Функциональный преобразователь

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АЗВИЖМУ Св ТИИЬСТВМ. с присоединением заявки йо Госуаавственный коинтет СССР но делан нзобретеннй н отнрытнИ(23) Приоритет Овубликовано 15.0281, Бюллетень 89 бДата опубликования описания 15.02.81),(72) Авторы изобретения Пензенский политехнический институт(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой вычислительной технике.Известен Функциональный преобра- зователь, содержащий операционные усилители, резисторы и диоды, Формирующий абсолютное значение входнойвеличины 11Его недостатками являются ограниченные Функциональные возможности и низкое быстродействие, обусловленное применением операционных усилителей.Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, транзистор смещения, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала, а база и коллектор объединены, и токозадающих транзисторов, эмиттеры которых соединены с шиной нулевого потенциала, а базы - с коллектором транзистора смещения, первую группу из п дифференциальных усилителей, каждый из которых выпол- нен на первом и втором транзисторах и источнике тока, выход которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов, коллектор первого транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого, соединенс коллектором второго транзистора,предыдущего по номеру дифференциального усилителя, коллектор второготранзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого, соединен с коллектором первого транзистора, предыдущего по номеру .дифферен 0 циального усилителя, вторую группудифференциальных усилителей акалогич"ную первой, базы первых транзисторовдифференциальных усилителей обеихгрупп объединены и являются входом 15 преобразователя, базы вторых транзисторов дифференциальных усилителейобеих групп подключены к выходам источника опорного напряжения, первыйи второй селекторы токов, первый и 20 второй входы которых подключены кколлекторам первого и второго транзисторов первых дифференциальных усилителей соответствующих групп, третийселектор тока, первый и второй входы 2 с которого подключены к выходам первогои второго селекторов тока, а выходявляется выходом преобразователя 2.Иедостатком такого преобразовате.ля, позволяющего формировать линейно 30 ломанную функцию с несколькими иэло 805350,мами, является низкое быстродействие,обусловленное тем, что входной сигналпроходит три последовательно соединенных каскада, а именно дифференциальный усилитель к два селекторатока.Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя.Цель достигается тем,что Функциональный преобразователь, содержащийисточник опорноЖ"напряжения, транзистор смещенкя, эмиттер которогосоединен с шиной нулевого потенциала,а база и коллектор объединены, п токоэадающих транзисторов, змиттерыкоторых соединены с шиной нулевогопотенциала, а базы - с коллектором 15транзистора смещения, и дифференциальных усилителей, каждый из которыхвыполнен на первом и втором транзисторах и источнике тока, выход которого соединен с змиттерами первого и щвторого транзисторов, коллектор первого транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого,соединен с коллектороМ второго транзистора предыдущего дифференциально"го усилителя, коллектор второго транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого, соединен сколлектором первого транзистора предццущего дифференциального усилителя, дополнительно содержит о источников опорного тока, а в каждом дифференциальном усилителе - первый и второй коммутирующие диоды и первый и второй масштабные резисторы, первые выводы которых соединены с выходом источни ка опорного Иапряжения, свободный вывод первого масштабного резистора соединен с базой первого транзистора дкфференциальиого усилителя и с ано-. док первого коммутирующего диода, 4 р свободный вьасд второгс масштабного резистора соединен с базой второго транзистора диФФеренциального усилитела к с катодом второго коммутирующего диода, катод первого и анод второго коммутирующих диодов каждого диФФервнциального усилителя соединены с коллектором соответствующего токоэадающего транзистора и с выходом соответствующего источиика опорноготока,база транзистора смещения является токовым входом преобразователя, а коллекторы первого и второго транзисторов первого дифференциального усилителя - первым и вторым токовыми выходами ИНа Фиг. 1 приведена схема функцио-, нального преобразователя; на фкг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.Функциональный преобразователь содержит источник 1 опорного напря- М жеиия, транзистор 2 смещения, токоэадающие транзисторы 3, 3, 3, источники 4, 4 4 опорного тока, дифференциальные усилители 5, 5каждый иэ которых состоит из источника б тока, первого 7 и второго 8транзисторов,первого 9 и второго 10масштабных резисторов , первого 11и второго 12 коммутирующих диодов.Преобразователь работает следующимобразом.Входной ток, поступающий на транзистор 2 смещения, повторяется в цепях коллекторов транзисторов 3,Зп. Если входной ток меньше тока источника 4 тока, то диод 11 закрыт, а диод 12 - открыт, и через него течет ток, равный разности укаэанных токов. При этом падение напряжения на резисторе10 больше, чем на резисторе 9, следовательно, ток коллектора транзистора 7 (на Фиг. 2 ток 3 ) больше половины тока 2 источника б тока. Прк увеличении входного тока, ток коллектора транзистора 7 уменьшается. Когда входной ток равен току источника 4, ток диодов 11 и 12 отсутствует, и напряжение между баэамн транзисторов 7 и 6 становится равным нулю, причем ток коллектора транзистора 7 равенполовине тока генератора б тока. Еслиже входной ток больше тока источника 4 тока, то диод 12 закрыт, а диод 11 открыт, н через него течет ток, равный разности токов коллектора транзистора 3 и источника 4 тока. Ток диода 11, протекающий через резистор 9, создает на нем падвние напряжения, которое меньше, чем иа резисторе 10. При этом ток коллектора транзистора 7 больше половины тока источника б тока.Формирование эависимости выходного тока от входного в остальных дифференциальных усилителях 5 5 п происходит аналогично, с той %ишь разницей, что во втором дифференциальном усилителе 5 используют инверсный выход.На Фиг. 2 графически представленыэти зависимости. Токи Э 1, 3 соответственно являются токами второго и третьего дифференциальных усилите лей 5, 5, а Лопоп и Эоп обо- значены токи источников 4 , 4 и 41 фопорного тока.Суммирование токов 3, 1 и 3 приводит к линейно-ломаной Функции преобразования Эыц 1 (3 ), представленной на фиг. 2. На Фиг. 2 представлена также зависимость выходного тока инверсного выхода устройства от входного тока ЭЕьц Т(Зр ). Число диФФеренциальных каскадов в устройстве может быть увеличено до и, при этом должно соблюдаться соотношение3 + 2 К, где К О, 1, 2,3 а счет того, что сигнал в предлагаемом преобразователе проходит всего два последовательно соединенных каскада (токозадающий транзистор, дифференциальный усилитель) вместо трех в известном, то его быстродейст" вив выше. Определенные преимуществаобусловлены и тем, что входная и выходная величины предлагаемого преобразователя - ток. Поскольку основныепаразитные параметры схем представляют собой емкости, спектр входногосигнала может быть существенно расширен, если все операции производятся над токовыми сигналами. При этомможно устранить приложение большихнапряжений к паразитным емкостям.Использование предлагаемого преобразователя для построения аналого"циф- Оровых преобразователей позволяет применить усилители тока, которые имеютбольшие быстродействия,чем .усилителинапряжения, так как транзисторы вусилителях тока могут применяться 1вплоть до предельных частот усиления. Частотный диапазон для усилите"лей напряжения оказывается ниже иэза больших фазовых сдвигов, обуслов"ленных передачей напряжения через 36транзисторы на высоких частотах. Формула изобретения23Функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, транзистор, смещения, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала, а база и коллектор обаединены, л токоэадающих транзисторов, эмиттеры которых соединеныс шиной нулевого потенциала, а базы - с коллектором транзистора смещения, л дифференциальных усилителей, каждый иэ которых выполнен на первом и втором транзисторах и источнике тока, выход которого соединен с эмиттерами первого н второго транзисторов, коллектор первого транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме 40 первого, соединен с коллектором второго транзистора предыдущего Риффренциального усилителя, коллектОрвторого транзистора каждого дифференциального усилителя, кроме первого,соединен с коллектором первого транзистора предыдущего дифференциального усилителя, о т г. н ч а ю щ и Яс я тем, что, с целью повыаениябыстродействия, он содержит о источников опорного тока, а в каждом дифФеренциальном усилителе - первый ивторой коммутирующие диоды и первыйи второй масштабные резисторы, первые выводы которых соединены с выхо-.дом источника опорного напряжения,свободный вывод первого масштабногореЗистора соединен с базой первоготранзистора дифференциального усилителя н с анодом первого коьеутирующего диода, свободный вывод второгомасштабного резистора соединен с базой второго транзистора дифференциального усилителя и с катодом второго коммутирующего диода, катод перного н анод второго коммутирующихдиодов каждого дифференциального усилителя соединены с коллектором соответствующего токозадающего транзистора н с выходом соответствующего пс- эточника опорного тока, база трамзистора смещения является токовым входсжпреобразователя, а коллекторы первого и второго транзисторов первогодифференциального усилителя - пермааи вторым токовыми выходами.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Хорн Г. и Кори Т. Электронныеаналоговые и аналодэ-цифровые вычислительные машины, т, 2, М., "Мир",1968, с.11.2. АгЬе 1 А Кцгк %. ЕА 5 Т А 96,Ч ЕЕЕ Тгапь. Яос 1. 5 с 1", 3975,чо 2, И 5-22, 9 1, р. 450 (прототип.805350 Фиг.г Составитель Н. Балабошко Копецкая Теехред А, Бабинец Корректазаро еда аэ 1090 ламкв иал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИпо113035, И раж,756дарственного комиизобретений и отж, Раушская Подписнота СССРытийб., д. 4/5