Среднеквадратический преобразователь

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может применяться в устройствах контроля переменного напряжения.

Устройство содержит выпрямитель, первый масштабный резистор, первый и второй логарифмирующие транзисторы, первый операционный усилитель, первое вычитающее устройство, второй операционный усилитель, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы, второй масштабный резистор, интегрирующий конденсатор, второе вычитающее устройство, выход которого является выходом преобразователя.

Цель, которая достигается с помощью полезной модели - упрощение конструкции преобразователя за счет применения однополярного питания входящих в него операционных усилителей.

В формуле один независимый пункт, содержание поясняется одной иллюстрацией.

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в устройствах контроля эффективного переменного напряжения.

Цель изобретения - возможность упрощения конструкции за счет применения операционных усилителей с однополярным питанием.

Известны среднеквадратические преобразователи переменного напряжения в постоянное с использованием логарифмических и антилогарифмических усилителей, выполняемых на базе транзисторных переходов и операционных усилителей [1, 2].

Недостатком известных среднеквадратических преобразователей является необходимость применения двуполярного питания операционных усилителей (ОУ), что усложняет конструкцию преобразователя в целом. Например, возможности источников питания ограничены в автономной аппаратуре с батарейным питанием.

Наиболее близким техническим решением относительно предлагаемой полезной модели является среднеквадратический преобразователь [3, прототип], содержащий логарифмирующий усилитель, инвертор, усредняющий антилогарифмирующий усилитель; неинвертирующие входы всех ОУ преобразователя заземлены. Входное переменное напряжение логарифмируется и на выходе первого ОУ появляется положительное или отрицательное напряжение, пропорциональное логарифму входного напряжения. Поэтому для питания ОУ требуется двуполярное напряжение. При однополярном (положительном) напряжении питания и положительном входном напряжении питания, выходное напряжение первого ОУ отсутствует. Подача смещения на неинвертирующий вход ОУ искажает выходное напряжение за счет логарифмирования напряжения смещения ОУ. Этот же недостаток свойственен также антилогарифмирующему ОУ.

Цель, которая достигается с помощью полезной модели - упрощение конструкции преобразователя за счет применения однополярного питания входящих в него ОУ.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого преобразователя.

Схема содержит выпрямитель 1, входом которого является вход преобразователя, первый масштабный резистор 2, первый и второй логарифмирующие транзисторы 3 и 4, первый ОУ 5, первое вычитающее устройство 6, второй ОУ 7, первый и второй антилогарифмирующие транзисторы 8 и 9, второй масштабный резистор 10, интегрирующий конденсатор 11, второе вычитающее устройство 12, выход которого является выходом преобразователя.

Преобразователь работает при однополярном питании ОУ следующим образом.

Входное переменное напряжение, прошедшее через выпрямитель 1 (т.е в положительной полярности), поступает на неинвертирующий вход ОУ 5, на выходе которого напряжение равно сумме входного напряжения и напряжения пропорционального удвоенному логарифму входного напряжения. Первое напряжение является «лишним» на выходе ОУ 5, поэтому оно вычитается из выходного напряжения ОУ 5 в вычитающем устройстве 6, выходное напряжение которого антилогарифмируется, усредняется, из него извлекается квадратный корень аналогично прототипу. При этом на выходе ОУ 7 формируется «лишнее» напряжение, равное выходному напряжению вычитающего устройства 6. Указанное «лишнее» напряжение удаляется из выходного напряжения ОУ 7 вычитающим устройством 12.

Можно показать, что выходное напряжение Uвых предложенного устройства будет равно:

где R₂ и R₁ - значения сопротивлений масштабных резисторов второго и первого, соответственно;

I_s3, I_s4 , I_s8, I_s9 - обратные токи насыщения транзисторов 3, 4, 8 и 9, соответственно;

- среднеквадратическое значение входного напряжения.

Из формулы (1) видно, что при идентичных транзисторах 3, 4, 8 и 9 (выполненных на одной подложке по одной технологии) I_s3=I_s4=I_s8=I_s9, поэтому

Из формулы (1) также видно, что для получения (2) достаточно чтобы логарифмирующее и антилогарифмирующее транзисторы были попарно идентичны, т.е. I_s3=I_s8,I _s4=I_s9 (или I_s3=I_s9, I _s4=I_s8).

Таким образом, в предложенном техническом решении реализуется возможность вычисления среднеквадратического значения входного переменного напряжения при однополярном питании операционных усилителей.

Источники информации:

1. Шило В.А. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре, М., Сов. Радио, 1978, с.189.

2. Сухов Н. Среднеквадратичный милливольтметр. Радио, 1981, 11.

3. Михирев В.И. Авторское свидетельство СССР, 1275302, 1986 г.

Среднеквадратический преобразователь, содержащий два операционных усилителя, два масштабных резистора, два логарифмирующих транзистора, два антилогарифмирующих транзистора, интегрирующий конденсатор, причем первый вывод первого масштабного резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и с эмиттером первого логарифмирующего транзистора, коллектор и база которого соединены с эмиттером второго логарифмирующего транзистора, коллектор и база которого соединены с выходом первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с коллектором и базой первого антилогарифмирующего транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором и базой второго антилогарифмирующего транзистора и с первым выводом интегрирующего конденсатора, второй вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя и с первым выводом второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, все транзисторы идентичны, т.е. выполнены по одной технологии на одной подложке и входят в одну транзисторную сборку или попарно (один логарифмирующий и один антилогарифмирующий транзисторы) идентичны, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет применения однополярного питания операционных усилителей, в него введены выпрямитель и два вычитающих устройства, второй вывод первого масштабного резистора и эмиттер второго антилогарифмирующего транзистора соединены с корпусом, а выход выпрямителя соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и с инвертирующим входом первого вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, выход первого вычитающего устройства соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и с первым инвертирующим входом второго вычитающего устройства, выход второго операционного усилителя соединен с вторым входом второго вычитающего устройства, выход которого является выходом устройства.