Компаратор с коррекцией смещения нуля

Компаратор с коррекцией смещения нуля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ но783748

Ж ф1 у/ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 290179 (21) 2718521/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано З0,1180 Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 30.11,80 (51)М. Кл.з

G 05 B 1/01

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

РЗ> Ь|ДК 621- З74 (088. 8) (72) Автор изобретения

B. B. Шепетов (71) Заявитель (54) КОМПАРАТОР С КОРРЕКЦИЕЯ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ

Изобретение относится к области измерительной техники и электроники и может быть использовано в компараторах, аналого-цифровых преобразователях, где требуется высокая точность 5 сравнения напряжений.

Известны компараторы с периодической коррекцией смещения нуля, выполненные на операционных усилителях с цепями коррекции смещения нуля (1Ц21, 1.0

Известные компараторы имеют недостаточную точность.

Наиболее бликзим по технической сущности к предложенному является компаратор с коррекцией смещения нуля15 содержащий дифференциальный усилитель, буферный усилитель, конденсатор и ключи (3) .

Основные недостатки прототипа за- 20 ключаются в следующем. При появлении больших сигналов на входе компаратора входной каскад его выходит иэ линейного режима и конденсатор на входе перезаряжается. Кроме этого, конденсатор шунтирует один из входов компаратора, что приводит к снижению коэффициента подавления синфазного сигнала. Все это ведет к потере точности сравнения напряжений. Поскольку ем- 30 кость запоминающего конденсатора не может быть выбрана слишком большой из-за указанных недостатков, то в компараторе отношение рабочего цикла к корректирующему невелико. При коррекции смещений необходимо отдельно вьщелять и компенсировать потенциальную и токовую составляющие, т.е. необходимы две различные схемы коррекции. С целью уменьшения влияния конденсатора на точность сравнения напряжений, включают схемы развязки между конденсатором и входом компаратрра.

Но такие схемы не решают коренным образом задачу повышения точности сравнения, так как один из входов компаратора оказывается зашунтированным схемой коррекции, которая также оказывает влияние на точность сравнения еще и эа счет снижения коэффициента синфаз ного подавления си гнала.

Цель изобретения — повышение точности сравнения напряжений.

Эта цель достигается тем, что в компаратор с коррекцией смещения нуля, содержащий дифференциальный усилитель, входной каскад которого выполнен на полевых транзисторах, включенных по дифференциальной схеме с нагруэочными резисторами в цели стоков поле783748 вых транзисторов, выход дифференциального усилителя соединен со входом буферного усилителя, ключ на полевом транзисторе, сигнальный вход которого через ограничивающий резистор подключен к выходу буферного усилителя, выход через накопительный конденсатор соединен с шиной нулевога потенциала, а управляющий вход связан с шиной управляющих сигналов, и источник питания, введены резистор разбалаиса, резисторный делитель напряжения, управляемый резистор на полевом транзисторе и согласующий каскад на полевом транзисторе, выход которого подключен к управляющему входу управляемого резистора на полевом >5 транзисторе, включенного между плюсовой шиной источника питания и средним выводом резисторного делителя напряжения, подключенного параллельна нагрузочному резистору в цепи стока Щ одного из полевых транзисторов входного каскада дифференциального усилитеЛя, параллельно нагрузочному резистору в цепи стока другого полевого транзистора входного каскада котсрого включен резистор раэбаланса, причем вход согласующего каскада на полевом транзисторе соединен с выходом клЮча на полевом транзисторе.

Схема предложенного компаратора приведена на чертеже.

Компаратор содержит дифференциальный усилитель 1,входной каскад которого выполнен на полевых транзисторах

2 и 3, в стоковые цепи которых включены нагрузочные резисторы 4 и 5.Иараллельно нагрузочному резистору 4 включен резистор 6 разбаланса

Параллельно н агру з очному резистору 5 включен рези сторный делитель напряжения на двух после- 4п довательно соединенных резисторах

7 и 8, между общим выводом которых и шиной питания +Е подсоединен управляемый резистор на полевом транзисторе 9 с изолированным затвором, затвор которого подсоединяется к стоку полевого транзистора 10 согласующего каскада и через управляемый резистор 11 на шину питания +E> .Исток полевого транзистора 10 соединен через резистор 12 с шиной питания

-Е, а к затвору транзистора 10 подсоединен накопительный конденсатор 13, который через ключ на полевом транзисторе 14 с изолированным затвором и ограничивающий резистор 15 падсоеди- 55 няется к выходу буферного усилителя 16.

Вход буферного усилителя 16 подключается к выходу дифференциального усилителя 1.

Работает устройство следующим об- 60 разом.

Резистор 6 разбаланса параллельно стоковой нагрузке на резисторе 4 транзистора 2 обеспечивает смещение нуля только одного знака Е +е р< при 65

Условии, что Е,1 ), И3 . При этом резистор разбаланса выбирают такой величины, чтобы имелся э апас b, U no смещению от температурных влияний, старения элементов компаратора. Если теперь параллельно резистору 5 нагрузки подсоединить какое-то сопротивление и менять его, то при каком-то ега значении можно добиться нуля на выходе компаратора, скомпенсировав полностью напряжение смещения на его входе,так как транзисторы 2 и 3 представляют собой дифференциальный входной. каскад. Эту функцию выполняет управляемый резистор на полевом транзисторе 9 с изолированным затвором, при этом резисторы 7 и 8 служат для создания режима управляемого резистора, кроме того, резистор 7 предотвращает выход из строя компаратора при случайном пробое полевого транзистора 9 с изолированным затвором.

В исходном состоянии с помощью резистора 11 выставляется напряжение смещения на выходе, близкое к нулю. В режиме коррекции, когда отсутствуют входные сигналы, на затвор полевого транзистора 14 с изолированным затвором поступает отрицательное напряжение 0ч...которое открывает этот транзистор. В результате резистор 15 соединяется с конденсатором 13 и компаратор оказывается охваченным отрицательной обратной связью по следующей цепи: выход компаратора, буферный усилитель 16, резистор 15, конденсатор 13, согласующий каскад на полевом транзисторе 10, затвор полевого транзистора 9 с изолированным затвором управляемого резистора, резисторы 7 и 8 и сток транзистора 3.

B этом случае напряжение смещения будет скомпенсировано с точностью ! с

Ь 1- kк, (1) где К вЂ” коэффициент усиления компаl ратора, К вЂ” статический коэффициент усиления цепи обратной связи; напряжение компаратора на входе, обусловленное дрейфами, К9 — остаточное напряжение смещения компаратора, приведенное ко входу.

Из выражения (1) видно, что прин ципиально можно скомпенсировать смещение с любой точностью путем выбора коэффициента К при неизменном К1

В режиме коррекции резистор 15 и конденсатор 13 образуют демпфирующую цепочку, которая препятствует возбуждению компаратора на высоких частотах.

Согласующий каскад на полевом транзисторе 10 "привязывает" напряжение управления управляемого резистора на полевом транзисторе с изолированным затвором к напряжению управления от783748

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 8547/50 Тираж 956 ПодписнОе

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 носительно земли. Описанная системакомпаратор плюс отрицательная обратная связь — представляет собой систему регулирования со статической ошибкой, т.е. на выходе компаратора напряжение очень небольшое, которое будучи усиленным, запоминается на конден5 саторе 13.

В рабочем режиме ключ на полевом транзисторе 14 с изолированным затвором закрывается и конденсатор 13,который з апомнил напряжение, медленно разряжается на затвор полевого транзистора 10. Таким образом, путем выбора емкости конденсатора 13 и типа полевого транзистора можно получить большое время рабочего режима. Путем выбора коэффициента усиления усилителя 16 можно изменять статический коэффициент обратной связи К и тем самым добиваться необходимой точноСти компенсации напряжений смещений . 20 омпаратор с коРРекцией смещения нуля, содержащий дифференциальный усилитель, входной каскад которого выполнен на полевых транзисторах, включенных по дифференциальной схеме с нагрузочными резисторами в цепи стоков полевых транзисторов, выход дифференциального усилителя соединен со входом буферного усилителя, ключ на полевом транзисторе, сигнальный вход которого через ограничивающий резистор подключен к выходу буферного усилителя, выход через накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, а управляющий вход связан с шиной управляющих сигналов, и источнйк питания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности сравнения напряжений, в него введены резистор разбаланса, резисторный делитель напряжения, управляемай резистор на полевом транзисторе и согласующий каскад на полевом транзисторе, выход которого подключен к управляющему входу управляемого резистора на полевом транзисторе,включенного между плюсовой шиной источника питания и средним выводом резисторного делителя напряжения, подключенно" го параллельно нагрузочному резистору в цепи стока одного из полевых транзисторов входного каскада дифференциального усилителя, параллельно нагруэочному резистору в цепи стока другого полевого транзистора входного каскада которого включен резистор разбаланса, причем вход согласующего каскада на полевом транзисторе соединен с выходом ключа на полевом транзисторе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гутников В. С. Применение операционных усилителей в измерительной технике.Л., "Энергия", 1975.

2. Рудковски дж. "Интегральные опе,мационные усилители". M., "Мир", 1978.

3. Смолов В. Б. и др. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи информации.

Л., "Энергия", 1976, с. 81-83 (прототип).