Аналоговый логарифмический преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки М 606 С 7/24 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытиИ(72) Авторы изобретения СеВ,Валицкий, Р,В,Бегота и Л.А,Лукащук Львовский ордена Ленина политехнический инстит 3 т Гь " т. - т(54) АНАЛОГОВЬ 1 Й ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Предлагаемый логарифмическийпреобразователь предназначен для использования в аналоговых вычислительных устройствах, в частности, устройствах умножения, деления, а также 5в различных схемах информационноизмерительной аппаратуры,Известны логарифмические преобразователи, использующие включениебиполярного транзистора в цепи обрат 40ной связи операционного усилителя 11,Этим логарифмическим преобразователям присущ недостаток, состоящий в том, что с увеличением входного 15 тока вплоть до допустимых значений коллекторного тока увеличивается погрешность передаточной характеристики преобразователя, и зто являние связано с влиянием объемного сопро О тивления базы транзистора г Ф . Увели" чение же входного тока преобразователя желательно не только с ",очки зрения расширения динамического диапазона входных сигналов, и оно, кроме того, ведет к увеличению быстродействия данного преобразователя.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее вклю-ЗО ченные последовательно входной масштабирующий резистор, операционный усилитель, первый масштабирующий резистор, выходной суммирующий усилитель, между входом и выходом которого включен первый операционный резистор, логарифмирующий транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно ко входу и выходу операционного усилителя, дополнительный усилитель, выход которого через второй масштабирующий резистор соединен со входом выходного суммирующего усилителя, между инвертирующим входом и выходом дополнительного усилителя включен второй операционный резистор, база логарифмирующего транзистора подключена к инверти рующему входу дополнительного усилителя .21 .Недостатком данного устройства является погрешность передаточной характеристики, обусловленная влиянием объемного сопротивления базы транзистора г , возникающая от протекания тока базы 31 . Это напряжение приводит к отклонению напряжения эмиттерного перехода транзистора от логарифмической зависимости и является напряжением погрешности. Припомощи дополнительного усилителя, который обеспечивает потенциал базы транзистора близкий к нулю, базовый ток преобразуется в напряжение, противвфазное по отношению к напряжению на эмиттере транзистора, и затем это напряжение вычитается из общего сигнала на выходном суммирующем усилителе, При условии равенства операционного сопротивления дополнительного усилителя и сопротивления г напряжениеО погрешности 3г.компенсируется н выходном сигйале. Однако известно, что сопротивление ге у транзисторов уменьшается с возрастанием коллектор- ного тока, и поэтому компенсация напряжения погрешности 3 г 1 выполня ется лишь на относительно узком участке рабочей характеристики устройства, где сравнимы величины Гве и операционного резистора дополнительного усилителя. 201.ель настоящего изобретения повышение точности за счет уменьшения погрешности передаточной характеристики преобразователя, работающего в широком динамическом диапазоне, путем многократного использования одного сравнительно точного, но узкого участка передаточной характеристики с одновременным формированием весовых коэффициентов.Поставленная цель достигается тем, что аналоговый логарифмический преобразователь, содержащий входной масштабирующий резистор, подключенный первым выводом к входу преобразователя, а вторым выводом - к входу операционного усилителя, транзистор, включенный н цепь обратной связи операционного усилителя, и сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, дополнитель но содержит ь (где ь = 1,2,3 л ) ключей, и + 1 весовых резисторов, икомпараторов,ьисточникон опорного напряжения и усилитель-формирователь, причем входы всех ключей соединены 45 с первым входом преобразователя и с первыми входами всех компараторов выходы ключей через соответствующие ь весовых резисторов соединены вторым выводом входного масштабирующего резистора, вторые входы компаратороз соединены с источником опорного напряжения, выходы каждого компаратора соединены с.управляющим .входом соответствующего ключа, выходы компаратора подключены к входам усили теля-формирователя, выход которого соединен со вторым входом сумматора и через Ь + 1 весовой резистор с вторым выводом входного масштабирующего резистора, 60На чертеже представлена блок-схема аналогового,. логарифмического преобразователя.Устройство содержит операционный усилитель 1 с транзистором 2 и входным масштабирующим резистором 3,ключи (4 в : 4 е 1); весовые резисторы5 е -, 5 ее источники опорного напряжения Е . Е ь (б-б), компараторыОееКП + КП(7 в , 7 е), усилитель-формирователь 8, сумматор 9.В качестве компараторон и ключеймогут быть использованы различныеузлы и элементы современной схемотехники, в том числе и в интегральном исполнении: операционные усилители, ключи на полевых транзисторах,на герконах и т.д.Устройство работает следующимобразом,Передаточная функция преобразонаетеля выражается в общем виде какЧ = ЯуЧ , где Ч 1 - значение входного сигнала, равное или больше единицы,Данную функцию можно представитьпо иному: е,:ееч,:ее(,"): .еее где 1: 0,1,2,3 пЧ; = (1+10)(1+10" )В соответствии с выражением (1) преобразователь должен иметь нелинейный элемент, в данном случае - логарифмирующий транзистор со сравнительно точным, хотя бы и узким, участком передаточной характеристики в диапазоне Ч =. (1-,10) . Если диапазон изменения входного сигнала Ц = 1-:10 презышает диапазон изменения Ч , то устройство вырабатынает весовой сигнал, обозначенный 1= 0,1,2,3 Ь, который суммируется с сигналом нелинейного элемента и, таким образом, позволяет реализонать преобразователь с широким динамическим диапазоном.В исходном состоянии ключи 4-4 включены, в результате чего параллельно резистору 3 подсоединены резисторы 5 в ;5 е 1, а на выходе усилителя-формирозеателя 8 имеется нулевой потенциал. Это положение сохраняется в сравнительно узком диапазоне изменения входного сигнала Ч 1, при котором погрешность передаточной характеристики логарифмирующего транзистора минимальна, т.е. вдиапазоне значений Ч; = (1-:10) . При достижении входным сигналом значения Ч = 10 срабатывает первый компаратор 7, выходной сигнал которого выключает ключ 4., (тем самым увеличивает эквивалентное сопротивление во входной цепи преобраЗОвателя) и одновремен но с этим заставляет усилитель- формирователь 8 выработать на своем выходе напряжение, соответствующее весовому коэффициенту 1 в уравнении (1), Аналогично с ростом входного сигнала срабатывают компараторы 7 ,.7 ее при уровнях Ч кратных значению 10, при этом транзистор при помощи ключей 4 епереводится вновь наеначальный участок своей рабочей характеристики, а на сумматор поступает с усилителя-формирователя эквивалентный сигнал, равный значению8 у У в максимальной точке характеристики, Следовательно, на приведеннойблок-схеме можно строить сравнительно точные и широкодиапазонные устройства на основе точного, но узкбдиапа.зонного преобразователя.Преимущество предложенного аналогового логарифмического преобразова- отеля по сравнению с известным состоит в следующем. В прототипе расширение динамического диапазона в сторону роста коллекторного тока приводитк увеличению погрешности передаточной характеристки, и поэтому необходимо уменьшить эту погрешность структурными методами, что удается сделатьтолько частично, по той причине, чтосопротивление нелинейно зависит щот коллекторного тока, В данном логарифмическом преобразователе используется многократно один и тот же,оптимальный с точки зрения погрешности, участок логарифмической характеристики таким образом, что при достижении максимума этого участка рабочая точка переводится обратно на начало этого участка с одновременной,компенсацией напряжения выходногосигнала по причине уменьшения коллекторного тока. В результате этогоудается реализовать логарифмическийпреобразователь с относительно малойпогрешностью в широком динамическомдиапазоне, так как погрешность от 35введения в устройство таких узлов,как сумматоры и ключи может быть незначительна по сравнению с погрешностью самого нелинейного элемента и,кроме, того, она легко нормируется. 4 ЦПо структурной схеме предложенногоустройства можно реализовать рядунифицированных преобразователей сразличными нелинейными зависимостями и с расширенным динамическим диапазоном входных сигналов,формула изобретенияАналоговый логарифмический преобразователь, содержащий входной масштабирующий резистор, подключенный первым выводом к входу преобразователя, а вторым выводом - к входу оп рацион- ного усилителя, транзистор, включенный в цепь обратной связи операционного усилителя и, сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, о т л и ч а ьщ и й с я тем, что, с целью повышения точности эа счет уменьшения погрешности передаточной характеристики преобразователя, он дополнительно содержит и (где я = 1,2,3 п ) клю-, чей, ь + 1 весовых резисторов, л компараторов,источников опорного напряжения и усилитель-формирователь, причем входы всех ключей соединены с первым входом преобразователя и с первыми вхсдами всех компараторов, выходы ключей через соответствующие ь весовых резисторов соединены с вторым выводом входного масштабирующего резистора, вторые входы компаратора соединены с источниками опорного напряжения, выходы каждого компаратора соединены с управляющим входом соответствующего ключа, выходы компараторов подключены к входам усилителя- формирователя, выход которого соединен со вторым входом сумматора и через (и + 1) весовой резистор - с втОрым выводом входного масштабирующего резистораИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Минеева Ю.В., Александрова А.С,Логарифмическое преобразование сигналов при помощи транзисторов.Приборы и техника эксперимента,1968, Р 3, с. 96,2, Авторское свидетельство СССРР 579631, кл. С 06 6 7/24 1977,атент, г. Ужгород, ул. Проектная,Филиал П з 9041/50 Тираж ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, ЖПодписноеомитета СССРоткрытийшская наб д. 4/5