Пороговое устройство Советский патент 1983 года по МПК G05B1/01 

О

ь-хД гг:

Чг

-сэИзобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быт применено в автоматических системах регулирования и контроля. Одним из путей повышения помехоустойчивости автоматических систем управления и контроля при сох занении их быстродействия является использование пороговых устройств с выходным характеристиками гистерезисного вида Возможность повышения точностных характеристик таких систем в значительной степени определяется достижимыми точностью и стабильностью коэффициента возврата (К) пороговых устройств, определяемого как соотно шением напряжения порога отпускания (Ugj,) к напряжению порога срабатывания (Utn-n) и ,T-n/UcpВеличина коэффициента возврата может устанавливаться в пределах О iKgl -1. При этом устанавливаемый диапазон допусков на величину коэффициента возврата в относительных единицах обычно в несколько раз меньше диапазона допусков на напряжение порога срабатывания. Известно пороговое устройство на основе операционного усилителя, использующее положительную oбpafнyю связь для формирования гистерезисной характеристики fl . Однако это устройство характеризуется недостаточной точностью установки коэффициента возврата, требующей индивидуальной регулировки после изготовления устройства или замены неисправного элемента схемы, и недостаточной стабильностью коэффициента возврата в процессе эксплуатации (погрешность коэффициента возврата превышает 7). Наиболее близким по технической сущности к изобретению является поро говое устройство на основе операцион ного усилителя, содержащее ключ, вхо которого соединен с выходом операционного усилителя, один вход которого соединен с источником входного сигиала, а второй - с резистивным делителем напряжения и через один -из резисторов делителя напряжения - с источником опорного напряжения С2 . В известном устройстве, с целью устранения влияния регулировки порогов на режимы работы схема и повышения стабильности порогов, один из резисторов делителя напряжения зашунти32рован ключом, управляемым сигналом с выхода операционного усилителя. Недостатками известного устройства являются невысокая точность и стабильность соотношения порогов в области малых значений входного сигнала, ограниченный диапазон возможных значений соотношения порогов и формирование выходной характеристики только гистерезисного вида. Цель изобретения - повышение точности и стабильности соотношения порогов во всем диапазоне изменения входного сигнала, расширение возможного диапазона значений соотношения порогов и обеспечение возможности формирования выходной характеристики как гистерезисного вида, так и вида допускового контроля. Поставленная цель достигается тем, что в пороговом устройстве, содержащем операционный усилитель, первый вход которого подключен к источнику входного напряжения, двухполярный источник питания, выводы которого связаны с соответствующими выводами питания операционного усилителя, а общая точка - с общим выводом устройства, источник опорного напряжения, между первым и вторым выводами которого включены последовательно соединенные, первый, второй и третий резисторы, а второй вывод источника опорного напряжения связан с общим выводом устройства, и ключ, первый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, второй с общим выводом устройства, введен четвертый резистор, включенный между общей точкой соединения первого и второго резисторов и третьим выводом ключа, а общая точка соединения второго и третьего резисторов подключена к второму входу операционного усилителя. На фиг.1 представлена схема предоженного устройства; на фиг.2 - выодная характеристика порогового устойства с гистерезисом; на фиг.З хема предложенного устройства с хаактеристикой допускового контроля; а фиг.4 - выходная характеристика орогового устройства допускового контроля. Пороговое устройство (фиг.1, фиг.З) одержит операционный усилитесь 1, люч 2 на транзисторе 3 и резисторе , елитель напряжения на резисторах 5-7 и резистор 8, двухполярный источник 9 питания, источник 10 опорного напряжения, источник 11 входного напря жения. Пороговое устройство(фиг.1) с выходной характеристикой гистерезисного вида (фиг.2) работает следующим образом. Выбор полярности источника 10 опорного напряжения определяет полярность выходного напряжения усилителя 1 в исходном состоянии и тип проводимости транзистора 3. При поло жительной полярности используется транзистор п-р-п типа и выходное напряжение усилителя 1 в исходном состоянии имеет отрицательную полярность. При отрицательной полярности используется транзистор р-п-р типа и выходное напряжение усилителя 1 в исходном состоянии имеет положительную полярность. Таким образом, в исходном состоянии |на выходе усилителя 1 устанавли вается напряжение, запирающее ключ При этом на инвертирующем входе уси лителя 1 опорное напряжение порога срабатывания определяется выражение RT CP П Rg+ Rg + R :-S- г где Rr и R-j- соответственно соп тивления резисторов 5, 6 и 7; ЕП- напряжение опорног источника. В данной формуле по тем же сообр жениям, что и для известного устрой ства не учтено шунтирующее влияние конечного сопротивления разомкнутог ключа 2. При достижении входным напряжением (совпадающей с напряжением Е лярностью) величины напряжения усилитель 1 скачком изменяет, полярность выходного напряжения. При это ключ 2 открывается и шунтирует чере резистор 8 резисторы 6 и 7 делителя уменьшая опорное напряжение на вход усилителя 1 до напряжения порога от пускания ОТП.НОЛЛ t отплолч nR5Rg+ (Rfe+R7)(R5+RgT RsRe (Rb+R7) (RS+RS) остаточное напряжение на замкнутом ключе 2; RB - сопротивление резистора 8. При уменьшении амплитуды входного сигнала до напряжения усилитель 1 скачком изменяет полярность выходного напряжения, ключ 2 размыкается и на инвертирующем входе усилителя 1 вновь устанавливается опорное напряжение порога срабатывания Ugp, т.е. восстановилось исходное состояние устройства. Пороговое устройство (фиг.3) с выходной характеристикой вида допускового контроля (фиг.Л) работает следующим образом. В данной схеме, как и в предыдущем варианте, при положительной полярности напряжения Е используется транзистор п-р-п типа, а при отрицательной - транзистор р-п-р типа, бтличие состоит в том, что полярность эыходного напряжения усилителя 1 в исходном состоянии соответствует полярности напряжения Е. В исходном состоянии на выходе усилителя 1 устанавливается напряжение, отпирающее клю 2. При этом на неинвертирующем входе усилителя 1 ус тановится опорное напряжение меньшего порога и.„. При достижении входным сигналом (совпадающей с напряжением Е полярностью) величины напряжения ., амплитуда выходного напряжения усилителя 1 уменьшается до прямого напряжения эмиттер-база транзистора 3. Дальнейшее увеличение входного сигнала вызывает уменьшение выходного напряжения усилителя 1. При этом транзистор 3. находясь в линейном режиме работы, обеспечивает соответствие опорного напряжения величине входного сигнала за счет уменьшения шунтирующего воздействия на резисторы 6 и 7 делителя напряжения. Таким образом, усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью и находится в линейном режиме работы. Линейный режим работы усилителя 1 сохраняется до тех пор, пока его выходное напряжение не уменьшиться до напряжения порога нечувствительности транзистора 3. При этом обратная связь размыкается и усилитель 1 переходит в компараторный режим работы. При этом на неинвертйрующем входе усилителя 1 установится напряжение большего порога срабатывания Ucp , При превышении входным сигналом опорного напряжения выходное напряжение скачком нарастает до максимального значения и имеет полярность, противоположную полярное ти этого напряжения в исходном состо нии устройства. При уменьшении входного сигнала до напряжения 0 выход ное напряжение усилителя 1 скачком уменьшается и усилитель работает в линейном режиме. При уменьшении вход ного сигнала до напряжения U выходное напряжение усилителя t скачком нарастает до максимального значения и имеет полярность, соответствующую полярности в исходном состоянии устройства. Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется повышенной точностью и стабильностью соотношения порогов в области малых значений входного сигнала, расширенным диапазоном возможных значений соотношения порогов и обеспечивает возможность формирования выходной характеристики двух видов-- гистерезисного вида и вида допускового контроля, чем и обеспечивается достижение поставленной цели. Технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с известным состоит: в повышении точности и стабильности соотношения порогов на один-два порядка при работе с входными сигналами малого уровня (за счет уменьшения влияния технологического разброса и нестабильности остаточного напряжения ключа и нестабильности напряжения опорного источника); в расширении диапазона возможных значений соотношения порогов; в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения универсальности устройства, позволяющей формировать выходную характеристику как гистерезисного вида, так и вида допускового контроля.

Ч

ы

lUcpl

щ

/

Фиг.2

(jLlumnD

,/%/

/Ufx/

z