозначения; 1 -операционный или дифференциальный усилитель, 2 - первый биполярный транзистор,3 - полевой транзистор, 4 - второй биполярный транзистор, 5 - переменное сопротивление, 6 - инвертор (инвертирующийкаскад), 7 - нагрузка, 8 - источник питаниятранзисторного каскада, 9 - дополнительный источник питания Ч 1(т), Ч 2(т) - первый и 20второй сигналы, задаваемые относительноземляной шины. 10, 11 - эмиттерные повторители, 12 - сопротивление делителя напряжения, 13 - разделительный конденсатор,14 - усилитель второго сигнала Ч 2(с). Здесь 25Чп либо полюс дополнительного источникапитания, либо полюс источника питанияусилитель 1. Необходимо отметить, что нафиг.1 не обозначены схемы питания усилителя 1, Схемы питания усилителя 1 стандартные и указаны в справочниках поприменению операционных или дифференциальных усилителей, которые зависят оттипа применяемого усилителя, Выход усилителя 1 соединен с базой транзистора 2, 35эмиттер транзистора 2 соединен со стокомполевого транзистора 4, и с инвертирующим входом усилителя 1, исток полевоготранзистора 4 соединен с земляной шиной,выход усилителя 1 соединен с входом инвертора 5, выход которого соединен с базойтранзистора 3, эмиттер транзистора 3 соединен с одним концом переменного сопротивления - 6, другой конец которого соединен с земляной шиной, коллектор транзистора 3 соединен с одним полюсом источника питания 9, другой полюс источника питания 9 соединен со вторым концом нагрузки 7, первый конец которой соединен с земляной шиной, коллектор транзистора 2 через источник питания 8 соединен со вторым концом нагрузки 7, один сигнал Чф) подан на неинвертирующий вход усилителя 1, другой сигнал Ч 2(т) подан на затвор полевого транзистора 4. На фиг.2 между выходом усилителя 1 и базой транзистора 2 включен эмиттерный повторитель 11, между выходом инвертора 5 и базой транзистора 3 включен эмиттерный повторитель - 10, На затвор транзистора 4 подано напряжение смещения с выхода делителя напряжения - 13, на вход которого подано напряжение Чп. Сигнал Ч 2(т) подан на вход усилителя 12, выход которого через разделительный конденсатор 14 соединен с выходом делителя 13.Устройство работает следующим образом (см.фиг.1), Первый сигнал Ч 1(т) подается на неинвертирующий вход усилителя 1, а с выхода усилителя 1 поступает на базу транзистора 2, между эмиттером которого и земляной шиной включен полевой транзистор 3, Благодаря тому, что эмиттер транзистора 2 соединен с инвертирующим входом усилителя 1, обеспечивается глубокая отрицательная обратная связь и транзистор 2 открывается или закрывается таким образом, что на стоке полевого транзистора 3 поддерживается напряжение, равное Ч(т). В результате по транзисторному каскаду, состоящему из элементов (2, 3, 7, 8) протекает ток где Воз - сопротивление полевого транзистора в момент времени т между стоком и истоком, Но Воз зависит от напряжения, поданного между затвором и источником Чбз. Эта зависимость дается формулой 5.16, то есть Чгйоз -2 оз(Чы - Чр)где Чр - пороговое напряжение,оз - ток стока при Чы = О,Чр и оз являются параметрами и зависят от конкретного полевого транзистора. Тогда формула (1) с учетом (2) преобразуется в выражение или, заменяя Чав на Ч 2(т), получаем формулутока х Ч 2 (т) - Ч 1(тЧ1817030 Таким образом, ток 11(т), протекающий через элементы 2, 3, 7, 8 (см,фиг.1 и 2), определяется формулой (3) и состоит иэ двух слагаемых: первое пропорционально произведению первого сигнала на второй и вто рого пропорционального первому сигналу. Чтобы ток 1, протекающий через нагрузку 7 и равный 1 = 11 + 12,(4) 10 был пропорционален только произведению Ч 1(т) Ч 2(т), необходимо добавить ток 12, который бы был такого знака, чтобы уничтожал второе слагаемое в (3) или (4), Для этого 15 добавляется цепь, состоящая из элементов 4, 5, 6 и 9. С помощью переменного сопротивления 5 ток подбирается ток, чтобы(6) а условие (7) на Где Йперем. - величина переменного сопротивления 5,. 30Из(5) и (6) следует, что второе слагаемое уничтожается при перем---Ч -Чем 2 1 оз(7) а Чсм напряжение, на которое смещается 35 затвор полевого транзистора. Тогда величина тока, протекающего по нагрузке - 7 (фиг,2), определяется при соблюдении (7 ), т.е, при компенсации протекающего через нагрузку тока при Ч 2(т) = 0 из выражения2 озК1 - Ч () Ч 2 ( т ) Ч 1 ( т )О(7) 1=0 Ч(т)0, (19) 45где К - . коэффициент усиления усилителя 14.При выводе выражения (9) предлага. лось, что величина емкости 13 очень большая, Из (9) следует, что устройство уже 50 реагирует на величину знака Ч 2(т). Эмиттерный повторитель 10 и 11(см,фиг 2) включены в схему в том случае, когда через транзисторы 2 и (или) 4 должны протекать большие токи, т.е, когда мощности усилителя не хва таетдля управления транзисторными каскадами.Устройство, изображенное на фиг,2, работает аналогично устройству на фиг,1. Следует отметить, что частотный диапазон, в котором работает устройство, простирается Рассматривая цепь: выход усилителя, элементы 6, 4, 5 следует, что В случае выполнения условия(7) величина тока, протекающего через нагрузку (7), определяется как 2 оз1 -- Ч 1(т)1 Ч 2 (с)1, Ч 1(с) ОЧр (8)=О, Ч 1(т) О При этом предполагается, что Ч 2(т)0 для полевого транзистора с р - и переходом и каналом и-типа и Ч 2(т)0 с каналом р-типа,Из выражения (8) следует, что устройство на фиг.1 реагирует только на положительные составляющие сигнала Чф). При изменении типа транзисторов 2 и 4 на противоположные и включении источников питания 8 и 9 на противоположные (фиг.1 и фиг.2) устройства будут реагировать только на отрицательную составляющую сигнала, Направление тока 1 определяется полярностью включения источника питания 8. Недостатком устройства, показанного на фиг.1, который устраняется, является то, что ток 1 не реагирует на знак сигнала Ч 2(с), Это выполняется для полевых транзисторов с управляющим р - и переходом и следует из того факта, что 1) сопротивление не может быть отрицательным, 2) транзисторы с управляющим р - и переходом не должны работать при прямых смещениях(из-за нелинейности сопротивления Воз от величины Ч 2(т) при прямых смещениях, хотя в принципе работа возможна), Указанный недостаток устраняется для транзисторов с управляющим р-п переходом в устройстве на фиг,2, а именно смещением затвора транзистора 3 с помощью делителя напряжения, состоящего из сопротивлений 12. При этом для полевого транзистора с управляющим р-и переходом и каналом и-типа Чп должно быть отрицательным, а с каналом р-типа Ч, должно быть положительным, При смещении затвора условия (3) меняется на условие 2 1 оз11 - Ч 1(т) Ч 2- (Чр - Чсм )1817030 ставитель Л,Фоминахред М,Моргентал Корректор М,Кешел Редактор Т,Иванов Тираж Подписноеного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 аказ 1720 ВНИИПИ Госуда Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,от постоянных токов и до самых высоких частот, до которых может работать усилитель, От постоянных токов до относительно низких частот (несколько мегагерц) в устройство применяется операционный усилитель, На высоких частотах, где не работает операционный усилитель следует применять дифференциальный усилитель,Из сказанного видно, что по сравнению с устройством прототипом заявляемого устройство способно в широком динамическом и частотном диапазоне перемножаться два сигнала и преобразовывать результат в протекающий по нагрузке ток. Заявленное устройство позволяет осуществлять модуляцию одного сигнала другим, а также детектирование промодулированного сигнала в широком частотном диапазоне. Формула изобретения 1. Преобразователь электрического напряжения в ток, содержащий операционный или дифференциальный усилитель, первый биполярный транзистор р-и-р- или и - р - п-типа, источник питания, неинвертирующий вход усилителя соединен с первой входной клеммой устройства, инвертирующий вход усилителя соединен с эмиттером первого биполярного транзистора, коллектор которого через источник питания соединен с выходной клеммой устройства и первым выводом нагрузки, второй вывод которой и первый вывод резистора соединены с общей шиной устройства,.о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения преобразования двух напряжений в ток, пропорциональный их произведению, в широком5 динамическом и частотном диапазонах, введены второй биполярный транзистор с типом проводимости, противоположным проводимости первого биполярного транзистора, полевой транзистор, дополнитель ный источник питания, инвертор, резисторвыполнен переменным, причем эмиттерпервого биполярного транзистора соединенсо стоком полевого транзистора, исток которого соединен с общей шиной устройства, а 15 затвор соединен с второй входной клеммойустройства, выход усилителя соединен с базой первого биполярного транзистора и через инвертор с базой второго биполярного транзистора, эмиттер которого соединен с 20 вторым выводом переменного резистора, аколлектор через второй источник питания соединен с выходной клеммой устройства.2. Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что затвор полевого транзи стора соединен с выходом делителя напряжения, вход которого соединен либо с дополнительным источником питания соответствующей полярности, либо с источником питания усилителя.30 3. Преобразователь по п.1 и 2, отл ич а ю щ и й с я тем, что выходы усилителя и инвертора соединены соответственно с базами первого и второго биполярных транзисторов через змиттерные повторители.35