Компаратор
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ 748851
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о о
Согоз Советских
Социалистических
Республик
Ф
Ф о
/ =-(6l ) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 07.04,78 (21) 2635417/18-21 (5 l ) M. Кл. .Н 03 К 5/20//
6 05 В «/01 с присоединением заявки J%
Гевударстввннык кемитет
СССР (23) Приоритет (53) УЛК 621.374.. 3(088.8) llo делам иаабретеии11 и открытий
Опубликовано 15.07.80. Бкгллетень № 29
Дата опубликования описания 18.07.80 (72) А вторы изобретения
В. П. Медведев (7I) Заявитель (54) КОМПАРАТОР
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным приборам переменного и постоянного токов, Известны миниатюрные компараторы, выполненные на однопереходном транзисторе, управляемых генераторах, операционных усилителях, полупроводниковых диодах и транзисторах. Эти компараторы обладают невысокими характеристиками, вследствие чего в измеритегтьных приборах не применяются.
В измерительных приборах применяются компараторы, выполненные на транзисторах, полупроводниковых диодах и
15 операционных усилителях, которые облао дают миниатюрными размерами, высоким быстродействием и большим уровнем выходного сигнала pl).
Основными их недостатками являются:, нелинейная передаточная характерйстика, дрейф или нестабильность порога срабытывания и связанная с ним большая
° --. ---.-- -"оо @ й@ - Ж ыйооо = — - оо4й оят-.Ыоо погрешность сравнения сигналов постоянного . и перемепного токов, тгроникновение входного сигнала переменного тока на выход и связанная с этим невозможность сравнения малых сигналов переменного тока.
Перечисленные неяостатки ограничивают применение компараторов областью цифровой обработки сигналов переменного тока амплитудой 1 В и выше, Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому является компаратор, содержаший выпрямители, стабилизированный источник питания переменного напряжения, усилители переменного тока и фильтр (2) .
Недостатки этого устройства — дрейф передаточной характеристики, равнявЂ
2,2 мВ, проникновение переменного сигнала с входа на выход и связанное с этим значительное смешение выходного нулевого уровня схемы, малое быстродействие из-за большого числа фильтров на выходе, и из-за большого выхосг74885 1
3 ного сопротивления схемы, невозможность сравнения сигналов малых уровней, например 1-20 мВ, а также невысокая линейность передаточной характеристики диодов.
Бель предлагаемого изобретения расширение функциональных воэможностей устройства.
Для достижения этой цели в компаратор, содержащий выпрямители, стабилизированный источник переменного напряжения, усилители переменного тока и фильтр, введены два регулируемых жточнике стабилизированного опорного натфяжения п4стояйного тока, соедййенные с выходами выпрямителей соответственно, другие выходы которых через усилители переменного тока соединены с входами вы ходного выпрямителя, выходы которого соединены с фильтром, причем стабилизированный источник переменного напряжения соединен с входами выпрямителей, другие входы которых соединены с фильтром, выпрямители могут быть выполнены каждый на двух транзисторах различного типа проводимости, коллекторные цепи которых через ре исторы соединены со стабилизированным источником переменно го напряжения, а базовые цепи через резисторы соединены с входными клеммами, На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — графики, поясняющие принцип действии управляемых выпрямителей.
Компаратор содержит клеммы 1-10. регулируемые источники 1 1, 12 стабилизированного опорного напряжения постоянного тока, выходы которых подключены к первому и второму входам cTpo6Hpyþìûõ выпрямителей 13 и 14, выполненных на двух транзисторах различного типа проводимости каждый, На входы 3 и 4,5 и 8 выпрямителей подается переменное напряжение стробировання от источника 15 стабильного переменного напряжения. Выходные сигналы выпрямителей снимаются с базовых цепей 9 и 10 и подаются на входы усилителей 16 и 17 переменного тока, выходы которых, в свою очередь, соединяются с блоком 18 выходных выпрямителей . а с его выхода поступают на фильтр 19. Общая шине ус ройстваклемма 20. Выпрямители выполнены на транзисторах 21-24, резисторах 25-30, конденсаторах 3 1-32.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На клемму6 стробируемоговыпрямителя 13 подается положительный сигнал от одного иэ источников входного сигнала 0 1 постоянного тока, подлежащего сравнению с другим аналогичным Ug, который подается на клемму 7 2-го строх бируемого выпрямителя 14. Сигнал 0 < подается на базу транзистора 21 через резистор 25 и открывает этот ре10 зистор, смещая переход база-емиттер в прямом направлении, а транзистор 23 в это время запирается. Одновременно на эмиттеры транзисторов 21 и 22 подается напряжение смжцения постоянд5 ного тока равное 0,7 В от источника 12 опорного стабилизированного напряжения, которое суммируется с сигналами l3g< и О а на коллекторы транзисторов
21 н 22 подается переменное напряжение
20 стробирования прямоугольной формы положительной полярности И э, которое изменяется от ИК = 0 до + И =1, равное 108 При Hie= 0 ток базй транзистора 21, протекающий через резистор
25 25 от источников U максимален и равен:
Х1
О х + "on
6 а Üïàö(1Я + К 25 бэ э
30 где Uîn — 0,7 В; — сопротивление перехода базы эмиттер-транзистора 2 1;
- сопротивление его эмиттера;
Р, ч — сопротивление резистора 25;
ПриЦ 0
КЭ
8 ЫФтнп е, (2) где Д вЂ” ток эмиттера;
3< - ток коллектора транзистора 21.
Таким образом, изменение напряжения
40 коллектора транзистора 21 модулирувт ток его базы, который протекает через деятель напряжения, состоящий из Кй и Э. Переменная составляющая напряжения пропорциональная моцулирувмому току базы и равная 0 - 5nlo) @11, снимается через разделительный конденсатор 31 и подается на вход усилителя переменного тока 16, гдв усиливеется и
50 поступает далвв на блох 18 выходных выпрямителей. Одновременно аналогичный сигнал переменного тока, снимаемый с базы транзисторе 22 2 — го сзробируемого выпрямителя 14 через разделительный конденсатор 32 подается на вход усилителя 17 переменного тока, где усиливается и поступает далее на блох
18 выходных выпрямителей. Эти два сигнала, поступающие на входы блока 1Ь
5 .7488
Предлагаемый компаратор позволяет сравнивать переменные и постоянные напряжения малых уровней порядка 0,1 мВ и меньше, при этом разрешающая способность его определяется стабильностью опорного напряжения 00, что в схеме . известного устройства это получить невозможно, так как диодные выпрямители обладают порогом, равным 0,20,7 В и дрейфом 2,2 мВ/С, который в известных схемах полностью компенсировать невозможно; применить его в качестве датчика раэбаланса при стабилизации амплитуды колебаний генераторов или для стабилизации выходного напряжения источников питания, работающих на динамическую нагрузку; сравнивать постоянное напряжение с переменным, постоянное с постоянным и переменное с переменным в широкой полосе частот с высоким быстродействием; преобразовывать постояйное напряжение, т.е. работать в качестве модулятора переменного и постоянного тока. 8 последнем случае он обладает регулируемой пороговой разрешающей способностью (чувствительностью), благодаря чему отсутствует проникновение переменного, сигнала на выход. Компаратор позволяет также применять его в качестве куль-aerexmpa или датчика перехода переменного сигнала через нулевое значение, выпрямителя или ограничителя с выходных выпрямителей выпрямляются и вычитаются друг из друга так, что на выходе фильтра 19 получается разностный сигнал постоянного тока, пропорциональный разности (О х) — Оу ). 5
Если же входные сигналы Оу и 6 от@ 2 рицательной полярности, тогда будут открыты транзисторы 23 и 24 а заперты транзисторы 21 и 22. Запертые транзисторы другого тица проводимости всегда работают как компенсаторы статической и динамической нестабильности, компенсируя температурный дрейф и динамические выбросы на высоких частотах.
Когда необходимо сравнивать разнополярные сигналы U .è Ug>> сигналы — Ю переменного тока с постоянным или переменного с переменным, тогда работают все четыре транзистора одновременно.
На коллекторы транзисторов 23 и 24 подается переменный прямоугольный сигнал, изменяющийся от U >- 0 до -0<>, от источника стабилизированного переменного напряжения 15, причем амплитуды
-О и О равны по абсолютной величи- л не. На эмиттерах транзисторов 23 и 24 подается стабилизированный сигнал постоянного тока, равный Ц =+ 0,7 В от источника 11 стабилизированного опорного постоянного напряжения. Изменением 30 а НН опорных напряжений Uо, и Uоп и величин 0„, и-Ц регулируется порог срабатывания, т.е. порог преобразования базового тока или чувствительность компаратора. Чувствительность может регулироваться от нескольких десятков .мкВ до нескольких сотен млВ.
На фиг. 2а изображена входная характеристика транзистора 2, ее графическая зависимость от стробируемого 4о переменного напряежния 0 и от темпе- ратуры. Из этой характеристики видно, что ЬЗЯ= (+ „-3g ; ) не зависит от температуры; на фиг. 2б показана ви ocTb Мб„дОбэ=ивх+Ооп t 45 на фиг. 2в зависимость. дЗ, .„ Ug "кэ као)=(<„, О).
Последние две характеристики построены иэ характеристик фиг. 2а. Они линейные.
Предлагаемый компаратор позволяет сравнивать постоянное напряжение с переменным и переменное с переменным.
В первом случае постоянное напряжение подается ка клемму 6, а переменное на клеммы 5 и 8, клемма 7 соединяется с общей шиной 20. Во втором случае. ядин переменный . сигнал подается
51 6 иа клемму 5, а второй на клемму 8„ клеммы 6 и 7 соединяются с обшей шиной. Транзисторы 21-24 стробируемых выпрямителей 13 и 14 могут работать в инверсном включении, т.е. когда их эмиттеры и коллекторы меняются местами. В этом случае коэффициент преобра зования постоянного в переменное уменьшается от 0,8 до 0,5, а стабильность возрастает.
Поскольку почти во всех приборах выходные сигналы компараторов всегда преобразовываются в постоянное напряжение, то это напряжение можно подводить в качестве отрицательной обратной связи на эмиттеры и базы (стробируемых уп= равляемых) выпрямителей, можно также вводить отрицательную обратную связь по постоянному, переменному напряжению и баланс. Это позволяет исключить дрейф преобразования. При этом в предлагаемом компараторе отсутствует дрейф; обусловленный нестабильностью источника переменного напряжения 15..7 7488 управляемой или регулируемой амплитудой, а также в качестве схемы АРУ.
Преимушества предлагаемого компаpampa позволяют применять его во многих высокостабильных малогабаритных приборах для получения стабильных и точны .измерений постояннйх и пе-ременных напряжений, а также и для стабилизации переменных напряжений в генераторах. 10
Формула изобретения
1. Компаратор, содержаший выпрями- д тели, стабилизированный источник пере- . менного напряжения, усилители переменного тока и фильтр, о т л и,ч а ю m и йс я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него введе- щ ны два регулируемых источника стабилизированного опорного напряжения постоянного тока, соединенные с выходами вы51 8 прямителей соответственно, другие выходы которых через усилители переменного тока соединены с входами выходного выпрямителя, выходы которого соединены с фильтром, причем стабилизированный источник переменного напряжения соединен с входами выпрямителей, другие входы которых соединены с фильтром.
2. Компаратор по и. l, о т л и— ч а ю шийся тем, что вьптрямители выполнены каждый на двух транзисторах различного типа проводимости, коллекторные цепи которых через резисторы соединены со стабилизированным источником переменного напряжения, а базовые цепи через резисторы соединены . с выходными клеммами..
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США ¹ 3733498, кл. 307-297, 1973.
2. Патент ФРГ № 2446850, кл. Q 01 R 19/10, 1976 (прототип).
748851
ИиэО
0 ge
AUM
2 Ф: 6 6 Ю /2 8
UHHHllH Заказ 4384/22 Тираж 995 Подписное
Филиал ППП "Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4