Устройство для выделения абсолютного значения напряжения переменного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее операционный усилитель, 9нвертирук й вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертйрукяций - с шиной нулевого потанциала, а выход - с инввртируювот входом через две параллелыше цели отрицательной обратной связи, первая из которых состоит из последовательно включенных диода и резистора, а вторая - из последовательир включенных резистора смещения, диода и резистора, cs MMaTop, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй - с катодсш диода второй цепи отрицательной обратной связи, а выход - с выходной клеммой. устройства, а также блок компенсации, содержащий первый транзистор и два резистора, выход блока кшшенсации подключен к аноду диода второй цепи, отрицательной обратной связи, о тличающееся тем, что, с целью снижения телшературвой погрешностн устройства, в блок кбмпеясадии введвни два термокомпёвсирующих Диода, которые соединены согласно последовательно, дополнительный операционный усилитель я блок токового зеркала f состоящий из второго и третьего транзисторов и двух резисторов , причш4 инвертирунлций вход, дополйительного операциониого усилителя через резистор соединен источником д постоянного напряжения, неинвертирую (Л щйй вход соедийен с пшной нулевого потенциала, а выход - с базой первос го транзистора, эмиттер которого сое яинен с резистором, который подключен к шине нулевого потенциала,, и через два последовательно согласно вклйгаенных термокомпенсирующих диода - с инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя, а эо 4 55 ЭО коллектор - с входе блока токового зеркала, соединен с коллектором второго транзистора и базами второго и третьего трайзисторов, в 9№1ттеры KOTojaiix реэистоjaj , соединенные с источниксл питания. СО

(1% (1И союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК

3(5Н С 01 Н 19 22

ГосудАРствеккый, кОмитет сссР по делАм изОБРетений и ОткРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H asTOPCNOMV 0ВВЩВТВВСтВу (21) 3346842/18-21 (22) 14.10.81 (46) 07.04.84. Бюл. 9 13 (72) М.О.Погосян и Н.Г.Саркисян (53) 621.317.7(088.8.) (56) 1. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппара" туре. Изд-во второе. М., "Сов.радио", 1979, с.184, рис.4.22б.

2. Алексеенко A.Ã. и др. Применение прецизионных аналоговых ИС.

;N. "Радио и связь", 1981, с.109, рис. 3.31. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ

АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее операционный усилитель, ннвертнрующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неннвертирующий - с шиной нулевого потенциала, а выход - с инвертирующим вхо.дом через две параллельные цепи отрицательной обратной связи, пЕр-. вая из которых состоит из последовательно включенных диода и резистора, а вторая - из последовательно вклю" ченных резистора смещения, диода и резистора, сумматор, первый вход ко" торого соединен с входной клеммой устройства, второй - с катодом диода второй цепи отрицательной обратной связи, а выход - с выходной клеммой устройства, а также блок компенсации, содержащий первый транзистор и два резистора, выхсд блока компенсации. подключен к аноду диода второй цепи. отрицательной обратной связи, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения температурной погрешности устройства, s блок компенсации введены два термокомпенсируищих диода, которые соединены согласно последовательно; дополнительный операционный усилитель и блок "токового. зеркала", состоящий иэ второго и третьего транзисторов и двух резисторов, причем инвертирующий вход.дополнительного операционного усилителя через резистор соединен с источником Е

И постоянного напряжения, неинвертирую щий вход соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с базой нервого транзистора, эмиттер которого сое С,. динен с резистором, который подключен к шине нулевого потенциала, и Я через два последовательно согласно включенных термокомпенсирующих диода - с инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя, а коллектор - с входом блока "токового зеркала", который соединен с коллектором второго. транзистора и базами второго и третьего транзисторов, в э ыттеры которых включены резисторы, соединенные с источником питания.

1084689

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к двухполупериодным выпрямителям сигна.лов, и предназначено для выделения абсолютного значения напряжения с уменьшенной температурной погрешностью.

Известно устройство для выделения абсолютного значения напряжения, содержащее операционный усилитель 10 (ОУ), инвертирующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертирующийс шиной нулевого потенциала, а выход соединен с ин ертирующим входом 15

ОУ через две параллельные цепи отрицательной обратной связи (ООС), состоящие из последовательно включенных диодов и резисторов, а также сумматор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй — с точкой соединения диода. и резистора цепи ООС, а выход - с выходной клеммой устройства (1) .

Недостатками известного устройства являются ограниченное быстродействие и большая температурная погреш. ность при малых уровнях сигналов, Быстродействие этого устройства ограничено скоростью, с которой ОУ включает один выпрямительный диод и выключает другой ° При этом выходное напряжение ОУ должно измениться на величину, равную двойному падению напряжения на открытом диоде. Температурная погрешность устройства обус-З5 ловлена высокой температурной чувст-. вительностью указанного падения на-. пряжения на диоде..

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст-40 ройство для выделения абсолютного значения напряжения, содержащее ОУ, инвертирующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертирующий -с шиной 45 нулевого потенциала, а выход соеди- нен с инвертирующим входом через две параллельные цепи ООС, первая из которых состоит иэ последовательно включенных диода и резистора, и вторая — из последовательно включенных резистора смещения, диода и резистора, сумматор, первый вход которого ,соединен с входной клеммой устройства, второй-с катодом диода второй цепи ООС, а выход — с выходной клем- 55 мой устройства, а также блок компенсации, состоящий из первого транзистора и двух резисторов,,причем кол.лекторный переход транзистора включен параллельно резистору смещения, 60 а эмиттерный — параллельно первому резистору, соединенному с источником питания через второй резистор 2 -.

Цель изобретения - снижение тем-. пературной погрешности устройства. у

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выделения абсолютного значения напряжения переменного тока, содержащее ОУ, инвертирующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертирующий — с шиной нулевого потенциала, а выход соединен с инвертирующим входом через две параллельные цепи ООС, первая из которых состоит иэ последовательно включенных диода и резистора, а вторая — из последовательно включенных резистора смещения, диода и резистора, сумматор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй — с катодом диода второй цепи ООС, а выход — с выходной клеммой устройства, а также блок компенсации, содержащий первый транзистор и два резистора, выход блока компенсации подключен к аноду диода второй цепи ООС, в блок компенсации введены два термокомпенсирующих диода, которые соединены согласно последовательно, дополнительный ОУ и блок "токового зеркала", состоящий из второго и третьего транзисторов и двух резисторов, причем инвертирующий вход дополнительного ОУ через резистор соединен с источником постоянного напряжения, неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, а выход— с базой первого транзистора, эмиттер которого соединен с резистором, который подключен к шине нулевого потенциала, и через два последовательно согласно включенных термоком,пенсирующих диода — с инвертирующим входом дополнительного ОУ, а коллектор — c входом блока "токового зер. кала", который соединен с коллектором второго транзистора и базами второго и третьего транзисторов, в эмиттеры которых включены резисторы, соединенные с источником питания.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит операционный усилитель 1, инвертирующий вход которого через резистор 2 соединен с входной клеммой 3 устройства, неинвертирующий — с шиной нулевого потенциала, а выход соединен с инвертирующим входом ОУ через две параллель ные цепи ООС, первая из которых состоит иэ последовательно включенных диода 4 и резистора 5, а вторая — из последовательно включенных резистора б смещения, дйода 7 и резистора 8, причем диоды 4 и 7 включены в противоположных направлениях, сумматор 9, первый вход которого соединен с входной клеммой 3, второй — с катодом диода 7, а выход — с выходной клеммой 10 устройства, блок 11 компенсации, состоящий из дополнительного ОУ

1084689

12, инвертирующий вход которого че рез резистор 13 соединен с источни-. ком 14 постоянного напряжения, неинвертирующий вход соединен с шиной ну-. левого потенциала, а выход — с базой первого транзистора 15, эмиттер которого через рези тор 16 соединен с шиной нулевого потенциала и через последовательно согласно включенные диоды 17 и 18 — с инвертирующим входом дополнительного ОУ 12, а коллектор — с входом блока 19 "токового зеркала", выход которого подключен к аноду диода 7 второй цепи ООС операционного усилителя 1. Блок "токового зеркала" состоит из второго 15 и третьего транзисторов 20 и 21 соответственно, в эмиттеры которых включены соответственно резисторы

22 и 23, подключенные к источнику питания, причем базы транзисторов 20 2О и 21 соединены друг с другом, а база транзистора 20 соединена также с его коллектором. Вход блока 19

"токового зеркала." соединен с кол-, лектором транзистора 20, а выход— с коллектором транзистора 21.

Для нормального функционирования устройства необходимо, чтобы коэффициент передачи сумматора по второму его входу был вдвое больше, чем по первому. Сопротивления резисторов

2,5 и 8 могут быть выбраны, в частности, равными друг другу.

Устройство работает следующим образом. 35

Рассмотрим вначале работу устройства с выключенным блоком 11 компенсации, приняв с этой целью величину сопротивления резистора 6 равной нулю. При положительном напряжении 4Q на входной клемме 3 диод 7 заперт, а диод 4 открыт, следовательно, ток протекает по резистору 5 и напряжение на втором входе сумматора 9 рав" но нулю. к его первому входу прило- 45 жено входное напряжение устройства, поэтому напряжение на выходной клемме 10 равно напряжению на его входной клемме 3. При отрицательном входном напряжении устройства диод 7 открыт, а диод 4 заперт, следовательно, величина напряжения на втором входе сумматора равна величине входного напряжения, взятой с обратным знаком, умноженной на отношение сопротивлений резисторов 8 и 2. Таким образом, к первому входу сумматора приложено отрицательное входное напряжение, а к второму при равенстве 2 и 8 — положительное. А поскольку усиление сумматора по второму входу 60 вдвое больше, чем по первому, то на

его вйходе действует положительное (йнвертированное входное) .напряжение.

Выходное напряжение устройства при идеальных элементах равно абсо- .61

/ лютной величине входного напряжения, т.е. устройство работает по принципу двухполупериодного выпрямления.

При реальных диодах с нулевым падением напряжения, зависящим от температуры, появляется температурная погрешность устройства, особенно заметная в диапазоне малых входных сигналов.

С целью снижения температурной погрешности напряжение смещения диодов 4 и 7 задается с помощью резистора 6 смещения и блока 11 компенсации, являющейся генератором тока, величина которого пропорциональна падению напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18. Ток через эти диоды определяется величинами напряжения источника 14 постоянного тока и напряжения резистора 13. Этот ток создает на диодах 17 и 18 падение напряжения, которое при большом коэффициенте усиления ОУ 12 и достаточно малых его входных токах равно падению напряжения на резисторе 16 в цепи эмиттера первого транзистора

15; Следовательно, коллекторный ток транзистора 15 пропорционален падению напряжения на резисторе 16, т.е. падению напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18.

Коллекторный ток транзистора 15 поступает на вход блока 19 "токового зеркала". При равенстве сопротивлений резисторов 22 и 23 и идентичных транзисторах 20 и 21 выходной ток блока "токового зеркала"повторяет входной, т. е. коллекторный ток транзистора 21 равен коллекторному току транзистора 15. Следовательно, при равенстве сопротивлений резисторов 6 и 16 напряжение на резисторе 6 — напряжение смещения для диодов.7 и 4 равно падению напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18.

Таким образом, если диоды 4,7, 17 и 18 выбраны идентичными и находят-. ся в одинаковых внешних условиях (например, диодная матрица), то температурные изменения напряжения включения диодов 7 и 4 компенсируются та-. кими же изменениями падения напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18. Действительно, при увеличении температуры окружающей среды напряжение включения диодов 4 и 7 уменьшается. На такую же величину уменьшается падение напряжения на термокомпен-. сирующих диодах 17 и 18, что вызывает уменьшение коллекторного тока транзистора 15. Поскольку выходной ток блока 19 "токового зеркала" повторяет коллекторный ток транзистора 15, то он также уменьшается, вызывая уменьшение напряжения на резисторе 6 смещения, т.е ° напряжения смещения диодов 4 и 7. Следовательно, 6

1084689

Составитель П.Мелихов

Редактор С.Юско Техред A.Ач

Корректор Г. Решетник

Заказ 1989/38 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 изменение напряжения смещения на резисторе б отслеживает температурную зависимость напряжения включения диодов 4 и 7.

Применение блока 11 компенсации с токовым выходом, имеющим высокое выхсщиое сопротивление, практически

Ие, снижает нагрузочной способности операционного усилителя 1.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает по сравнению с прототипом меньшей температурной пог- решностью.

Кроме того, компенсация температурного дрейфа выходного напряжения в предлагаемом устройстве выШе, чем в прототипе. !