Следящий многоустойчивый компаратор напряжений

Следящий многоустойчивый компаратор напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПМСАНИЕ

ЙЗОБРЕТЕИИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Соцмалистичжкик

Республик (61) Дополнительное к авт. сви1(-ву(22) Заявлено 04.04.74 (21) 2013997/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 300479. Б оллетеиь № 16 !

Дата опубликований описании 3004.79 (53) N. Кл.

Н 03 К 5/20

6 05 В 1/01

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (Я) ЯЦт 621. 3..089.4

1 (088. 8) В. И. Ков альков и Ю. K . .Филипск ий

Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт

Pl) Заявитель (54) СЛЕДЯЩИЙ МНОГОУСТОЙЧИБЫЙ КОМПАРйТОР

НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к области импульсной техники, следящий многоустойчивый компаратор может быть использован для построения быстродействующих следящих аналого-цифровых преобразователей, а также в устройствах автоматического контроля, регулирования и в некоторых радиоизмерительных приборах в качестве амплитудного анализатора следящего типа.

Быстродействие следящих аналогоцифровых преобразователей значительно повышается при поразрядном принципе отслеживания, осуществляемого IS в несинхронизированных параллельнопоследовательных преобразователях.

Однако построение таких преобразователей затрудняется отсутствием дос" аточно простых, но вместе с тем стабильных и чувствительных компарато; ов напряжения с потенциальным выхбдов и непрерывным режимом сравнения входного напряжения с заданным упорным уровнем. 25

Известны компараторы, содержащие резистивный делитель, регулируемый источник постоянного напряжения, входное устройство, например трансформатор, П идентичных пороговых элементов, причем входы ороговых элементов подключены к входному устройству через последовательные звенья резисторного делителя, подключенного к регулируемому источнику постоянного напряжения (1) . Компаратор не позволяет решить указанную техническую задачу.

Известны компараторы, содержащие (1 дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие, объединенные, — с источником преобразуемого напряжения (2) .

Это устройство имеет недостаточную надежность, в нем возможны неопределенные состояния, сбои.

Целью изобретения является повышение надежности.

С указанной целью в устройство, содержащее И дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие, объединенные — с источником преобразуемого напряжения, в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи сравнивающих транзисторов дифференциальных каскадов„ выхоцные транзисторные

660226 ключи, дополнительные транзисторы,резисторы,источник смещающего напряжения,причем коллекторы сравнивающих транзисторов каждого дифференциального каскада, подключенных к источникам опорных напряжений, и сравнивающих транзисторов, подключенных .к источникам преобразуемого напря>кения соседних с ним дифференциальных каскадов с большим опорным напряжением, попарно объединены и через общие резисторы подключены к мине источ- 10 ника питания, коллекторы выходных транзисторных ключей, базы которых соединены с резисторами, а эмиттеры объединены и подключены к источнику смещающего напряжения, через ре- 15 эисторы соединены с базами дополнительных транзисторов, коллекторы которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры — с токозадающими резисторами генераторов тока соседних дифференциальных каскадов с меньшим опорным напряжением.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 диаграммы, поясняющие его работу. . Устройство содержит П дифференциальных каскадов 1=1-1=n на сравнивающих транзисторах 2 и 3, один иэ которых подключен к источнику 4 опорного. напряжения, а другой — к источнику 5 преобразуемого напряжения, генератор 6 тока, выходной транзисторный ключ 7, дополнительный тран— эистор 8, резисторы 9-12, источник

13 смещающего напряжения. 35

Устройство работает следующим образом.

Генераторы токов вырабатывают стабильные и одинаковые по величине постоЯнные токи Эг, величина котоРых 40 определяется напря>кением смещения

Е, и величиной сопротивления токозадающих резисторов 12. Ток в зависимости от разности действующих на входах дифференциального кас- 45 када преобразуемого напряжения U к и опорного напряжения 04 распределяется между транзисторами 2 и 3

Д 1 +12 допустим, что разница между со- 50 .седними опорными напря>кениями не меньше напряжения переключения дифференциальных каскадов U я, т.е. минимальной разности()„-(1„, вызывающей полное переключение каскада, при котором один иэ его сравнивающих транзисторов закрыт, а через . другой протекает практически весь ток гейеРатоРа Лг. НапРЯжение U n не превышает обычно 250-300 мВ.

На фиг.2 представлены зависимости входных напряжений выходных транзисторных ключей Ок=k(Ug) и коллектор ных токов сравнивающих транзисторов

f(U ) от величины преобра! 2 > эуемого напряжения Uq.

Если напряжения О « 0л, то разность входных напряжений всех дифференциальных каскадов больше и они работают в режиме переключателей .тока.Коллекторные токи транзистоИ ров 2 максимальны i =iqg =i =...=7. второй индекс обозначает номер каскада).

Протекая чеРез общие резисторы коллекторные токи создают падения напряжений на них

=(> ="-=u =3 я = — Р н э к Г к 3 4 л где Rq — сопротивление резистора 9.

Напряжения .(1, приложенные к базам выходных транзисторных ключей 7, меньше (по абсолютному значению) напряжения Е,л и они все закрыты.

На всех выходах компаратора находятся нули .

Пусть напряжение U повышается.

Когда U начнет приближаться к значению Бл, то токи i « и i<< первого каскада начинают перераспределяться.

С током („ = Jr протекающим через

R, суммируют нарастающии ток „2«нал пряжение U =f (1)>) также растет (фиг.2,а)

Как только оно превысит Е где„, выходной транзисторный ключ начинает приоткрываться. Его коллекторный ток вызывает отпирание дополнительного транзистора 8, который, в свою очередь, способствует еще большему отпиранию выходного транзисторного ключа. Развивается регенеративный процесс, ускоряющий переключение выходного транзисторного ключа, компаратор переходит в новое устойчивое состояние, а на вых 4 появляется 1 . Это состояние не изменяется до тех пор, пока 0„ ()к <()2.

Скачок напряжения ОК при Ок = 04 (фиг.2,а) обусловлен действием регенеративной обратной связи.

Затем его величина ограничивается на уровне Ecch несмотря на дальнейшее увеличение 44 .

Приближение U ê уровню U вызывает перераспределение коллекторных токов i42 и i 2 транзисторов 2 и 3 второго каскада (фиг. 2, б). Ток начинает нарастать, вызывая рост к 22 "1ъ д2 к +3 g а 2 z а

В момент равенс.ва Uк- U2 напря жение 11 Е „„, приоткрывается выходной .транзйсторный ключ второго каскада. Регенеративная связь, транзисторный ключ первого каскада, отключается, хотя за счет своей регенеративной связи (дополнительного тока) он мог бы при U U удерживаться в еще открытом состоянии. Отклю; чение вызвано тем, что отпирание дополнительного транзистора, управля . емого вторым каскадом, вызывает запирание его генератора б тока, обра.660226

60 зующего с дополнительным транзистором балансную (срав нивающую) пару. Ток (г1 - 3 r исчезает, напряжение к 12 к < Е с/ч

Выходной транзисторный ключ первого каскада запирается, и на первом выходе компаратора вновь появляется 0 . Компаратор переходит в третье. устойчивое состояние, когда 1 находится на его втором выходе.

На фиг.2,в показано перераспреде ление токов i<>, i третьего каскада и переключение компаратора в чет вертое устойчивое состояние, когда 1 появляетсч на его третьем выходе. Это состояние сохраняется до тех пор, пока U < U «+ U„. Отключение второго каскада вызывает и запирание управляемого им дополнительного транзистора, подключенного к токозадающему резистору генератора тока первого дифференциального каскада. Ток 1г вновь скачком достигает максимума J (фиг.2,а). Однако это не вызывает отпирания выходного транзисторного ключа первого каскада, так как (к„достигает всего х2/Э Ес . аналогичным образом происходит с срабатывание и остальных каскадов, т ° е. переключение компаратора в другие устойчивые состояния. На фиг.2,r показано срабатывание П -го каскада, когда преобразуемое (измеряемое) напряжение превышает его опорное значение Un . Если напряжение UI(начинает уменьшаться, то отключение каскадов (П-каскада, фиг.2,г) происходит левее точки их срабатывания.

За счет регенеративной обратной связи через резистор Йк и вход выходного транзисторного ключа протекает дополнительный ток Jp который необходимо скомпенсировать уменьшением тока

:."г ("2 = а).

После этого начинает уменьшаться напряжение()котносительно E„- „, что вызывает подзапирание выходного тран-ъ зисторного ключа. Дополнительный транзистор 8 также начинает запираться.

Вновь развивается регенеративный процесс, вызывающий полное запирание обоих транзисторов. Генератор тока соседнего каскада с меньшим опорным напряжением отпирается и вызывает срабатывание выходного транзисторного ключа (исчезает 1 íà П-ом выходе и появляется на (n-1)-ом выходе компаратора). Величина напряже» ния гистерезиса U зависит от сопро тивления резисторов 10 и 11 регенеративной связи что накладывает .определенные условия на их выбор.

Если напряжение 0 скачком изменить, то сработает лишь только тот (--ый каскад, для которого (.1„

Формула изобретения

Следящий многоустойчивый компаратор напряжений, содержащий п дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие,. объединенные, — с источником преобразуемого напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи сравнивающих транзисторов дифференциальных каскадов, выходные транзисторные ключи, дополнительные транзисторы, резисторы, источник смещающего напряжения, причем коллекторы сравнивающих транзисторов каждого дифференциального каскада, подключенных к источникам опорных напряжений, и сравнивающих транзисторов, подключенных к источникам преобразуемого напряжения соседних с ним дифференциальных каскадов с большим опорным напряжением, попарно объединены и через общие резисторы подключены к. шине источника питания, коллекторы выходных транзисторных ключей, базы которых соединены с резисторами, а эмиттеры объединены и подключены к источнику смещающего напряжения, че рез резисторы соединены с базами дополнительных транзисторов, коллекто" ры которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры — с токозадающими резисторами генераторов тока соседних дифференциальных каскадов с меньшим опорным напряжением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство

9 337722666666,, кклл. Í 03 Ê 5/153, 24.03.71.

2. Касйерович ь.И., Шалыгинов Ю.В.

Быстродействующие многопороговое устройство сравнения. ьвтометрия,, В 3, 1973.

660226

4и с

1 г

Уп Е7х

Рие. 2

ЦИИИПИ Заказ 2099/2 Тираж 1059 Подписное

Филиал ППП Патент,г.Ужгород,ул.Проектная,4