Частотный компаратор Советский патент 1986 года по МПК G05B1/01 

.1.

Изобретение относится к устройствам сравнения аналоговых сигналов, формирующих результат сравнения в виде импульсного сигнала, частота которого пропорциональна разности входных сигналов, и может найти применение при сравнении сигналов, поступающих от двух независимых встречно- вклточенных источников, имеющих общуго Точку.

Цель изобретения - повышение выходной мощности компаратора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема компаратора; на фиг.2 - функциональная схема компаратора с дополнительным компенсирующим входом.

Компаратор содержит первую 1 и вторую 2 входные клеммы, блок 3 сравнения, блокинг-генератор 4, четвертый 5 и третий 6 конденсаторы, элемент ИЛИ 7, триггер 8, первый 9 и второй 10 диоды, трансформатор , пбрвую 12, вторую 13 и третью 14 обмотки трансформатора 11, транзистор 15, второй 16 и первый 17 конденсаторы, первьгй 8 и второй 19 резисторы, транзи сторы 20 и 21, резисторы 22 - 24, транзисторы 25 и 26, резисторы 27 и 28, конденсатор 29, резисторы 30 и 31, источник 32 напряжения питания, первую 33 и вторуто 34 клеммы питания, первую 35 и вторую 36 входные и выходная 37 клеммы элемента ИЛИ 7, первую 38 и вторую 39 клеммы питания, входную 40 и выходные 41 и 42 клеммы триггера В, компенсирующий вход 43, стабилизирующий эле- мен т 44, усилитель 45, буферный усилитель 46, транзистор 47, резистор 48, транзистор 49, резисторы 50 и 51 конденсатор 52, резисторы 53 - 55 и конденсатор 56.

Блок 3 сравнения содержит первый 9 и второй 10 диодыj соединенные с первой 1 и второй 2 входными клеммами чаСтотного компаратора, а также с первыми выводами первой 12 и второй 13 обмоток (т.е. обмоток положительной и отрицательной обратных связей) трансформатора 11, вторые выводы которых соединены между собой сог ласно в общей точке.

Блокинг-генератор 4 содержит третью обмотку 14 (т.е. обмотку положительной обратной связи) трансформатора 1, нагруженную на транзистор

15,второй (зарядный) конденсатор

16,формирующую RC-цепь, содержащую первый конденсатор 17, первый резис3968 2

тор 18 и второй резистор 19

смещения.

В качестве триггера 8 применяют триггер Имитта, содержащий транзисторы 25 и 26, резисторы 27, 28 и 30 )

коллекторной и общей эмиттерной нагрузок, зарядный конденсатор 29 и резистор 31 смещения.

Стабилизирующий элемент 44 выпол- Q нен на транзисторе по схеме с обтдим коллектором, выходом с эмиттера и базой, соединенной с компенсирующим входом 43.

Усилитель 45 собран на транзисто- (5 ре 47 и резисторе 48 коллекторной нагрузки.

Буферный усилитель 46 вьтолнен на транзисторе 49 и содержит входной делитель на резисторах 50 и 51, конден- 2Q сатор 52, резистор 53 коллекторной нагрузки, выходной делитель из резисторов 54 и 55 и конденсатор 56, соединяющий коллектор с выходом.

Технически 1 приемом для эффектив- 25 него аналого-частотного преобразования, т.е. для снижения энергии сигналов, к электрическим потенциалам которых известный компаратор имеет предельную чувствительность, является

30

использование закономерности, объяс35

40

няемой применением кинетической теории к носителям зарядов, преодолевшим противодействующий суммарный потенциал приложенного запирающего напряжения и барьерного потенциала контактирующих поверхностей полупроводников базового перехода. Статистическая активность таких зарядов, т.е. достаточность запасенной энергии для преодоления противодействующего сум- потенциала, приводит к появлению тока через базовый переход: электронный для Р-П-.Р -транзистора и дырочный для и-р-Г)-транзистора. Зависимость базового тока Ij от запирающего базового напряжения U выражается

2g С.., (1)

где С - постоянный коэффициент. Зависимость между динамическим

козфсЬициентом усиления по напряжению Кц. и запирающим напряжением Uj выражается формулой

55

и, K,C.Z,(,3-1),

(2)

где Z

- сопротивление коллекторной нагрузки;

f - коэффициент передачи тока, т.е. при убывании запирающего напряжения U, коэффициент усиления К,, возрастает

п

по параболическому закону.

Коэффициент обратной связи бло- кинг-генератора 4 является произведением коэффициента усиления транзистора 15 блокинг-генератора А при его заданном базовом смещении в невозбужденном состоянии на результирующий коэффициент трансформации трансформатора П и на коэффициенты усиления всех усилительных звеньев в компараторе. Если коэффициент обрат- ной связи превышает единичное значение то блокинг-генератор 4 возбуждается и начинает генерировать импульсы. Увеличение коэффициента об- ратной связи блокинг-генератора 4 в силу закономерности (2) приводит к ускорению момента достижения коэффициентом обратной связи своего критического значения, которое незначительно превышает единицу. При уменьшении коэффициента обратной связи блокинг-генератора 4 до величины, меньшей единицы, проходит срыв регенерации, т.е. дегенерация. Генерация импульсов с возможностью их дегенерации характеризует данный компаратор как регенеративный.

Компаратор работает следующи образом.

Два независимых электрических сигнала подаются встречно на входные клеммы и 2 частотного компаратора. Разность потенциалов этих сигналов перераспределяет потенциальные барье ры первого и второго (сравнивающих) диодов 9 и 10, ЭДС передаточных связей, индуктированные с третьей обмотки 14 трансформатора 11, снимаются с первой и второй обмоток 12 и 13 положительной и отрицательной связей

и встречно прикладьгааются через соот- трансформатора 1 и увеличение часветственно диоды 9 и 10, третий и четвертый (проходные) конденсаторы 6 и 5 на базы транзисторов 21 и 20 элемента ИЛИ 7. Элемент ИЛИ 7 усиливает поступившие на его входы сигналы, суммирует их на общей коллекторной нагрузке-резисторе 22. Выходной сигнал элемента И.ПИ 7 с резистора 22 поступает на вход триггера 8, т.е.

Указанные отличительные особенности позволя-ют примерно на порядок повысить выходную мощность компаратора Указанный положительный эффект позволяет снизить требования к энергии

на базу транзистора 25. Выходной сиг- вxoд iыx сигналов, к электрически

нал триггера 8 с его выходной клеммыпотенциалам которых компаратор имеет

41 поступает через второй конденса-предельную чувствительность. Достигтор 16 на базу транзистора 15 бло-нутый эффект повьштает технические

0

5

0

5

0

5

0

кинг-генератора 4. Транзистор 15 фор- fиpyeт лавинно нарастающ1-те фронты импульсов при критических значениях коэффициентов обратных связей через первую и вторую обмотки 12 и 13 трансформатора I1, которые достигаются в процессе разряда второго конденсатора 16. Заряд второго крнде нсато- ра 16 осуществляется импульсом отрицательной полярности,формируемым НЗ выходной клемме 41 триггера 8 в момент его срабатьгоания.

Перераспределение потенциальных барьеров первого и второго диодов 9 и 10 приводит к изменению сигналов на входах элемента ИЛИ 7. Это изменение приводит к изменению коэффициента обратной связи компаратора, кото- рьй изменяет частоту следования импульсов в выходном сигнале .триггера 8, т.е. осуществляет их регенерацию на выходе частотного компаратора.

Частотный компаратор (фиг.2) дополнительно управляется по компенси- рзпощему входу 43. Сигнал поступивший на вход стабилизирующего элемента 44, задает амплитуду импульсов на выходе усилителя 45, работающего в ключевом режиме. Входной ключевой режим усилителя 45J а также согласование по фазе сигналов, снш-гаемых с выходом триггера 8, осуществляет буферный усилитель 46. Входной ключевой режш- буферного усилителя 46 и прохолздениё указанных сигналов обеспечивается делителем из резисторов 50 и 51 и конденсаторов 52, а выходной клточевой режим - резисторами 54 и 55 и конденсатором 56. Уменьшение актлитуды отрицательных импульсов, приложенных к второму конденсатору 16 блокинг-генератора 4, вызывает ускорение моментов наступления критических значений коэффициентов обратных связей через обмотки 12 и 13

тоты следования импульсов выходного сигнала компаратора, сш-маемого с коллектора транзистора 49 буферного усилителя 46.

Указанные отличительные особенности позволя-ют примерно на порядок повысить выходную мощность компаратора Указанный положительный эффект позволяет снизить требования к энергии

s

возможности компяратора, что дает ему преимущества при использовании в автоматическом комплексе по переработке информации в виде электрических сигналов от материальных источников.

Введение компенсирутощего входа в компаратор расширяет его технические возможности до применения в автоматических компенсирующих устройствах с целью получения аналогового сигнала в прямой функции от разности входных сигналов, что означает усиление сигнала.

Формула изобретения

Частотньй компаратор, содержащий элемент ИЛИ, триггер., источник напряжения питания, подключенный клеммами к клеммам питания элемента ИЛИ и триггера, первый и второй диоды, подключенные катодами соответственно к первой и второй входным клеммам частотного компаратора, а анодами - к первым вьгоодам,соответственно,первой и второй обмоток трансформатора, вторые выводы которых соединены между собой и с первой обкладкой первого конденсатора,, соединенного второй обкладкой с первым выводом первого

396816

резистора, соединенного вторым выводом с первой клеммой источника напр жения питания, и третью обмотку трансформатора, соединенную первым 5 выводом с коллектором транзистора, отличающийся тем, что, с целью повьппения выходной мощности компаратора, в нем дополнительно установлены второй, третий и четвертый

10 конденсаторы и второй резистор, соединенный первым выводом с вторым выводом первого резистора, а вторым выводом - с первой обкладкой второго конденсатора и базой транзистора, со15 единенного эмиттером с первой обкладкой первого конденсатора, подключенного второй обкладкой к второму выводу третьей обмотки трансформатора, вторая клемма источника напряжения

20 питания соединена с вторым выводом первой обмотки трансформатора, вторая обкладка второго конденсатора соединена с выходной клеммой триггера,, соединенного входной клe -tмoй с

25 выходной клеммой элемента ИЛИ, подключенного первой и второй входными клеммами к первым обкладкам соответственно третьего и четвертого конденсаторов, подключенных вторыми об30 кладками соответственно к первой и второй входным клгммам частотного компаратора.

Компаратор относится к устройствам сравнения аналоговых сигналов, формирующих результат сравнения в виде импульсного сигнала, частота которого пропорциональна разности входных сигналов, и может найти применение при сравнении сигналов, поступающих от двух независимых встречно включенных источников, имеющих общую точку. Целью изобретения является повышение выходной мощности компаратора. Это достигается тем, что в компараторе два независимых электрических сигнала встречно подаются на его входы. Разность этих сигналов перераспределяет потенциальные барьеры диодов блока сравнения. ЭДС полоткительной и отрицательной обратных связей, индуцированные вторичной обмоткой трансформатора в блокинг-генераторе, снимаются с вторичных обмоток трансформатора в блоке сравнения и прикладьгоаются встречно через соответствующие диоды блока сравнения и проходные конденсаторы к базам транзисторов элемента ИЛИ. Этот элемент усиливает поступающие на его входы напряжения, затем суммирует их на общей коллекторной нагрузке и подает суммарное напряжение на вход триггера Шмитта. Усиленное в нем напряжение через конденсатор поступает на базу транзистора блокинг-генератора. Этот транзистор формирует лавинно нарастакщие фронты сигналов при критических значениях ЭДС обратных связей. Такие значения ЭДС принимают в процессе разряда конденсатора блокинг-генератора, заряд которого осуществляется импульсом отрицательной полярности при срабатьшании триггера Шмитта в процессе формирования лавинно нарастающего фронта сигнала на выходе компаратора. Перераспределение потенциальных барьеров диодов блока сравнения приводит к изменению сравниваемых напряжений и к изменению коэффициентов обратных связей, изменяющих частоту следования импульсов на выходе комцаратора. 2 ил. с W с 1чэ со со С35 оо

PusJ

-Ц

3

Фа г. 2

Редактор Н.Рогулич

Составитель Ю.Гладков Техред О.Гортвай

Заказ 3395/48 Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор В.Бутяга