УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ УРОВНЯ СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК H04N5/16 H03K5/08 G01R19/04 

Изобретение относится к радиолокационной, телевизионной и измерительной технике и может быть использовано для фиксации периодических сигналов на заданном уровне и исключения неинформативной постоянной составляющей сигналов от датчиков.

Известно устройство фиксации уровня [1], содержащее источник смещения, разделительный конденсатор, соединяющий вход устройства с выходом, резистор и диод, включенные параллельно выходу и последовательно с источником смещения. В известном устройстве открывающий импульс заряжает разделительный конденсатор через диод так, что выходная обкладка конденсатора, являющаяся выходом устройства, фиксирует амплитуду упомянутого импульса на уровне напряжения смещения, а выходной сигнал повторяет форму входного относительно зафиксированного уровня.

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, является то, что в известном устройстве разница между фиксируемым уровнем и напряжением смещения определяется падением напряжения на открытом диоде, достигающим 600 мВ. Это приводит к погрешности фиксации и невозможности работы при малых сигналах.

Известно также устройство фиксации уровня сигналов [2], которое по совокупности признаков наиболее близко заявляемому и принято за прототип.

Известное устройство содержит разделительный конденсатор, соединяющий вход и выход устройства, параллельно включенные резистор и диод, соединенные первыми выводами с выходом устройства, источник смещения, выполненный в виде дополнительного фиксатора с амплитудным детектором, выход которого соединен со вторыми выводами резистора и диода.

В известном устройстве основной фиксатор, образованный упомянутыми разделительным конденсатором, диодом и резистором, работает так же, как в аналоге, а дополнительный фиксатор имеет другую полярность фиксации. При этом пиковый детектор выделяет падение напряжения на диоде дополнительного фиксатора, которое включено навстречу падению напряжения на диоде основного фиксатора. Таким образом, падения напряжений на обоих диодах взаимно компенсируются, снижая погрешность фиксации уровня.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относятся неточность компенсации, определяемая разницей между характеристиками диодов основного и дополнительного фиксаторов, а также погрешность пикового детектора.

Для снижения погрешности последнего, как правило, используют активный пиковый детектор с диодно-резистивными обратными связями раздельного действия [3]. Однако при этом снижается надежность устройства из-за роста объема используемого оборудования, и падает быстродействие из-за инерционности низкочастотного фильтра, обязательного для пикового детектора.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства фиксации уровня сигналов, обладающего большей точностью, быстродействием и надежностью.

Для решения этой задачи заявляемое техническое решение обеспечивает получение технического результата, заключающегося в том, что при минимальном количестве элементов достигается снижение разности между уровнем фиксации и напряжением источника смещения, а также обеспечивается работа активного элемента устройства (усилителя) в линейной области, т.е. в области, оптимальной по точности и быстродействию.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что заявляемое устройство фиксации уровня сигналов, включающее источник смещения, разделительный конденсатор, соединяющий вход и выход устройства, резистор и фиксирующий диод, подключенные к выходу устройства, в отличие от известного устройства снабжено усилителем и дополнительным диодом, при этом инвертирующий вход усилителя подключен к резистору и через дополнительный диод к фиксирующему диоду и выходу усилителя, причем между собой диоды соединены разноименными электродами, а неинвертирующий вход усилителя через источник смещения подсоединен к общей шине.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства фиксации уровня сигналов.

Заявляемое устройство фиксации уровня сигналов содержит разделительный конденсатор 1, резистор 2, фиксирующий 3 и дополнительный 4 диоды, источник смещения 5 и усилитель 6, вход 7 и выход 8 устройства. Выводы разделительного конденсатора 1 соединены со входом 7 и выходом 8, с которым соединены первые выводы резистора 2 и фиксирующего диода 3, второй вывод резистора 2 соединен с неинвертирующим входом усилителя 6 и первым выводом дополнительного диода 4, вторые выводы диодов 3 и 4, являющиеся разноименными, соединены с выходом усилителя 6, а источник смещения 5 - с неинвертирующим входом усилителя 6.

Заявляемое устройство фиксации уровня сигналов работает следующим образом.

Периодические импульсы со входа 7 через разделительный конденсатор 1 и резистор 2 поступают на неинвертирующий вход усилителя 6. При показанной на чертеже полярности диодов 3 и 4 первый же положительный импульс, напряжение которого превышает напряжение источника смещения 5, вызовет на выходе усилителя 6 отрицательное напряжение, которое откроет фиксирующий диод 3 и закроет дополнительный диод 4. Под действием возникшей при этом отрицательной обратной связи через диод 3 конденсатор 1 начнет быстро заряжаться через выходное сопротивление подключенного к входу 7 источника импульсов (не показан), открытый диод 3 и выходное сопротивление усилителя 6 до тех пор, пока на его второй обкладке, соединенной с выходом 8, не появится напряжение, соответствующее напряжению источника смещения 5. Поскольку диод 4 при этом закрыт, а входной ток усилителя 6 мал, то падение напряжения на резисторе 2 практически отсутствует, и на обкладке конденсатора 1, соединенной с выходом 8, установится напряжение, соответствующее напряжению источника 5 с погрешностью U₃/К₆, где U₃ - прямое падение напряжения на диоде 3, а К₆ - коэффициент усиления усилителя 6.

При появлении последующего отрицательного импульса напряжение на выходе усилителя 6 смещается в сторону положительных значений. При этом диод 3 закрывается, а диод 4 открывается, замыкая другую ветвь отрицательной обратной связи.

При закрытом диоде 3 заявляемое устройство фиксации уровня сигналов представляет собой дифференцирующую цепь с большой постоянной времени, состоящую из резистора 2 и конденсатора 1, выходная обкладка которого, подключенная к выходу устройства 8, заряжена до напряжения источника смещения 5. Выходное напряжение этой цепочки, т.е. заявляемого устройства, будет с высокой точностью равно сумме напряжения источника смещения 5 и размаха входного импульсного сигнала.

Меняя полярность источника смещения 5 и полярности диодов 3 и 4, можно получить все известные модификации устройств фиксации уровня сигналов, т.е. фиксаторы нулевого, положительного и отрицательного уровня как сверху, так и снизу [4].

В заявляемом устройстве выходное напряжение усилителя 6 меняется лишь на сумму прямых падений напряжения диодов 3 и 4. При этом предотвращается режим отсечки усилителя 6, сопровождающийся значительным увеличением его внутреннего сопротивления, снижением коэффициента усиления и, следовательно, эффективности отрицательных обратных связей. Наоборот, работа усилителя в сугубо линейной области характеристики, как это имеет место в заявляемом устройстве, позволяет реализовать его оптимальные по точности и быстродействию показатели, в том числе сократить время заряда разделительного конденсатора 1.

Благодаря этому в заявляемом устройстве достигается технический результат, заключающийся в том, что при минимальном количестве элементов достигается снижение разности между уровнем фиксации и напряжением источника смещения, а также обеспечивается работа активного элемента устройства (усилителя) в линейной области, т.е. в области, оптимальной по точности и быстродействию.

Заявляемое устройство фиксации уровня сигналов может быть осуществлено с использованием стандартных отечественных и зарубежных операционных усилителей, например, К140УД8, К544УД1, К544УД 2, AD711, AD705 и др., отечественных и зарубежных диодов КД 503, КД521, КД923, 1N5712, SD103С и др.

Таким образом видно, что вышеприведенные сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого устройства и достижения указанного результата.

Литература
1. Лукес Ю.Х., Схемы на полупроводниковых диодах, М.: Энергия, 1972, с. 133.

2. Бабиченко И. А. , Дунаев В.Б., Устройство фиксации уровня сигналов. Патент РФ 2020489, кл. G 01 R 19/04, 30.09.94, Б.И. 18.

3. Справочник по нелинейным схемам /под ред. Д. Шейнгольда, М.: Мир, 1977, с. 124.

4. Григорьянц В. Г., Фиксаторы уровня, Военное изд. МО СССР, М., 1960, гл. 2.

Изобретение относится к радиолокационной телевизионной и измерительной технике. Периодический сигнал со входа (7) устройства через разделительный конденсатор (1) подается на выход (8) устройства, а также через резистор (2) на инвертирующий вход усилителя (У) (6) и дополнительный диод (Д) и через фиксирующий Д (3) на выход У (6) и другой электрод дополнительного Д (4). Неинвертирующий У (6) через источник смещения (5) соединен с общей шиной. Технический результат заключается в снижении разности между уровнем фиксации и напряжением источника смещения при работе усилителя в линейной области, оптимальной по точности и быстродействию. 1 ил.

Устройство фиксации уровня сигналов, включающее источник смещения, разделительный конденсатор, соединяющий вход и выход устройства, резистор и фиксирующий диод, подключенные к выходу устройства, отличающееся тем, что оно снабжено усилителем и дополнительным диодом, при этом инвертирующий вход усилителя подключен к резистору и через дополнительный диод - к фиксирующему диоду и выходу усилителя, причем между собой диоды соединены разноименными электродами, а неинвертирующий вход усилителя через источник смещения подсоединен к общей шине.