Логарифмический преобразователь

Союз Советских Социалистически ив РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОНУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ оч 801002(22) Заявлено 110379 (21) 2736203/18-24с присоеединвнием заявки Йо(51)М. Кл.з С 06 6 7/24 ГосударственныЯ коинтет СССР но дман изобретениЯ н открытнЯ 4(72) Авторы изобретения В.В. Бухалов, Е.Т. Володарский и К.Л, Серпилин,Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летияВеликой Октябрьской социалистической революции(54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к аналого-. вой вычислительной технике, а именно к логарифмическим преобразовате,пям переменного напряжения, и может быть использовано для непрерывного измерения напряжений, изменяющихся в широком диапазоне значений,например при контроле параметров линейных интегральных схем, при определении коэффициента нелинейных искажений, отношения сигнал-шумф и т,п.Известны логарифмические преобразователи переменного. напряжения, выполненные по разомкнутой схеме, содержащей последовательно соединенные масштабный преобразователь, выпрямитель и логарифматор постоянного напряжения или тока 1.Однако, рабочий диапазон входных напряжений таких преобразователей ограничен динамическим диапазоном выпрямителя, который обычно не превькаает 20 дБ. Для расширения рабочего диапазона входных напряжений этих преобразователей к их входам подключают широкополосные аттенюаторы, управляемые вручную или автоматически. Аттенюаторы с механическими элемен тами в системе переключения диапазонов значительно снижают быстродействие преобразователя и вносят заметную погрешность в результат преобразований, поскольку они, как пра- Э вило, выполняются на низкоомных резисторах, имеющих ограниченное число номинальных значений, определенных с собственной допустимой погрешностью.10 Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсялогарифмический преобразователь,содержащий блок с регулируеьым коэффициентом преобразования и включенные 5 в его цепь обратной связи по управлению выпрямитель и блок сравнения,один вход которого соединен с источником опорного сигнала, а второйс выходом выпрямителя. Вход выпря мктеля подключен к выходу блока срегулируемым коэффициентом преобразования, являющемуся выходом логарифмического преобразователя. Блок срегулируемям коэффициентом преобра эования имеет на входе аналоговыйсумматор, однй из входов которого является входом логарифмического преобразователя. В состав логарифмичес.кого преобразователя входит также Зо антилогарифматор, включенный междувыходом блока сравнения и входом аналогового сумматора. Блок с регулируемым коэффициентом передачи содержитпараллельно соединенные операционныйусилитель и логарифмирующий элемент(транзистор, включенный как диод),дифференциальное сопротивление которого обратно пропорционально величине протекающего через него постоянного тока 2. с регулируемым коэффициентом преобразования, а выход соединен с объединенными эммитерами первого и второго транзисторов, база первого транзистора является управляющим входомблока с регулируемым коэффициентомпреобразования, база второго транзистора соединена с шиной нулевогопотенциала, коллекторы первого ивторого транзисторов через соответствующие первый и второй резисторы, 10 нагрузки соединены с шиной питания.На чертеже представлена Функциональная схема логарифмического преобразователя.Логарифмический преобразователь )ф содержит блок 1 с регулируемым коэффициентом преобразования, выпрямитель 2, блок 3 сравнения, аналоговый сумматор 4, вход 5 логарифмического преобразователя, элемент б срав О нения, усилитель 7 на выходе. Крометого, на чертеже изображены источник8 опорного сигнала, выход 9 логарифмического преобразователя, масштабный преобразователь 10, Блок 1 с регулируемым коэффициентом преобразованиясодержит пару дифференциально включенных транзисторов 11 и 12, преобразо-.ватель 13 напряжения в ток, резисторы14 и 15 нагрузки и источник питания16.36 Работает логарифмический преобразователь следующим образом.Входной сигнал переменного напряжения У подают на один из входованалогового сумматора 4, на второй Я вход которого поступает сигнал пере-менного напряжения П через масштабный преобразователь 10 с выхода блока 1. Суммарный сигнал П + У 2 с выхода аналогового сумматора 4 подают навход блока 1, откуда он после обработки преобразователем 13 напряженияв ток и деффиринциально включенныйпарой транзисторов 11 и 12 поступает на вход выпрямителя 2. Выпрямленньй сигнал постоянного напряжения 45 подают на один из входов блока 3сравнения, где его сравнивают с опорным напряжением Поп источника 8.Разностный сигнал постоянного напряжения У подают на управляющий: 6 вход блока 1 и прикладывают междубазами транзисторов 11 и 12. Этотсигнал, формируемый в цепи обратнойсвязи по управлению блока 1, служит для регулирования его козффициен- Я та преобразов 2 чия таким образом,чтобы поддерживать напряжение навыходе выпрямителя 2 равным опорно,му напряжению Поп источника 8., В установившемся режиме работа ФО.логарифмического преобразователяописывается выражениемПЧ" П+ "аК К- ПопК " 1)где К 4, К, К. - коэффициенты преобразованйя соответственно блока 1 45 с регулируемым коэффициентом преоб.раэования, выпрямителя 2 и блока3 сравнения.Коэффициент преобразования блока1, выполненного на паре дифференци-.ально включенных транзисторов 11и 12 с коэффициентами усиления потоку о( близкими к единице, выражается следующей зависимостьюК = К1о 1+ехр 0/9 т)(2)де К - кРУтизна УпРавлЯющей ХаРакотеристики;О) - управляющее напряжение,прикладываемое между базамитранзисторов 11 и 12;Ят - тепловой потенциал р-и перех рехода транзисторов 11 и 12. 15Решая совместно уравнения (1) и. д.ца - а и цОУ+ Ц КПри условии Ц,КутПУ, которое легко выполняется выбором нужного значения К, т.е. фактически установлением необходимого коэффициента усиления усилителя 7, имеем 2(Пд+ Ог%КопУстановив коэффициент преобразования масштабного преобразователя 10равными принимая во внимание,что1П = вье К и Поп Пзьк К 2г.огде Пььа- выходное напряжение блока 1,имеемП = Вп(01 -- ) 5т 1 поТаким образом, при соответствующемвыборе коэффициентов Ко и Ка с выхода 9 логарифмического йреобразовате"ля снимают сигнал постоянного напряжения, уровень которого изменяетсяпропорционально логарифму входногосигнала переменного напряженият п(11либо логарифму отношения двух напряжений 45 У Попгде Оо может быть выпрямленным напряжением от второго источника входного сигнала переменного напряжения, 5 рВыходной сигнал Пу логарифьеческого преобразователя может быть использован для цифровой индикации переменного напряжения, изменяющегося в широком диапазоне значений устройство 5 не имеет дорогостоящего операционного усилителя с Ограниченным динамическим И частотным диапазоном и антилогарифматора, имеющего собственную погрешность преобразования, что повысило точность преобразования, фо расширило динамический и частотный диапазон по сравнению с известным, а также уменьшило его стоимость.Таким образом, предлагаемый логарифмический преобразователь имеет расширенный динамический диапазон, расширенный частотный диапазон в области высоких частот и более чем в 3 раза уменьшенную погрешность преобразования по сравнению с известным.Формула изобретения1. Логарифмический преобразователь,. содержащий блок с регулируемым коэфФициентом преобразования, выпрямитель и блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом источника опорного сигнала, а второй - с выходом выпрямителя, вход которого соединен с выходом блока с регулируемым коэффициентом преобразования, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, а информационный вход соединен с выходом аналогового сумматора, первый вход которого является входом логарифмического преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения динамического диапазона, он снабжен масштабным преобразователем, выход которого соединен со вторым входом аналогового сумматора, а вход - с выходом блока с регулируеьаям коэф" фициентом преобразования, выход блока сравнения является выходом логарифмического преобразователя.2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок с регулируемым коэфФициентом преобразования содержит дифференциально включенные первый и второй транзисторы и преобразователь напряжения в ток, причем вход преобразователя напряжения в ток является входом блока с регулируемым коэффициентом преобразования, а выход соединен с объединенными эмиттерами первого и второго транзисторов, база первого транзистора является управляющим входом блока с регулируеьым коэффициентом преобразования, база второго транзистора соединена с шиной нулевого потенциала, коллекторы первого н второго транзисторов через соответствующие первый и второй резисторы нагрузки соединены с шиной питания.Источники, информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СШЛ 9 3562552,кл. 307-229, опублик. 1971.2. Патент США Р 3502952,кл. 321-8, онублик. 190 (прототип),8 О 1 ОО 2 Составитель ИвановаРедактор С . Шевченко Техред М.Коштура Корректор Г шетннк 31/бб Тираж 756 ВНИИПИ Государственног по делам иэобретений 113035, Москва, Ж, РаПодпио комитета СССРи открытийушская наб., д.4 каэ 1 н филиал ППП Патент г.уагород, ул.Проект 4