Компаратор тока Советский патент 1987 года по МПК G05B1/01 H03K5/24 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении аналого-цифровых преобразователей.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности.

На чертеже изображена структурная схема компаратора тока.

Компаратор тока содержит два транзистора 1 и 2, компаратор 3 напряжения, четыре резистора 4-7 и первый операционный усилитель 8, неинвертирующий вход которого подключен к шине 9 нулевого потенциала, инвертирующий вход - к эмиттеру первого транзистора 1, а выход - к базам первого 1 и второго 2 транзисторов, коллектор первого 1 из которых соединен чер ез первый резистор 4 с шиной 10 первого питающего напряжения, эмиттер второ- го 2 - с входной шиной 11, а его коллектор - с шиной 10 первого питаю.- щего напряжения через второй резистор 5 и с прямым входом .компаратора 3 напряжения, выход которого соединен с выходной шиной 12, причем первые выводы третьего 6 и четвертого 7 резисторов подключены к шине 13 второго питающего напряжения, при этом второй вывод четвертого резистора 7 соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 14, выходом соединенного со своим инвертирующим входом, шина 10 первого питающего напряжения подключена через пятый резистор 15 к инвертирующему входу компаратора 3 напряжения, а второй вывод третьего резистора 6 подключен к эмиттеру третьего транзистора 16, коллектор и база которого соединены непосредственно с входной шиной 11, эмиттером второго транзистора 2 и базой четвертого транзистора 17, коллектор которого соединен с инвертирующим входом компаратора 3, а эмиттер - с выходом второго операционного усилителя 14, неинвертирующий вход которого подключен к эмиттеру пятого транзистора 18, базой и коллектором соединенного с эмиттером перво- го транзистора 1,

Компаратор тока работает следующим образом.

После подачи питающих напряжений на шины 10 и 13 с помощью операционного усилителя 8 на эмиттере транзистора 1 устанавливается напряжение, близкое к нулевому (равно напряжению

смещения операционного усилителя 8). Такое же напряжение устанавливается на входной шине 11, так как сопротивления резисторов 6, 7 и 4, 5 выбираются равными R R, К R. При этом через резистор 4 протекает ток, равньш

5Э1а т R,

Б1

где

и, - напряжение источника питания на шине 13;

Afoij - напряжение смещения операционного усилителя 8;

- напряжение база-эмиттер транзистора IB; ток базы транзистора 1;

БЭ18

3,

б(

R-, - сопротивление резистора 7. Через резистор 5 протекает ток, равный

U,,±uUo4 tuUio - и,

I 1 вх

5

0 0

6,7 « P U6 a/q T i ) - t ,

617

где UU,

11

0

.г- R. 35

БЭ16 :i

3

ex Б17

uU

0

45

разность напряжений база- эмиттер транзисторов 1 и 2 при Ig,, 0; ток базы транзистора 2; сопротивление резистора 6; напряжение база-эмиттер транзистора 16; входной ток компаратора; ток базы транзистора 17; обратный ток перехода коллектор-база транзистора 2; изменение напряжения база- эмиттер транзистора 2 под действием входного тока; напряжение база-эмиттер транзистора 2 при IBJ 0; Ч т температурный потенциал. Ток через резистор 15 равен

KOZ

692

и

Бэг

5 К01т Р б918- rt bUo,4/C,t

ibU,,/Cf,±uU,,,/Cf, ) - l 3x017 exp(U65,,/4, -l ,

где 3 0,-j - обратНьй ток перехода кол5

UU

ОУ14 U6M7

лектор-база транзистора 17;

-напряжение смещения операционного усилителя 14;

-напряжение база-змиттер транзистора 17 при Jex ОПри идеальных условиях, т.е. использовании высококачественных операционных усилителей, согласованных параметров транзисторов, равенстве сопротивления резисторов 6 и-7 и равенстве сопротивлений резисторов 4, 5 и 15 напряжение, прикладываемое к входу компаратора напряжения, равно

uUK (6э/Ч тiйUБ,/Cf, ) - - exp(U6,/Ч т+либэ/ УтТ К.

де 3

ко

и

ли

бэ

БЭ

обратный ток коллектора согласованных транзисторов 2 и 17;

напряжение база-эмиттер согласованных транзисторов при OB 0;

изменение напряжения база- эмиттер согласованных транзисторов 2 и 17 под действием входного тока} R - сопротивление резисторов

4, 5 и 15. . .25 В известном компараторе при идельных условиях напряжение, прикладыаемое к входу компаратора ряжения, равно

15

20

Л кина30

uU,

ки

3ко ехр(и„-/СТ ± U Ug, /() - exp(U6,/CfOl-RВходное сопротивление предлагае- г шиной первого питающего напряжения.

эмиттер второго - с входной шиной, а его коллектор - с шиной первого питающего напряжения через второй резистор и с прямым входом компаратора

мого и известного компаратора

R

Вк

г

где г,

сопротивление эмиттера входного транзистора; величина эмиттерного тока входного транзистора. Разрешающая способность по току

РП

предлагаемого компаратора

сч с и р Чп --,-

где ffUp - разрешающая способность компаратора напряжения. Для известного компаратора разрешающая способность по току рана

Для обеспечения подстройки нуля входа компаратора, обусловленного несогласованностью параметров используемых элементов между первыми выводами рпзисторов 7 и 6 можно включить небольшой подстроечный резистор, средний вывод которого соединяется

с шиной второго источника питания.

Аналогично для подстройки смещения нуля на входе компаратора напряжения при нулевом входном токе между выводами резисторов 5 и 15 также включается небольшой подстроечный резистор, средний вывод которого соединяется с шиной первого источника питания.

Предлагаемый компаратор за счет

введения второго операционного усилителя, резистора и трех транзисторов позволяет в два раза увеличить разрешающую способность по току, что позволяет использовать его Б преци3ионных быстродействующих многоканальных АЦП.

Формула изобретения

Компаратор тока, содержащий два транзистора, компзратор напряжения, четыре резистора и первый.операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, инвертирующий вход - к эмиттеру первого транзистор1а, а выход - к базам первого и второго транзисторов, коллектор первого из которых соединен через первый резистор с

эмиттер второго - с входной шиной, а его коллектор - с шиной первого питающего напряжения через второй резистор и с прямым входом компаратора

4Q напряжения, выход которого с-оединен с выходной шиной, а первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к шине второго питающего напряжения, отличающийся

4S тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, в него дополнительно введены второй операционный усилитель, пятый резистор и третий, четвертый и пятый транзисторы, эмиттер

5Q третьего из которьгх соединен с вторым, выводом третьего резистора, а база и коллектор соединены с входной шиной и с базой четвертого транзистора, коллектор которого соединен с инверJJ тирующим входом компаратора напряжения и через пятьш резистор с шиной первого питающего напряжения, а эмиттер - с инвертирующим входом и выходом второ го операционного усилите51320791 6

ля, неинвертирующий вход которого со- зистора, база я коллектор которого единен с вторым выводом четвертогосоединены с инвертирующим входом перрезистора и с эмиттером пятого тран- вого операционного усилителя.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Целью изобретения является повышение разрешающей способности компаратора. Для достижения поставленной цели в него дополнительно введены второй операционный усилитель 14, пятый резистор 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18.транзисторы. На чертеже также показаны транзисторы 1 и 2, компаратор 3 напряжения, резисторы 4-7, операционный усилитель 8, шина 9 нулевого потенциала, шина 10 первого питающего напряжения, шина 11, выходная шина 12, шина 13 второго питающего напряжения. За счет введения второго операционного усилителя, резистора и трех транзисторов разрешающая способность по току по сравнению с прототипом увеличена в два раза. Это позволяет использовать предложенный компаратор в быстродействующих многоканальных АЦП. 1 ил.