Пороговое устройство

Пороговое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее операционный усилитель, инвертирующий вход которох-о через первый масштабный резистор подключен к источнику входного сигнала, а неинвертирующий вход соединен с первым выводом второго масштабного резистора и через третий масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциа ла , два ограничивающих диода, ограничивающие резисторы и делитель напряжения на резисторах, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повьаиения помехоустойчивости , оно содержит сглаживающий конденсатор, источник напряжения смещения и стабилитрон, причем ограничивающие диоды соединены последовательно встречно и включены между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, общий вывод ограничивающих диодов через первый ограничивающий резистор подключен к ср днему выводу делителя напряжения на резисторах, включенного параллельно источнику напряжения смещения, сглаживающий конденсатор включен между инвертирующим входом и выходом (Л операционного усилителя, второй вывод второго масштабного резистора с: соединен с общим,выводом второго ограничивающего резистора и стабилитрона , включенных последовательно между шиной источника питания и шиной ну- - левого потенциала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН <5П С 05 В 1/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГосудАРственный номитет сссР по делАм изОБРетений и отнРытий (21) 3432587/18-24, (22) 8,04.82 (46) 15.02.84. ьюл. Р 6 (72) В.И.Коржов и A.Ï.Íàòàëü÷èøèí (71) Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов (53) 621.374(088.8) (56) 1. Гутников В.C . .Интегральная электроника в измерительных приборах. Л., Энергия, l9.74, с. 133.

2, Заявка ФРГ Р 2455656, кл. G 01 К 19/16, опублик. 1979 (прототип), (54) (57) ПОРОГОВОЕ УСТРОИСТВО, содержащее on ера цион ный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор подключен к истсчнику входного сигHëëà, а неинвертирующий вход соединен с первым выводом второго масштабного резистора и через третий масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, два ограничиваИщих диода, ограни„„SU„„1073749 А чивающие резисторы и делитель напряжения на резисторах, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повьааения помехоустойчивости, оно содержит сглаживающий конденсатор, источник напряжения смещения и стабилитрон, причем ограничивающие диоды соединены последовательно встречно и включены между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, общий вывод ограничивающих диодов через первый ограничивающий резистор подключен к среднему выводу делителя напряжения на резисторах, включенного параллельно источнику напряжения смещения, сглаживающий конденсатор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, второй вывод второго масштабного резистора соединен с общим выводом второго ограничивающего резистора и стабилитрона, включенных последовательно между шиной источника питания и шиной нулевого потенциала.

1073749

Изобретение относится к автоматике, а именн6 к многоступенчатым электрическим регуляторам, и может найти применение в системах автоматики для формирования уровней, команд, в частности в системах автоматизированного регулирования температуры тепловых объектов, например общепромышленных печей сопротивления.

Известны пороговые устройства, содержащие операционный усилитель с цепью положительной обратной связи.

Обратная связь выполняется в виде резистивного делителя,с помощью которого часть выходного напряжения, формирующего пороговый уровень, пода-15 ется на вход усилителя. Наличие такой связи способствует установлению выходного напряжения на одном из максимальных значений. При превышении входным сигналом порогового состояние устройства по выходному напряжению мгновенно изменяется на противо положное. В зависимости от параметров уси лителя возможно получение высококачественного порогового устройства, имеющего один уровень срабатывания 51 J.

Недостатком известного порогового устройства являются его ограниченные возможности — оно обеспечивает только один уровень срабатывания, тогда как в практических случаях возникает задача дискриминации по уровню сигналов различной амплитуды и полярности.

Для таких операций в системах авто- 35 матического регулирования используют устройства, имеющие два порога срабатывания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату 4п к предложенному является пороговое устройство, содержащее операционный усилитель, инвертирующкй и неинвертирующий входы которого подключены через резистор и резистивный дели- 4 тель соответственно к источникам входного сигнала и опорного напряжения.

Кроме того, известное пороговое устройство содержит второй операционный усилитель, кнвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены через резистор и резистивный делитель соответственно к источникам входного сигнала и опорного напряжения. Между выходами первого к второ- 55 го дифференциальных усилителей и нагрузкой включены диоды, которые находятся в проводящем состоянии в тех случаях, когда входной сигнал превышает первое пороговое напряжение или 60 становится меньше второго порогового значения. Таким образом, пороговое устройство принимает три значения выходного напряжения, т.е, реализует характеристику типа ступеньки 32),6g

Недостатком известного устройства является его сложность, т.е. использование двух операционных усилителей с внешними навесными элементами для реализации желаемых характеристик, и недостаточная помехозащищенность, проявляющаяся в виде дребезга выходного напряжения в случае нахождения входного. сигнала на границе уровня дискриминации.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение помехоустойчивости при определении величины и знака входного напряжения °

Поставленная цель достигается тем, что пороговое устройство, содержащее операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор подключен к источнику входного сигнала, а некнверткрующий вход соединен с первым выводом второго масштабного резистора и через третий масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, два ограничивающими диода, ограничивающие резисторы к делитель напряжения на резисторах, содержит сгла жквающкй конденсатор, источник напряжения смещения и стабклитрон, причем ограничивающие диоды соединены последовательно встречно и включены между инверткрующкм входом и выходом операционного усилителя, общий вывод ограничивающих диодов через первый ограничивающий резистор подключен к среднему выводу делителя напряжения на резисторах, включенного параллельно источнику напряжения смещения, сглаживающий конденсатор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, второй вывод второго масштабного резистора соединен с общим выводом второго ограничивающего резистора к стабклит.рона, включенных последовательно между шиной питания и шиной нулевого потенциала, Таким образом, предложенное устройство позволяет реализовать аналогичную по сравнению с прототипом функциональную зависимость между входным и выходным напряжением при, меньшем количестве операционных уси, лителей, а также повысить помехоустойчивость устройства путем исключения ложных срабатываний.

На чертеже приведена пркнцкпиаль— ная схема порогового устройства.

Устройство содержит операционный усилитель 1, инвертирующий вход которого через масштабный резистор 2 соединен =o входом порогового устройства, а выход является выходом порогового устройства, между инвертируюдим входом и выходом операционного усилителя 1 включены сглаживающий конденсатор 3 постоянной емкости и управляе-. мый напряжением конденсатор 4, состо1073749

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул..Проектная,4 ящий из встречно включенных ограничивающих диодов 5 и б, к катодам которых через ограничивающий резистор 7 и делитель напряжения на резисторах

8 и 9 подключен источник напряжения смещения 10. Неинвертирующий вход 5 операционного усилителя 1 через масштабные резисторы 11 и 12 подключен к шине нулевого потенциала и к общему выводу последовательно соединенных стабилитрона 13 и ограничивающего резистора 14, вторые выводы которых подключены к источнику питания операционного усилителя 1.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. при отсутствии входного сигнала, напряжение смещения 10 приложено к катодам ограничивающих диодов 5 и б. Ток через диоды 5 и 6 определяется величиной напряжения смещения источника 10 и номиналами резисторов 7, 8 и 9.

Открытое состояние диодов 5, б приводит к тому, что операционный усилитель 1 замкнут накоротко малым сопротивлением переходов диодов и его выходное напряжение равно нулю, а инвертирующий вход и выход являются зквипотенциональными точками. Пороговый уровень напряжения, до величины которого сохраняется указанное состо- 30 яние операционного усилителя определяется следующим соотношением

R у 2 8

oI p (R qp см а 9С где Р, Р8, Р, к — сопротивления резистор.овв соответственно 2, 8,7,9;

Š— напряжение источника

10с т,е, падением напряжения на резисторе 2 за счет протекающего тока от источника смещения. Ко второму (неинвертирующему) входу операционного 45 усилителя 1 приложен уровень напряжения от стабилитрона, 13 через резисторы 11, 12 ° Резистор 14, обеспечивающий ток стабилизации диода 13, подсоединен к одному из источников питания операционного усилителя. Be- 5 личина падения напряжения на резисторе 11 является вторым уровнем срабатывания порогового устройства.

Задание уровня срабатывания от параметрического стабилизатора повышает 55 точность и температурную стабильность устройства в целом, но не исключает задание второго порогового уровня от внешнего источника ° Таким образом, в исходном состоянии при QQ величине входного сигнала меньшей по амплитуде первого и второго уровВНИИПИ Заказ 329/47 ней дискриминации выходной сигнал операционного усилителя имеет первое низкое значение напряжения.

При поступлении на вход устройства, допустим, положительного потенциала ток, протекающий от источника сигнала через резистор 2, имеет направление противоположное току, создаваемому источником 10 ° В момент равенства токов падение напряжения на резисторе 2 равно нулю и наступившее минимальное приращение 08„, величина которого определяется коэффициентом усиления усилителя 1, вызывает изменение выходного уровня, оказывающего запирающее воздействие на диод б.

Это равноценно изменению величины отрицательной обратной связи, причем коэффициент усиления устройства возрастает. Процесс носит лавинообразный характер и пороговый элемент принимает второе максимальное значение, определяемое величиной Е операционного усилителя.

Наличие конденсатора 3 в цепи отрицательной обратной связи несколько повышает инерционность устройства, но дает возможность исключить ложные срабатывания на границах уровней дискриминации. Учитывая инерционность процесса регулирования температуры по сравнению с величиной быстродействия компаратора первый фактор можно не принимать во внимание, в то время как второй — является определяющим.

При снижении амплитуды входного сигнала устройство возвращается в первое исходное состояние (0 ) .

При.смене полярности Ogq и возрастаний его амплитуды до величины U< 11 процесс повторяется аналогично предыдущему случаю за исключением того, .что пороговый элемент принимает третье значение на выходе примерно равное +Ед. Предлагаемое устройство может быть использовано. для выполнения различных логических операций в системах регулирования, например в узлах смены структур в регуляторах с переменной структурой.

В качестве базового объекта выбрано пороговое устройство, применяемое в блоке регулирования температуры

БРТ-1. Указанное устройство аналогично выбранному в качестве прототипа выполнено на двух операционных усилителях с резистивными делителями, соединенных-по входу.

Предлагаемое решение позволяет упростить устройство за счет сокращения одного операционного усилителя, а также повысить помехоустойчивость устройства при определении величины и знака ошибки регулирования.

Тираж 842 Подписное