Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

4) определение векторной разности двух величин при помощи умножителя-делителя и двух сумматоров (рис. 2ЛЗ,д)

г, (t + tWV:iM

Метод неявной функции имеет следующие преимущества: упрощение структуры; возможность воспроизведения и немонотонных функций, например возможно воспроизведение функции sin а в диапазоне от -к до -f л [51].

Функциональные измерительные преобразователи на базе интегральных элементов: логарифматоры, умножители, делители, квадраторы, извлекатели квадратного корня, экспоиегщиаторы

В связи с широким использованием точных измерительных устройств, предназначенных для автоматизации косвенных измерений, устранения нелинейности, предвключенных датчиков, генерации сигналов сложных форм, возникла необходимость в разработке измерительных функциональных преобразователей различных типов, а также в разработке программируемых функциональных мер, или преобразователей код - аналог. Задача создания точных функциональных преобразователей решается как аналоговыми, так и цифровыми средствами. В последнем случае требуется применение сложных функциональных преобразователей код - код или микропроцессоров, при этом обеспечивается высокая точность преобразования, однако снижаются быстродействие и частотный диапазон (п. 12.4).

Применение аналоговых функциональных преобразователей на базе электронных схем до недавнего времени было ограниченным из-за их недостаточной точности. Благодаря успехам интегральной технологии появились аналоговые интегральные нелинейные преобразсва-тели высокой точности, что значительно расширило возможности аналоговых функциональных преобразователей. При создании точных функциональных преобразователей на базе современных интегральных элементов прежде всего используются следующие свойства: прямо пропорциональная зависимость между коэффициентом усиления транзистора и током его коллектора; строгая обратная функциональная зависимость между коэффициентом передачи усилителя с глубокой отрицательной обратной связью и коэффициентом передачи его обратного преобразователя; экспоненциальная зависимость между током р-п перехода и приложенным к нему напряжением; идентичность температурных и временных зависимостей параметров транзисторов, диодов и резисторов в интегральном исполнении на одном кристалле, обеспечивающая возможность резкого снижения воздействия влияющих величин на электронные устройства при дифференциальных схемах включения.

Совместное или раздельное использование этих свойств позволяет реализовать логарифмирование, экспоненцирование, умноже-





g {npuUBbix=0)

Рис. 2.14. Операции экспоненцирования и логарифмирования, основанные на использовании

нелинейности вольт-амперных характеристик р - п перехода: о -схема антилогарифматора; б-зависимость между входом и выходом; в - схема логариф-матора; г - зависимость между входом н выходом.

ние, деление, извлечение квадратного корня, гиперболический арксинус, гиперболический синус, векторное суммирование, тригонометрические функции и др.

Рассмотрим основные схемы и особенности реализации основных функций.

Экспоненциаторы. Первостепенная важность точного воспроизведения экспоненциальной (антилогарифмической) функции определяется тем, что через них выражают решения линейных дифференциальных уравнений и, следовательно, во всех процессах в природе, описываемых линейными дифференциальными уравнениями, естественно воспроизводятся экспоненциальные функции. Для выполнения операции экспоненцирования используется нелинейность вольт-амперной характеристики р-п перехода

д == и

где /о - обратный тепловой ток р

п перехода; т

q 11000

где к = 1,3807"" Дж/К - постоянная Больцмана; ? = 1,6 х X 10"® Кл - заряд электрона.

При высокой плотности тока и большом уровне инжекции прямые характеристики диода можно аппроксимировать выражением

Для практической реализации экспоненциальной зависимости используется схема (рис. 2.14,а, б), в которой диод подключен ко входу операционного усилителя. При этом выходное напряжение будет пропорционально антилогарифму входного напряжения:

Свх = д; ос = д

г/вых = iocRoc = гд/?ос = /оосе = Кг"-"\

где /<1 =/о/?ос-коэффициент, равный выходному напряжению при /вх = 0; = l/y - коэффициент, равный входному напряжению при и„ь:х/Кг = е. V

Экспоненциальные преобразователи обычно применяют вместе с логарифмическими, например для операций умножения, деления, возведения в степень.



Логарифматоры. Для реализации логарифмирования используются естественная экспоненциальная вольтамперная характеристика диода или транзистора и возможность получения обратной зависимости при помощи усилителя с глубокой отрицательной обратной связью. В схеме логарифматора (рис. 2.14, в, г) диод или транзистор в диодном включении располагается в цепи обратной связи операционного усилителя. Тогда

вх - г)

Г вых

Г вь.х-

ос =/о

или в первом приближении

In~ln/„ = -fe: f/Bb,x=Frln. «

Следовательно, выходное напряжение операционного усилителя оказывается пропорциональным логарифму входного напряжения

t/Bb,x=/CiIn-;.

где Ki = Ut - коэффициент, равный выходному напряжению при Ubx/Kz = < - основанию натуральных логарифмов; /Cgкоэффициент, численно равный такому значению входного напряжения, при котором выходное напряжение (/вих = О (рис. 2.14, г).

Точно реализуемое логарифмирование широко используется: в точных интегральных умножителях; при воспроизведении полиномов, степенных и показательных функций; при измерении относительных величин в логарифмических единицах, например в децибелметрах; при сжатии динамического диапазона сигнала перед преобразованием или передачей на расстояние; в точных интегральных делителях при широком динамическом диапазоне изменения делимого и делителя.

В настоящее время выпускаются твердотельные интегральные логарифматоры и экспоненциаторы, работающие в диапазоне пяти-шести десятичных порядков по току и позволяющие реализовать операции умножения и деления с погрешностью 0,1 %.

Умножители. Операцию умножения сигналов можно реализовать на основе многих методов и физических принципов, например на основе эффекта Холла, теплового и термоэлектрического эффектов через квадратирование и т. д. В связи с успехами интегральной технологии в настоящее время экономичными, достаточно широкополосными и точными являются интегральные умножители, основанные на одном из следующих принципов: использовании переменной крутизны транзистора, логарифмировании и антилогарифмировании, широтно-им-пульсной модуляции.

В умножителях на основе переменной крутизны транзистора используется прямо пропорциональная зависимость между коэффициента





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166