184337. lajstromszámú szabadalom • Nem lineáris átviteli karakterisztikájú erősítővel kialakított nagypontosságú váltó/egyenátalakító kapcsolási elrendezés
1 184 337 2 A találmány tárgya nemlineáris átviteli karakterisztikájú erősítővel kialakított nagy pontosságú egyen/váltóátalakító kapcsolási elrendezés, amely megoldás főként kisszintű, 1 V-nál alacsonyabb amplitúdójú jelekhez kialakított mérőegyenirányítóként, távadóként stb. alkalmazható. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés erősítőt és átlagérték egyenirányító egységet tartalmaz, ahol az átlagérték egyenirányító egység egyik bemeneti kapcsával az erősítő kimenetére van kötve. Nagyobb pontosságú mérőegyenirányítók céljára elterjedten alkalmaznak olyan megoldásokat, mint egy ilyet U. Tietze — eh. Schenk: „Analóg és digitális áramkörök” c. könyve (Műszaki Könyvkiadó Bp., 1974) a 244—245. oldalán is ismertet, amelyek nagy erősítésű lineáris erősítőt, rendszerint műveleti erősítőt és az erősítő kimenetére kötött átlagérték egyenirányítót tartalmaznak. Az adott kapcsolási megoldásokban az erősítők torzítása elhanyagolható mértékű, az átviteli karakterisztikájuk meredeksége gyakorlatilag állandó, és váltakozóáramú áramgenerátorként működve a bemeneti feszültségükkel arányos áramot kényszerítenek a kimenetűkre kapcsolt átlagérték egyenirányítón keresztül. Ugyanakkor az egyenirányítót alkotó diódák véges nagyságú nyitófeszültséggel és nemlineáris áramfeszültség karakterisztikával rendelkeznek, így kisszintű, néhány 100 mV-nál kisebb bemeneti jeltartományban az átalakítók átviteli karekterisztikájának meredeksége jelentősen változik, a karakterisztika ebben a tartományban a lineáristól számottevően eltér, s ezáltal az átalakító pontossága a nagyobb bemeneti jeltartományhoz viszonyítva rendszerint egy nagyságrendet romlik. Az ismertetett, lineáristól eltérő átviteli karakterisztikából származó hátrányosságok elkerülésére több megoldást javasolnak. A megoldások egyik csoportjánál a bemeneti jel teljes bemeneti jeltartományban való azonos pontosságú átalakítását az erősítő erősítésének a mindenkori bemeneti jel szintjétől ' függővé tételével kívánják megvalósítani. így például a 4.152.665 Ijsz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírásban az egyenirányító diódáktól származó torzítást a műveleti erősítőben vagy annak végfokozatában elhelyezett négy torzító diódával javasolják ellensúlyozni. Kisszintű bemeneti jeltartományban azonban ez a megoldás nem tekinthető megfelelőnek, mivel a műveleti erősítő belsejében levő hőmérséklet és az átlagérték egyenirányítóban levő hőmérséklet rendszerint számottevően különbözik, így a torzító és az egyenirányító diódák nyitófeszültsége eltér, s ezáltal a műveleti erősítőben levő diódák az egyenirányítóban levő diódák torzító hatását csak korlátozott mértékben képesek kompenzálni. A megoldások másik csoportját az olyanok alkotják, ahol az egyenirányító diódák nemlineáris karakterisztikájából származó hibát egyidejűleg számítási eljárással meghatározzák, s a kimeneti jelet a számított értékkel korrigálják. így például a 4.178.544 ljsz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírásban ajánlott váltakozóáramú jelek szintjének mérésére szolgáló mérőberendezésnél az átalakító nemlinearitásából származó hibát egy, a mérőberendezés részét képező számítógép és többváltozós, software-ban elhelyezett függvény alkalmazásával küszöbölik ki, oly módon, hogy az átalakító működtetésével egyidejűleg az adott bemeneti jelszintnél az átalakító torzításából származó hibát is a függvény alapján számítással meghatározzák. E megoldásnál az elérhető pontosságot a többváltozós függvénynél figyelembe vett változók száma, a számítási hiba, valamint az egyenirányító diódák egyedi paramétereinek szórása határozza meg, így igen nagypontosságú eredményt lehet kapni, de hátrányossága, hogy bonyolult és költséges, valamint csak olyan esetekben alkalmazható, ahol az eredményre számjegyes formában van szükség, az olyan esetekben nem alkalmazható, ahol a nyert egyenszintű jellel további egységek, például analóg/digitálátalakítók vezérlése a feladat. A 4.160.134 ljsz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírásban ajánlott megoldásnál az átalakító kimeneti egyenszintű jelét digitális jellé alakítják át, ugyanakkor az egyenszintű jel a pontos értéket számítással is meghatározzák, s az átalakítás során kapott digitális jellel megfelelő digitális műveletet végezve állít-. ják elő az átalakító bemeneti jelével arányos pontos kimeneti jelet digitális jel formájában. E megoldásnál is a figyelembe vett változók száma, valamint a számítási hiba határozza meg a pontosságot, amely önmagában megfelelő lehet, de a megoldás áramköri megvalósítása igen bonyolult és költséges. A váltó/egyenátalakítók átviteli karakterisztikája lineárissá tételére egy lehetőségként kínálkozik még az erősítő erősítésének növelése is, annak elérése végett, hogy az átlagérték egyenirányító diódáinak áramgenerátoros táplálásával csökkentsék a diódák nemlineáris karakterisztikájából származó pontatlanságot. A lineáris erősítés azonban egy bizonyos határon pl. 80 dB-en túl nem növelhető, mert lecsökken az erősítő stabilitása és csökken a felső határ frekvenciája. Az ismertetett, váltó/egyenátalakítók átviteli karakterisztikája linearitása növelését célzó megoldások a kisszintű bemeneti jellel arányos kimeneti jel előállítását vagy csak egyéb jellemzők lerontása például a stabilitás, felső határfrekvencia csökkentése stb. árán tudják megoldani, de ezekkel csak korlátozott pontosság érhető el, vagy olyan átalakítókkal oldják meg, ahol az átalakító kimeneti jelét egyidejűleg számított értékkel korrigálva teszik pontossá, az utóbbiak azonban igényeinket mind felépítésük bonyolultsága, mind költségességük miatt meghaladják. A találmánnyal feladatunk olyan egyszerű felépítésű és olcsó váltó/egyenátalakító kapcsolási elrendezés kialakítása, amelynek pontossága kisszintű 10 - néhány 100 mV-os és néhány 10 Hz-től néhány 10 kHz-ig terjedő frekvenciájú bemeneti jeltartományban sem roszszabb 1 %-nál, ezáltal nagyfelbontású analóg/digitálátalakítókhoz illeszthető. További feladatunk még a váltó/ /egyenátalakító kapcsolási elrendezésének olyan kialakítása, amely nagy bemeneti ellenállással rendelkezik, fogyasztása kicsi, egyszerűen és gyorsan beállítható, integrált áramkör formájában kivitelezhető, s mint ilyen telepről működtetett, kézi digitális multiméterben is alkalmazható. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy az átlagérték egyenirányítók diódái karakterisztikája nemlineáris jellegéből adódó torzítás csökkenthető egy hasonlóan nemlineáris átviteli karakterisztikával rendelkező erősítőfokozat alkalmazásával és az erősítőfokozat olyan elrendezésével, valamint olyan szintfüggő erősítés megvalósításával, hogy a két torzítás egymást kompenzálja, s így eredőben az ismertekhez képest nagyobb linearitással rendelkező átviteli karakterisztikájú váltó/ /egyenátalakítót eredményez. A feladat találmány szerinti megoldását nyújtó nagypontosságú váltó/egyenátalakító kapcsolási elrendezés 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
