平方器.pdf

本发明属于电子部件。
    平方器是已往非线性电路理论分析中提出的一种理想部件，如“NONLINEAR  CIRCUITS  HANDBOOK”（by  The  Engineering  Staff  o-f  Analog  Devices，Inc.Published  by  Analog  Devices，Inc.1974.）这类理想部件的特性应满足数学公式（1）

    U0＝KU2i……（1）

    式中 U0-输出电压

    Ui-输入电压

    K-常数

    用曲线表示如图（3）理想平方器的特性曲线。迄今此类理想平方器一直未能实现于实用器件。与之最接近的发明专利是本人于1986年申请、1989年经中国专利局审定的中国专利SD86105812，该专利的传输特性是满足数学公式i＝KU2，其输出端必需采用电流推动后级电路，在动态范围的上部份偏离平方律误差增大，交直流信号之间传输特性误差较大等不足之处。

    本发明的目的是采用易于实现的方法组成近于理想的平方器，其传输特性满足上述（1）式U0＝KU2i，电压输出更容易配合后级电路，在宽动态范围内提高精度，在频率范围内适用于从直流至微波频段的良好特性。

    图（1）单象限平方器基本部件及其输出方法线路图

    图（2）双象限平方器电路

    图（3）理想平方器的特性曲线

    图（4）反向二极管电阻补偿方法曲线

    图（5）反向二极管用峰流补偿方法曲线

    本发明的要点是用电阻，反向二极管峰流补偿另一反向二极管的导通向，输出端接电容或选频元件或将输出端短路在补偿电阻两端，都能取得与输入电压平方值成正比的输出电压，从而满足U0＝KU2i。

    下面简述本发明的原理。反向二极管的反向击穿特性曲线有过零导通特性，该曲线随单向电压上升导通电流随之增加，但原曲线偏离平方律误差较大，必需采用一定的补偿方法，使曲线符合高精度的平方律特性。可采用二种补偿方法。第一种补偿方法如图（1）所示，配定一只电阻R与反向二极管D1串联，使曲线上部与平方律理论曲线重合如图（4）。这种方法补偿后可供较粗精度的平方器使用。第二种方法如图（1）中，反向二极管D2的正向峰流补偿反向二极管D1地反向导通电流，使曲线下部高精度重合于平方律曲线。二种方法同时使用时，使平方律曲线的动态范围更大。补偿后在电路输出端按实际需要的电压输出信号端接不同元件，如需要输出直流或低频信号可接电容器，按图（1）中·-·-线连接;当需要输出某一特定频率，如输入信号Ui的二倍频，或Ui＝（Ua+Ub）输出信号需Ua及Ub的上边带Ua+b时，可在输出端接所需信号的选频元件，或滤波器等，如图（1）中-··-线连接;也可以将后端短路，在补偿电阻两端取得全信号输出如图（1）中……线连接;输出信号的电压值将与输入信号的平方值成正比。

    本发明的实用举例如下，如上述图（1）左边是单象限平方器。如按图（2）连接，可以组成双象限平方器，图中反向二极管D1，D2的峰流相互补偿，如图（5）中虚线是未补偿前曲线，补偿后的实线重合于平方律曲线。同理类推也可以组成其它多象限平方器。组成的各种新型平方器，其X、Y轴的不确定度减至极小，有极宽的平方律动态范围，适用于各种频带，并具有响应速度快、低噪声、温度稳定性好等特点。平方器的输入端、输出端可以分别设计成平衡端或不平衡端。平方器的输入信号可以是单信号也可以是多信号，其传输特性都将满足数学运算公式，又如在四象限平衡输入两个信号Ua，Ub时，输出信号可以取得UaUb的纯乘积值。新型平方器系列将完全适用于真有效值测量，功率测量、噪声测量等，并可用于各种信号的频率变换，相位变换，取得近于理想的结果，将引起电子电路设计的变革，使数学公式在电子电路中直接高速实现，因此普遍适用于广泛的电子电路设计，并促成新一代的各种电子产品。