Устройство регулирования уровня сигнала
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
сОюз советснихсоциллистичеснихРЕСПУБЛИН О 4653 А С 1 В а 11 Н Оз а 3 2 ВСОВ 3 ЩЯ гОсудПО ДЕл АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г с,иотии ДЕТЕЛЬСТВ 430350/3569132/18 ика. выходы -второго логарифм ам первого и их усилителей ом один иэ чеен нелинейным1, отличто первый вход ческ.8)и У 55-494О.пс 1 уг 1 с чо 1ешр 1 оу 1 пе- .1 оигпа 11976, ч,идоро 2. Устроиство по пч а ю щ е е с я тем,48,аде 1 о 8 -оГ ТЬе24,а Епя, М 2 ифо- кажазоых твеннцй комитет сссРм изоБ етений и отнР 1 ытий 26.04.82 12.01,83 23.07.84. Бюл. Э.П. Тарасов и 621.396.666(08 1. Патент Япон Н ОЗ С З/02, 19 Сцггь.з О. А ш го 11 ес 1 ашр 1 Не 1 оя гесйп 18 цеэ. пцг 1 пд Бос 1 егу р. 93-102,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯУРОВНЯ СИГНАЛА, содержащее последо- .вательно соединенные первый логарифмический усилитель и первый антило" гарифмирующии транзистор, послед вательно соединенные второй лога мический усилитель и второй анти гарифмирующий транзистор, причем дый логарифмический усилитель об ван соответствующим операционным усилителем с дополнительным тран тором в цепи отрицательной обрат связи, при этом базы дополнитель транзисторов являются управляющимвходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения уровня шума, в него введены певый инвертирующий усилитель, подключенный к выходу первого антилогарифмирующего транзистора, второйинвертирующий усилитель, включенныймежду выходом второго антилогарифмирщего транзистора и входом первого инвертирующего усилителя, а также первый и второй четырехполюсники, входывторого четырехполюсника подключенык входу и выходу первого четырехцолю четырехполюсник выполнен в виде первого дополнительного инвертирующегоусилителя, а второй четырехполюсник - в виде соединенный последовательно встречно первого и второ олиодов, первые выводы которых являются соответствующими входамивторогочетырехполюсника, параллельно каждому диоду включены последовательно содиненные первый и второй резисторы,точка соединения которых являетсясоответствующим выходом второго четырехполюсника;3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первый четырехполюсник содержит входной резистивный делитель напряжения, к отводу которого подключен неинвертирующий вход первого дополнительного операционного усилителя с дополнительным диодом в цепи отрицательной обратной связи, к выходу первого дополнительного операционного " усилителя подключены последовательно соединенные дополнительный анти.логарифмирующий транзистор и второй дополнительный инвертирующий усилитель с первым дополнительным резистором в цепи отрицательной обратной связи, выход которого является выходом первого четырехполюсника, инвер- тирующие входы первого дополнительного операционного усилителя и второго дополнительного инвертирующего уси лителя подключены к шине питания че1104653 рез второй и третий дополнительныерезисторы соответственно, а второйчетырехполюсник выполнен в виде последовательно соединенных четвертого,пятого и,шестого дополнительных резисторов, при этом вывод четвертогодополнительного резистора и точкасоединения пятого и шестого дополнительных резисторов являются соотИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано вустройствах регулирования уровня сигнала, реализующих принцип электронного управления, 5Известен, например, усилитель спеременным усилением, в котором используется дифференциальный каскадна транзисторах с управпяемым режимом смещения1,Эти транзисторы вместе со вспомогательными цепями являются источниками шума, понизить уровень которогооказывается затруднительным.Наиболее близким по технической 15сущности к изобретению является устройство регулирования уровня )сигнала, содержащее последовательно соединенные первый логарифмический усилитель и первый антилогарифмирующий 20транзистор, последовательно соединенные второй логарифмический усилительи второй антилогарифмирующий транзистор, причем каждый логарифмическийусилитель образовай соответствующим 25операционным усилителем с дополнительным транзистором в цепи отрицательной обратной связи, при этомбазы дополнительных и антилогарифми-рующих транзисторов являются управляющими входами устройства 1 2 3,Однако транзисторы в известной устройстве также являются основными источниками шума, причем практически равноценными, особенно при максималь ном коэффициенте передачи регулятора уровня (усилителя). Снижение уровня шума в известном устройстве путем, например, уменьшения тока оказывается неэффективным, так как приводит 40 к снижению усиления этих транзисторов по напряжению и возрастанию влияния Ы ветствующими входами второго четырехполюсника, а второй вь 1 вод шестого дополнительного резистора и точка соединения четвертого и пятого дополнительных резисторов являются соот)ветствующими выходами второго четырехполюсника.Приоритет по пунктам:26.04.82 по пп. 1 и 2,шумов связанных с ними операционных усилителей.Целью изобретения является уменьшение уровня шума.Цель достигается тем, что в устройстве регулирования уровня сигнала, содержащем последовательно соединенные первый логарифмический усилитель и первый антилогарифмирующий транзистор, последовательно соединенные второй логарифмический усилитель и второй антилогарифмирующий транзистор, причем каждый логарифмический усилитель образован соответствующим ,операционным усилителем с дополнительным транзистором в цепи отрицательной обратной связи, при этом базы дополнительных транзисторов являются управляющим входом устройства введены первый инвертирующий усилитель, подключенный к выходу первого антилогарифмирующего транзистора, второй инвертирующий усилитель, включенный между выходом второго антилогарифмирующего транзистора и входом первого инвертирующего усилителя, а также первый и второй четырехполюсники, входы второго четырехполюсника подключены к входу и выходу первого четырехполюсника, выходы - к входам первого и второго логарифмических усилителей соответственно,при этом один из четырехполюсников выполнен нелинейным.Кроме того, первый четырехполюсник выполнен в виде первого дополнительного инвертирующего усилителя, а второй четырехполюсник - в виде соединенных последовательно встречно первого и второго диодов, первые выводы которых являются соответствующи)ми входами второго четырехполюсника, параллельно каждому диоду включены534 3 11046 последовательно соединенные первый и второй резисторы, точка соединения которых является соответствующим выходом второго четырехполюсника.При этом первый четырехполюсник5 содержит входной резистивный делитель напряжения, к отводу которого подключен неинвертирующий вход первого дополнительного операционного усилителя с дополнительным диодом в цепи отрицательной обратной связи, к выходу первого дополнительногб операционного уснлителя подключены последовательно соединенные дополнитель 15 ный антилогарифмирующий транзистор и второй дополнительный инвертирующий усилитель с первым дополнительным резистором в цепи отрицательной обратной связи, выход которого явля 20 ется выходом первого четырехполюсни.ка, инвертирующие входы первого дополнительного операционного усилителя и второго дополнительного инвер. - тирующего усилителя подключены к25 шине питания через второй и третий дополнительные резисторы соответственно, а второй четырезполюсник выполнен в виде последовательно соеди ненных четвертого, пятого и шестогодополнительных резисторов, при этом30вывод четвертого дополнительного резистора и точка соединения пятого и шестого дополнительных резисторов являются соответствующими входами второго четырехполюсника, а второй вывод шестого дополнительного резистора и точка соединения четвертого и пятого дополнительных резисторов являются соответствующими выходами второго четырехполюсника.На фиг. 1 представлена принципиален. ная электрическая схема устройства регулирования уровня сигнала, в котором второй четырехполюсник выполнен управляемым; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема первого и второго четырехполюсников устройства регулирования уровня сигнала, в котором первый четырехполюсник выполнен управляемым, на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства на фиг.1 ф на фиг. 4 - представлены диаграммы,/ поясняющие работу устройства на фиг. 2.Устройство регулирования уровня сигнала (фиг. 1) содержит первый и второй операционные усилители 1 и 2, первый и второй дополнительные тран" зисторы 3 и 4, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы 5 и 6, первый и второй инвертирующие усилители 7 и 8, первый и второй четырехполюсники 9 и 10, первый четырехполюсник 9 содержит первый дополнительный инвертирующий усилитель 11,.первый и второй резисторы 12 и 13, второй четырехполюсник 1 О выполнен управляемым и содержит пщрвый и второйдиоды 14 и 15, третьи и четвертыерезисторы 16 и 17, пятый, шестой,седьмой, восьмой, девятый, десятыйи одиннадцатый резисторы 18-24,приэтом первые операционный усилитель 1и дополнительный резистор 3 и вторые операцйонный усилитель 2 и дополнительный резистор 4 образуют соответственно первый и второй логарифмические усилители.Устройство (фиг, .2) содержитобразующие первый четырехполюсник 9первый дополнительный операционныйусилитель 25, дополнительный диод26, дополнительный антилогарифмирующий транзистор 27; второй дополнительный инвертирующий усилитель 28,первый, второй, третий и четвертыйдополнительный резисторы 29 - 32,входной резистивный делитель 33 напряжения на пятом и шестом дополнительных резисторах 34 и 35, а такжеобразующие второй четырехполюсник1 О седьмой, восьмой и девятый дополнительные резисторы 36 - 38,Предложенное устройство регулирования уровня сигнала, в которомвторой четырехполюсник выполнен управляемым работает следующим образом. В режиме покоя при максимальномкоэффициенте передачи (например,равном 1) полагаем напряжение на уп-равляющем входе относительно общейшины нулевым, тогда смещение наэмиттерных переходах дополнительныхтранзисторов 3 и 4 и антилогарифмирую". щих транзисторов 5 и 6 одинаково,поэтому одинаковы и токи этих транзисторов падение напряжения на ре 2зисторах 16 и 7 считается нулввым. Сопротивление резисторов 21 " 23 оди" наково и в .2 раза меньше сопротивления резисторов 16 и 17. Сопротивление резисторов 12 и 13 также одина" ково,В динамическом режиме при относительно малых регулируемых сигналах3 11046диоды 14 и 15 не проводят тока, поэтому их влиянием можно пренебречь.Напряжения на входе устройстваи на выходе первого дополнительногоинвертирующего усилителя 11 показаны на фиг. 3 а, б. Регулируемые сигналы приходят на входы логарифмическихусилителей в противофазе. При малыхрегулируемых сигналах диаграммы а , б(фиг. 3) справедливы и для коллекторных токов транзисторов 3 и 4. Напряжение на эмиттерах транзисторов 3,5и 4,6 изображено на Фиг. 3 б,представляющими результат логарифмирования входного сигнала, Токи антилогарифмирующих транзисторов 5 и 6противофазны и соответствуют по форме регулируемым сигналам. Точностьэтого соответствия обеспечивается использованием интегральных сборок с 20парами идентичных транзисторов 3,5 и46. Благодаря включению второгоинвертирующего усилителя 8 (с резисторами 23 и 24) регулируемые сигналы с выходов антилогарифмирующих 25транзисторов 5 и 6 суммируются на,входе первого инвертирующего усилителя, с выхода которого поступают навыход устройства регулирования уровня сигналов. ЗОУровень шума на выходе определяется в основном транзисторами 3,5 и4,6. Суммирование шумов этих партранзисторов на выходе дает уеличение .уровня шума примерно в 2 раза.35Величина напряжения шума на выходе,например, от транзисторов 3 и 5 зависит от усиления по напряжению первого антилогарифмирующего транзистора5 вместе с первым инвертирующим усилителем 7, которое может быть определено как отношение сопротивлениявосьмого резистора 21 и сопротивленияэмиттера антилогарифмирующего транзистора 5 Й 2 / 5. Это же соотношениехарактеризует й усиление по напряжению для малых регулируемых сигналов,а произведение тока коллектора первого антилогарифмирующего транзистора 5 на сопротивление восьмого резис 50тора 21 дает значение половины выходного напряжения устройства (с учетомвторого антилогарифмирующего транзистора 6 и второго инвертирующего усилителя 8. При этом максимальный коэффициент передачи по напряжению уст 55ройства К р пс - 2 12 1 1- 1где Р - сопротивление третьегорезистора 16. Уменьшениесоотношения Й / для снижения шума соответствует уменьшению сопротивлениявосьмого резистора 21 (т.е. увеличение тока при заданном выходном напряжении) и увеличению сопротивленияэмиттера первого антилогарифмирующего транзистора 5 (т.е. уменьшениюего тока), что затрудняет получениенеобходимой величины. выходного напряжения устройства при больших регулируемых сигналах. Кроме того,при уменьшении сопротивления 02для сохранения коэффициента передачи, устройства необходимо соответственно уменьшать сопротивление ,+что приводит к перегрузке по токупервого дополнительного транзистора3 и затрудняет получение необходимойвеличины входного напряжения устройства при больших. регулируемых сигналах,Снижение уровня шума и обеспечение перегрузочной способности устройства по входу и выходу достигается дополнительным нелинейным преобразованием регулируемых сигналовна входе устройства.,При относительно больших регулируемых сигналах на них оказываютвлияние диоды 14 и 15. В один полупериод, например, открывается первый диод 14. Его ток делится поровнумежду вторыми резисторами 17. Приэтом входной ток первого логарифмического усилителя (первый операционный усилитель 1 и дополнительныйтранзистор 3) увеличивается (максимальный ток может почти удваиваться),а входной ток второго логарифмического усилителя (второй операционный усилитель 2 и дополнительныйтранзистор 4 соответственно уменьшается), На фиг. Зд приведена форма напряжения в точке соединения диодов 15 и 16. Диаграммы е , ж (фиг.31соответствуют коллекторным токамдополнительных транзисторов 3 и 4,Форма которых отлична от формы входного сигнала, Диграммы и , к (фиг,3)соответствуют коллекторному токупервого антилогарифмического транзистора 5 и току через девятый резистор 22, которые при сложении даютпервоначальную форму входного сигнала. Соотношение амплитуд в разныеполупериоды (фиг. 3 Вж ) дает возможность судить о соотношении переменного и постоянного токов транзисторов 3,5 и 4,6, которое примерно1104653 И 1 10 15 25 30 соответствует возможному выигрышупо уровню шума. Нелинейность формыкривых (фиг.3 е, ж) физически означает, что при больших регулируемыхсигналах предотвращается закрывание.дополнительных транзисторов 3 и 4(т, е. отсечка тока через них и нарушение логарифмирования) в соответствующие полупериоды, когда ток черезтранзисторы должен уменьшаться. При подаче напряжения на управляющий вход относительно общей шиныснижается напряжение смещения антилогарифмирующих транзисторов 5 и 6,соответственно уменьшаются их токии увеличиваются сопротивления эмиттерных переходов гэ 5 и Г ь, Причемблагодаря второму инвертирующемуусилителю 8 с резисторами 21 и 23изменения этих токов взаимно компенсируются на входе первого инвертирующего усилителя 7 (с восьмым резистором 21) и не должны появляться на выходе устройства. Вследствиеувеличения сопротивлений г 5. исоответственно уменьшаются отношения Р 2/ Э и йл /ГЭЬ и снижаетсякоэффициент передачи устройства длярегулируемых сигналов (при этом дополнительно снижается уровень шумана выходе),ФОднако при максимальном коэффициенте передачи устройства больше единицы сказывается влияние шумов первого дополнительного инвертирующего усилителя, что устраняется при использовании предлагаемых устройств (Фиг. 2). Здесь в режиме покоя токи дополнительного диода 26 и дополни 40 тельного антилогарифмирующего транзистора 27 задаются одинаковыми по сопротивлению резисторами 30 и 31. Дополнительный диод 26 (транзистор в диодном включении) и дополнитель 45 ный антилогарифмирующий транзистор 27 желательно использовать в виде интегральной сборки для взаимной компенсации их температурной нестабильности. Через резисторы 29, 32, 34 и 35 постоянный ток практически не протекает, поэтому потенциалы на входе и на выходе первого четырехполюсника 9 соответствуют потенциалу общей шины. При малых регулируемьгх сигна лах первый четырехполюсник 9 можно считать практически линейным. Коэффициент передачи его по напряжению.1+ ЗГ+ Зь + Ю зо гдеЭ Эльфд сопротивления.резисторов 29, 32, 34 и 35 соответственно; Ъ - входное сопротивление дополнительного антилогарифмирующего транзистора 27 в схеме с общей базой, которое при малых токахопределяется в основном сопротивлением эмиттерного перехода, обратнопропорциональным току эмиттера,Определяемьпл этим выражениемкоэффициент Ки, выбирается для малыхсигналов равным 0,5 (т.е. - 6 дБ),причем резистор 32 (сопротивлениеобщей отрицательной обратной связиР ) должен быть таким, чтобы приего отключении коэффициент К возИ 1растал примерно до 0,3 (-4 дБ). Прибольших сигналах коэффициент передачи Кпервого четырехполюсника 9 можно рассматривать для мгновенных значечений сигналов, в частности амплитуд.В положительный полупериод диаграммывходного регулируемого сигнала(Фиг. 4 а) ток дополнительного антилогарифмирующего транзистора 27уменьшается; при этом входное сопротивление 11 возрастает и в соот 11 дветствии с приведенным выражениемкоэффициент К уменьшается и можети 1составлять для максимальной амплитуды входного сигнала около -О,1(фиг. 4 сГ),гСопротивление резисторов 36 - 38 одинаковое. Кривая а (фиг. 4) соответствует току через шестой дополнительный резистор 36, а кривая сГ (Фиг. 4) - токам через дополнительные резисторы 37 и 38,На фиг. 4 6 показана диаграяма входного тока первого логарифмического усилителя, В результате токи транзисторов 3 и 4 оказываются по Форме отличными от регулируемых сигналов. При суммировании регулируемых сигналов после антилогарифмирования первоначацьная форма их восстанавливается. Физически это объясняется тем, что нелинейно преобразованные регулируемые сигналы поступают с выхода первого четырехполюсника 9 на входы логирифмических усилителей через одинаковые по сопро-.104653 1 О тивлению дополнительные резисторы 37и 38. Через эти же резисторы поступают и шумы с выхода первого четырехполюсника 9, которые оказываютсяскомпенсированными после антилогариф- Бмирования на выходе устройства, Благоцаря этому можно обеспечить достаточно низкий уровень шума на выходе устройства при коэфиициенте передачи значительно больше 1.Таким обраэом, изобретение поэволяет обеспечить уровень шума на выходе в 2 раза ниже, чем в известном решении,при более широком диапазоне регулирования и меньших нелинейных искажениях.орректо аказ 5 Подписно илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,42ИИПИ Росупо делам5, Москва Ти ств бре -35 аж 862 .ного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4
СмотретьЗаявка
3430350, 26.04.1982
ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Р-6947
ТАРАСОВ ЭДУАРД ПАВЛОВИЧ, СИДОРОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
МПК / Метки
МПК: H03G 3/20
Опубликовано: 23.07.1984
Код ссылки
<a href="https://patents.su/7-1104653-ustrojjstvo-regulirovaniya-urovnya-signala.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство регулирования уровня сигнала</a>
Предыдущий патент: Устройство автоматической регулировки усиления
Следующий патент: Устройство автоматического регулирования громкости
Случайный патент: Измерительный механизм магнитоэлектрической системы