Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение может использоваться для обработки аналоговых сигналов, причем результатом является ток, протекающий в нагрузке, пропорциональный сумме или разности двух или более сигналов. На его основе можно строить различные устройства обработки сигналов: дифференциальные, суммирующие усилители, измерители температуры, логарифматоры суммы или разности сигналов и др. Устройство содержит первый и второй токовые усилители, выполненные каждый на дифференциальном и выходном транзисторном каскаде, а нагрузка включена между средней точкой источника питания выходного транзисторного каскада и земляной шиной. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2010415
Класс(ы) патента: H03F3/04
Номер заявки: 4919386/09
Дата подачи заявки: 15.03.1991
Дата публикации: 30.03.1994
Заявитель(и): Зеленов Григорий Яковлевич
Автор(ы): Зеленов Григорий Яковлевич
Патентообладатель(и): Зеленов Григорий Яковлевич
Описание изобретения: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для получения на выходе сигнала, пропорционального линейной комбинации двух входных сигналов, логарифмирования, интегрирования полученного сигнала и других целей. При этом выходной сигнал представляется в виде генератора тока.
Известен дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением, который содержит три операционных усилителя (ОУ) и семь резисторов, причем, выход первого ОУ соединен через резистор R1 с его инвертирующим входом, через резистор R2 с инвертирующим входом третьего ОУ, который соединен через резистор R6 с его выходом, инвертирующий вход первого ОУ соединен через резистор R3 с инвертирующим входом второго ОУ, инвертирующий вход второго ОУ соединен через резистор R4 с его выходом, выход второго ОУ соединен через резистор R5 с неинвертирующим входом третьего ОУ, а неинвертирующий вход третьего ОУ соединен через резистор R7 с земляной шиной.
Недостатками этого усилителя являются узкая область использования, малый динамический диапазон сигналов и импедансов нагрузок, в котором может работать этот дифференциальный усилитель, сложность настройки.
Известен также инструментальный усилитель на двух ОУ, который содержит первый и второй ОУ, четыре резистора, при этом инвертирующий вход первого ОУ через резистор R1 соединен с земляной шиной и через резистор R2 соединен с его выходом, который через резистор R3 соединен с инвертирующим входом второго ОУ, а инвертирующий вход второго ОУ соединен через резистор R4 с его выходом, при этом первый входной сигнал в виде электрического напряжения V(t) подается на неинвертирующий вход первого ОУ, а второй V(t) на неинвертирующий вход второго ОУ. Выходной сигнал, пропорциональный разности выходных, снимается с выхода второго ОУ.
Недостатком этого устройства является узкая область использования, малый динамический диапазон сигналов и импедансов нагрузок, в которых может работать этот инструментальный усилитель, сложность настройки, а также то, что выходной сигнал представляется в виде генератора напряжения, а не генератора тока.
Целью изобретения является расширение динамического диапазона выходных напряжений и нагрузок, с которыми может работать устройство.
Это достигается тем, что дифференциальное токовое устройство, содержащее первый и второй токовые усилители, выполненные каждый на дифференциальном каскаде, и состоящем из транзистора, резистора обратной связи и источника питания транзисторного каскада, выходном транзисторном каскаде, при этом эмиттер транзистора соединен с инвертирующим входом дифференциального каскада и первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с земляной шиной, выход дифференциального каскада соединен с базой транзистора транзисторного каскада, содержащего нагрузку, первый вывод которой подключен к земляной шине, входами дифференциального токового устройства являются неинвертирующие входы дифференциальных каскадов, отличается тем, что первый соответствующий полюс источника питания транзисторного каскада соединен с коллектором транзистора, второй его полюс соединен с выходом устройства, второй конец нагрузки соединен с выходом устройства.
По крайней мере в один выходной транзисторный каскад введен дополнительный транзистор другой структуры, образующий двухтактный транзисторный каскад, при этом эмиттер дополнительного транзистора соединен с эмиттером основного, база дополнительного транзистора соединена с базой основного, а коллектор дополнительного транзистора соединен с первым соответствующим полюсом соответствующего источника питания транзисторного каскада. Выходы дифференциальных каскадов соединены с базами транзисторов транзисторных каскадов через введенные защитные диоды. Выходы дифференциальных каскадов соединены с базами транзисторов выходных транзисторов через введенные повторители напряжения. Средняя точка источника питания выходных транзисторных каскадов образована средней точкой делителя напряжения, включенного параллельно этому источнику питания.
На фиг. 1 - 4 изображено предлагаемое устройство, где 1, 2 - дифференциальные каскады соответственно первого и второго токовых усилителей, 3, 4 - транзисторы транзисторных каскадов токовых усилителей, которые могут быть одного или разных типов, 5, 6 - резисторы обратной связи транзисторных каскадов, 7, 8 - источники питания транзисторных каскадов, 9 - инвертирующие усилители, через которые могут подаваться на входы дифференциального токового устройства сигналы V1(t) и V2(t), 10, 11 - клеммы, к которым подключается нагрузка 14, 12, 13 - защитные диоды, 15, 16 - развязывающие диоды, 17 - защитный диод, 18, 19 - резисторы, которые образуют среднюю точку 10 источника питания транзисторных каскадов.
Дифференциальное токовое устройство содержит первый и второй токовые усилители, выполненные каждый на диффеpенциальных каскадах 1, 2, состоящих из транзисторов 3, 4, резисторов обратной связи 5, 6 и источников питания транзисторных каскадов 7, 8, выходных транзисторных каскадов, при этом эмиттер транзистора соединен с инвертирующим входом дифференциального каскада и первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с земляной шиной, выход дифференциального каскада соединен с базой транзистора транзисторного каскада, содержащего нагрузку, первый вывод которой подключен к земляной шине, входами дифференциального токового устройства являются неинвертирующие входы дифференциального каскада. Первый соответствующий полюс источника питания транзисторного каскада 7 или 8 соединен с коллектором транзистора 3 или 4, второй его полюс соединен с выходом устройства 10, второй конец нагрузки 14 соединен с выходом устройства.
Дифференциальное токовое устройство работает следующим образом.
На неинвертирующие входы дифференциальных каскадов 1 и 2 подаются соответственно сигналы V1(t) V2(t). За положительное направление тока, протекающего через нагрузку Iн(t), примем направление от клеммы 11 к клемме 10. Oбозначим R1, R2 соответственно значения резисторов 5, 6 в омах. Тогда, если входные напряжения V1, V2 заданы в вольтах, протекающих по нагрузке ток Iн в амперах будет определяться из следующих равенств: Iн(t) = C1*V1(t) + C2*V2(t) (1) C1 = C0*1/R1 (2) C2 = C0*1/R2 (3)
C1 = 0, если V1 < 0 и C2 = 0, если V2 < 0 (для транзисторов n-p-n-типа) (4)
С1 = 0, если V1 > 0 и C2 = 0, если V2 > 0 (для транзисторов p-n-p-типа) (5)
С0 = 1 (для транзисторов n-p-n-типа) (6)
C0 = -1 (для транзисторов p-n-p-типа) (7) Из равенств 1 - 7 видно, что ток, протекающий по нагрузке, есть линейная комбинация напряжений, поданных на входы (см. равенство 1). Кроме этого, в зависимости от типа транзистора (см. равенства 4 и 5), устройство реагирует только на отрицательную или только положительную составляющие сигнала по соответствующему входу ("эффект выпрямления"). Добавление в соответствующий каскад транзистора противоположного типа устраняет этот эффект по входу соответствующего каскада. Кроме этого, составляющая сигнала, на которую реагирует устройство (С1 и/или С2 = 0), при заданных транзисторах легко можно поменять, подавая сигнал на вход через инвертирующий усилитель. Устройства по всем пунктам формулы изобретения работают аналогично.
Таким образом благодаря тому, что при работе выполняются равенства 1 - 7, а также тому, что используются отдельные источники питания транзисторных каскадов 7, 8, которые не совпадают с источниками питания дифференциального каскада и по нагрузке, которая заземлена и вместо нее могут использоваться различные элементы, например емкость, диод, протекает ток, то полученное устройство имеет широкую область использования, широкий динамический диапазон напряжений, под которыми может находиться нагрузка, и величин нагрузок, с которыми может работать устройство. (56) У. Гитце и К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М. : Мир, 1983, с. 175, рис. 12.16.
Формула изобретения: 1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО , содеpжащее пеpвый и втоpой токовые усилители, выполненные каждый на последовательно соединенных диффеpенциальном каскаде и выходном тpанзистоpном каскаде, выполненном на тpанзистоpе и pезистоpе обpатной связи, эмиттеp тpанзистоpа соединен с инвеpтиpующим входом диффеpенциального каскада и пеpвым выводом pезистоpа обpатной связи, неинвеpтиpующие входы диффеpенциальных каскадов пеpвого и втоpого токовых усилителей являются соответствующими входами диффеpенциального токового устpойства, а также источник питания выходных тpанзистоpных каскадов, имеющий сpеднюю точку, и нагpузку, пеpвый вывод котоpой подключен к земляной шине, отличающееся тем, что, с целью pасшиpения динамического диапазона, коллектоpы тpанзистоpов выходных тpанзистоpных каскадов подключены к соответствующему выводу источника питания выходных тpанзистоpных каскадов, сpедняя точка котоpого подключена к втоpому выводу нагpузки, а втоpые выводы pезистоpов обpатной связи соединены с земляной шиной.
2. Устpойство по п. 1, отличающееся тем, что по кpайней меpе в один выходной тpанзистоpный каскад введен дополнительный тpанзистоp дpугой стpуктуpы, обpазующий двухтактный тpанзистоpный каскад, пpи этом база и эмиттеp тpанзистоpа выходного тpанзистоpного каскада соединены соответственно с базой и эмиттеpом дополнительного тpанзистоpа, коллектоp котоpого соединен с соответствующим выводом источника питания выходного тpанзистоpного каскада.
3. Устpойство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что выходы диффеpенциальных каскадов соединены с базами тpанзистоpов выходных тpанзистоpных каскадов чеpез введенные защитные диоды.
4. Устpойство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что выходы диффеpенциальных каскадов соединены с базами тpанзистоpов выходных тpанзистоpных каскадов чеpез введенные повтоpители напpяжения.
5. Устpойство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что сpедняя точка источника питания выходных тpанзистоpных каскадов обpазована сpедней точкой делителя напpяжения, включенного паpаллельно этому источнику питания.