Устройство для выделения модуля

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ц980102 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21. 04. 81 (21) 3301646/18-24 (51)М. Кл.

G 06 G 7/12 с присоединением заявки М (23) Приоритет Ъеударстиииый комитвт

СССР ао делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 07,12,82, Бюллетень М 45 (53) УДК 681,335 (088. 8) Дата опубликования описания 07 12.82 (72) Авторы изобретения

В.И. Гузей и А, Л. Черток (71) Заявитель г

""-» 1 (54) УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ВЬДЕЛЕНИЯ. МОДУЛЯ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, в частности к устройствам для вычисления модуля (абсолютного значения), т,е, функции вида У=К/Х/, представленной в форме электрического сигнала, и может быть использовано в умножителях частоты, квадраторах и прочих функциональных преобразователях, перемножителях аналоговых сигналов, о вычислительных модулях многомерных функций, а также в измерительной технике двухполупериодного выпрямителя.

Из ве стны устрой ст ва дпя выделения модуля, содержащие операционные усилители, диоды и резисторы, построенные по типу коммутации цепей прохождения входного сигнала в зависимо.сти от его полярности на инвертирующий или на неинвертирующий входы рв дифференциального операционного усилителя $ 1), Для уменьшения погрешностей, вносимых элементами коммутации (диода2 и), в таких устройствах обычно применяют либо цепи типа "прецизионный диод", либо цепи компенсации погрешности, содержащие диод,.однотипный с коммутирующим.

При использовании цепи "прецизион" ный диод" устройство для выделения модуля получается слишком сложным, и относительно медленнодействующим, так как обычно содержит два операционных усилителя, причем один из них работает как в линейном, так и в переключа ющем режимах, что неблагоприятно для быстродействия.

Устройства же с одним операционным усилителем, как правило, либо не имеют провода, общего для входного и выходного сигналов, либо обладают неодинаковыми и высокими выходными сопротивлениями для разнополярных входных сигналов.

В устройствах для выделения модуля, использующих принцип компенсации погрешностей, условия компенсации

980102 4 в линейный режим.

55 либо неодинаковы для инвертирующей и

1 неинвертирующей цепей прохождения сигнала, либо зависят от нагрузки °

Кроме того, погрешности известных устройств для выделения модуля содержат составляющую, возникающую из-за неодинаковости проводимостей, подключенных к входам дифференциальных операционных усилителей, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для выделения модуля, содержащее дифференциальный, усилитель, два коммутирующих диода, компенсирующий диод и пять масштабных резисторов, разноименные электроды коммутирующих ,диодов объединены и являются входом устройства, вторые электроды подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя и соответственно к первым выводам третьего и. четвертого масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены шине нулевого потенциала, в цепь отрицательной обратной связи дифференциального усилителя включены последовательно соединенные пятый масштабный ,резистор и компенсирующий диод, выход дифференциального усилителя является выходом устройства f2 )..

Недостатками прототипа являются низкие точность, надежность и быстродействие, а также высокий уровень собственных шумов, Все составляющие, складываясь, делают погрешность формирователя моду ля неприемлемо .высокой, Кроме того, схема прототипа не допускает использования более совершенных чем прямосмещенные р-и переходы, коммутирующих элементов. В частности, обратносмещенные эммитерные р-и переходы интегральных транзисторов, обладающие более резким изломом вольтамперной характеристики и лучшей температурной стабильностью, нельзя использовать из-за невозможности компенсации их относи" тельно большего (несколько вольт) напряжения открывания.

Другой недостаток известного устройства — высокий уровень собственных шумов. В окрестностях нуля входного сигнала, когда все диоды заперты и цепь отрицательной обратной связи практически разомкнута, операционный усилитель усиливает свои собственные шумы. Кроме того, каждый запертый диод также является источником шумового тока, быстро возрастающего с повышением температуры, Сумма указанных токов также приложена к входу усилителя, В результате уровень шумов на выходе оказывается неприемлемо высоким, что сильно сокращает область применения известного устройства, Шумы операционного усилителя содержат составляющую вида 1/f, определяющую временной дрейф усилителя, то есть напряжение смещения нуля с ,течением времени может изменяться 5 по величине и менять знак. При анализе погрешностей указывалось, что это может привести к резкому возрастанию погрешности формирователя, то есть к отказу, что свидетель0 ствует о недостаточной надежности известного формирователя модуля.

Прототип характеризуется быстродействием. Выше указывалось, что сопротивление диодов в окрестности, ну 5 ля входного сигнала увеличивается на несколько порядков, На столько же увеличивается постоянная времени цепи обратной связи операционно"

I го усилителя и, следовательно, полоса пропускания .частотной характеристики известного устройства резко сокращается, а быстродействие ухудшается, Кроме того, возможность режима насыщения операционного усилителя, 35 характерная для известного формирователя, может при вести к допол нительной задержке сигнала на время, требующееся для переключения усилителя

Цель изобретения - повышение точности, надежности и быстродействия, Поставленная ц ель дости гает ся тем, что в устройство для выделения модуля, содержащее дифференциальный усилитель, первый и второй коммутирующие диоды, компенсирующий диод и пять масштабных резисторов, один электрод первого коммутирующего диода является входом устройства, а другой электрод через первый масштабный резистор подключен к первому выводу второго масштабного резистора и к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, первый вывод третьего масштабного резистора подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход кото5 рого является выходом устройства, вторые выводы второго и третьего масштабных резисторов объединены,введен источник опорного напряжения, один электрод второго коммутирующего диода подключен к шине первого потенциала, а другой электрод подключен к первому выводу первого масштабного резистора, причем первый и второй коммутирующие диоды включены встречно, один электрод компенсирующего диода подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а другой — к первым выводам четвертого.и пятого масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к входу и выходу устройства, выход источника опорного напряжени подключен к объединенным выводам второго и третьего масштабных резисторов.

Устройство для выделения модуля приведено на чертеже.

Устройство для выделения модуля содержит масштабные резисторы 1"5, коммутирующие диоды 6 и 7, компенсирующий диод 8, дифференциальный усилитель 9, источник 10 опорного напряжения.

Такое включение элементов схемы, какое показано на чертеже, позволяет во много раз сократить диапазон изменения рабочих токов диодов, исключить возможность режима насыщения операционного усилителя и поддер" живать одинаковыми проводимости, подключенные к его входам, что в совокупности приводит к повышению точности, надежности, быстродействия и снижению шумов формирователя.

Для оптимальной компенсации неидеальностей коммутирующих диодов необходимо обеспечить равенство и относительную стабильность токов, протекающих через коммутирующие 6 и 7 и компенсирующий 8 диоды, во всем диапазоне изменения входного сигнала. Условия равенства токов легко выполняются при выборе резистора

3 равным резистору 4 и обеспечений равенства проводимости резистора 1 полной проводимости, подключенной к аноду компенсирующего диода 8.

980102 где R сопротивление резистора 1, 15 R - сопротивление резистора 2, R - сопротивление резистора 3, R4 - сопротивление резистора 4, R — сопротивление резистора 5.

Очевидно, такие соотношения резис20 торов не нарушают условий баланса входных проводимостей

1 6.. ъ 4 и токов диодов, что свидетельству2S ет об отсутствии в данном устройстве одной из составляющих погрешностей, характерной для прототипа.

При пересечении входным сигналом нулевого уровня неинвертирующий вход

30 дифференциального усйлителя с помощью коммутирующих диодов 6 и 7 подключается либо к входу устройства, либо к нулевой шине, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к входу устройства постоян" ного. Компенсирующий диод 8, однотипный с коммутирующим, открыт независимо от полярности входного сигнала.

При отрицательном входном сигнале

40 коммутирующий диод 6 запирается, коммутирующий диод 7 открывается.

Устройство работает как инвертор с коэффициентом передачи R /R =-1; у =-х.

При положительном входном сигнале коммутирующий диод 6 открывается, а коммутирующий диод 7 закрывается, сигнал поступает на неинвер. тирующий вход и, так как соблюдено

50 равенство проводимостей на входах, -усиливается с коэффициентом Rg =+2 °

Так как положительный сигнал поступает также и на инвертирующий вход, то выходной сигнал формирователя является разностью

SS

34) = 2Х-Х=Х

Таким образом, устройство инвертирует отрицательные входные сигыаВыполнение указанных условий, очевидно, обеспечивает также соблюдение условий равенства проводимостей, подключенных к входам дифференциального усилителя.

Устройство для выделения модуля работает следующим образом. .Полагаем, что устройство осуществляет преобразование 9-=-К(Х где Х - входной сигнал, У - выходной сигнал, К вЂ” коэффициент передачи, 0 без усиления, т,е. при К=1, Этому соответствуют соотношения резисторов:

=К; > = !<< g g=,1

980102 8 лы и передает без изменения положительные, т.е. реализует преобразование У=/ Х /.

Изобретение по сравнению с известным устройством обладает, повыщенной точностью, некоторые, составляющие погрешности, характерные для прототипа, полностью скомпенсирова-. ны, а другие значительно уменьшены и стабилизированы, Другим достоинством предлагаемого устройства является низкий уровень собственных шумов, Цепь отрицательной обратной связи дифференциального усилителя всегда замкнута, поэтому эффект усиления собственных шумов отсутствует, кроме того, шумовой .ток закрытого коммутирующего диода шунтируется низким сопротивлением открытого коммутирующего диода.

Кроме того, предлагаемое устройство характеризуется повышенной надежностью, достигнутой благодаря исключению возможности ослабления и размыкания цепи отрицательной обратной связи дифференциального усилителя.

Устройство имеет высокое быстродействие, независимость от. уровня входного сигнала, Так как цепь обратной связи дифференциального усилителя всегда замкнута и не изменяет своих параметров, то частотные и .временные параметры устройства полностью определяются соответствующими параметрами применяемого операционного усилителя, охваченного глубокой, отрицатель ной обратной связью, то есть достаточно вы соки (полоса пропускания - сотни кГц - единицы МГц).

Следует отметить, что предлагаемое устройство для выделения модуля может одновременно и усиливать обрабатываемый сигнал, то есть функционировать с коэффициентом К 7 1, Для установки нужного коэффициента можно использовать любой известный способ, например, ввести в цепь обратной связи делитель либо изменить соотношения резистора обратной связи с входными резисторами. В любом случае следует соблюсти равенство проводимостей, подключенных к входам у сили теля.

Предлагаемое уст рой ство для выделе" ния модуля может также инвертировать

50

25 обрабатываемый сигнал, то есть функционировать при К<0. Для этого достаточно изменить полярности включения диодов и источника опорного напряжения на обратные.

Экономический эффект от использования изобретения обусловлен его техническими особенностями.

Формула изобретения

Устройство для выделения модуля, содержащее дифференциальный усилитель, первый и второй коммутирующие диоды, компенсирующий диод и пять масштабных, резисторов, один электрод первого коммутирующего диода является входом устройства, а другой электрод через первый масштабный резистор подключен к первому выводу второго масштабного резистора и к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, первый вывод третьего масштабного резистора подключен.к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, вторые выводы .второго и третьего масштабных. резисторов объединены, о тличающееся тем, что, с ц ел ью повышения точности, быстродействия и надежности устройства, в него введен источник опорного напряжения, один электрод второго коммутирующего диода подключен к шине нулевого потенциала, а другой электрод подключен к первому выводу первого е масштабного резистора, причем первый и второй коммутирующие диоды включены встречно, один электрод компенсирующего диода подключен к инвертирующему входу дифференциального усиди теля, а другой - к первым выводам чет вертого и пятого масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к входу и выходу устройства, выход источника опорного .напряжения подключен к объединенным выводам второго и третьего масштабных резисторов, I

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Шило А,В. Линейные интегральные схемы. И,, "Советское радио", 1979 с. 186-187.

2, "Радио, телевидение, электроника", f979, М 10, с. 17, НРБ.

980102

Составитель Т,Сапунова

Техред А.Бабинец Корректор И.Демчик ираж 731 " одписное

Редактор Т,Портная

Филиал П атент", r, Ужгород. ул. роектная, ЯЗ 9!Ч /39

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5