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

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения аналого-цифровых преобразователей в устройствах автоматического регулирования.,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности сравнения сигналов, действующих в разные моменты времени.

На чертеже представлена структурная схема компаратора.

Компаратор содержит первую дифференциальную пару входных транзисторов 1 и 2, базы которых соединены с первой парой входных шин 3 и 4, эмиттеры объединены и подключены через первый управляемый генератор 5 тока к первой шине 6 питания, вторую дифференциальную пару входнЬгх транзисторов 7, 8, базы которых соединены с второй парой входных шин 9 и 10, эмиттеры объединены и подключены через второй управляющий генератор 11 тока к первой шине 6 питания, последовательно соединенные первый 12 и второй 13 элементы задержки подключены между выходом генератора 14 импульсов и управляющим входом второго генератора 11 тока

торов 1 и 7 первой и второй дифференциальных пар объединены и подключены к затвору первого полевого транзистора 15 выходного истокового повторителя, сток первого полевого транзистора 15 подключен к второй шине 16 питания, а исток через нагрузочный резистор 17 соединен с шиной нулевого потенциала и нулевым входом бистабильрой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, управляющие входы ключей 22 и 24 объединены и подключены к выходу генератора 14 имt пульсов.

Компаратор работает следующим образом.

В начале интервала времени, в котором производится сравнение двух

10 входных напряжений U , приложенного к входным шинам 3 и 4, и Ug , подаваемого на входные шины 9 и 10, конденсаторы 23 и 25 заряжаются до напряжения Е источника 16 питания. Заряд

15 конденсаторов осуществляется через ключи 22 и 24, которые замыкаются на время tj. , равное длительности импульсов, периодически поступающих от генератора 14 импульсов. В остальной

20 части периода поступления импульсов от генератора 14 импульсов вьшолняет- ся сравнение мгновенных значений напряжений Ujy и Uj, . Выбор мгновенных значений входных напряжений в

25 интервале сравнения производится в соответствии с величиной задержки импульсов генератора 14 импульсов на элементах 12 и 13 задержки. В моменты

времени появления импульсов на выхоколлекторы транзис- 30 дах элементов 12 и 13 задержки происходит включение генераторов 5 и 11 тока на время Т . В эмиттеры первой дифференциальной пары транзисторов

1 и 2 поступает ток 1 генератора 5

35 тока, а в эмиттеры второй пары 7 и 8 ток 1 генератора 11 тока. Коллекторные токи транзисторов 1 и 2 первой пары перераспределяются в интервале времени I p пропорционально выходноного элемента 18, выход которого подключен к выходной шине 19 компаратора, коллекторы транзисторов 2 и 8 первой и второй дифференциальных пар объединены и подключены к затвору второго полевого транзистора 20 выходного истокового повторителя, сток полевого транзистора 20 подключен к шине 16 питания, а исток через нагрузочный резистор 17 соединен с шиной нулевого потенциала и единичным входом бистабильного элемента 18, коллекторы транзисторов 1 и 7 соединены с второй шиной 16 питания через ключ 22 и первым выводом конденсатора 23, второй вьгеод которого соединен с шиной, нулевого потенциала, коллекторы транзисторов 2 и 8 соединены с второй йиной 16 питания через ключ 24 и с первым вьшодом конденсатора 25, вто

рой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, управляющие входы ключей 22 и 24 объединены и подключены к выходу генератора 14 импульсов.

Компаратор работает следующим образом.

В начале интервала времени, в котором производится сравнение двух

входных напряжений U , приложенного к входным шинам 3 и 4, и Ug , подаваемого на входные шины 9 и 10, конденсаторы 23 и 25 заряжаются до напряжения Е источника 16 питания. Заряд

конденсаторов осуществляется через ключи 22 и 24, которые замыкаются на время tj. , равное длительности импульсов, периодически поступающих от генератора 14 импульсов. В остальной

части периода поступления импульсов от генератора 14 импульсов вьшолняет- ся сравнение мгновенных значений напряжений Ujy и Uj, . Выбор мгновенных значений входных напряжений в

интервале сравнения производится в соответствии с величиной задержки импульсов генератора 14 импульсов на элементах 12 и 13 задержки. В моменты

1 и 2 поступает ток 1 генератора 5

тока, а в эмиттеры второй пары 7 и 8 ток 1 генератора 11 тока. Коллекторные токи транзисторов 1 и 2 первой пары перераспределяются в интервале времени I p пропорционально выходному напряжению U , поскольку транзисторы работают в активном режиме. Аналогичный режим работы выполняется также для транзисторов 7 и 8 второй пары. Поскольку коллекторные токи

транзисторов 1 и 2 первой пары не равны вследствие действия входного сигнала Uj , то конденсаторы 23 и 25 разряжаются в интервале времени 7 до разного напряжения. Разность напряжений на конденсаторах 23 и 25, пропорциональная входному сигналу Ug , поддерживается неизменной до момента запуска генератора 11 тока на время i . При этом конденсаторы 23 и 25

разряжаются на величину, пропорциональную величине коллекторных токов второй пары транзисторов 7 и 8, и, следовательно, величине второго входного напряжения UB X. Входные шины 9

и 10 подключаются к источнику напряжения , так, что транзисторы 7 и 8 второй пары создают на конденсаторах 23 и 24 напряжение противоположной полярности по сравнению с транзисто- рами 1 и 2 первой пары. Величину задержки элемента 22, определяющую интервал времени между моментами включения пар входных транзисторов, выбирают намного меньшей постоянной времени разряда конденсаторов 23 и 25, Для компаратора она равна произведению емкости конденсатора на сопротивление, эквивалентное параллельному включению входного сопротивле- ния истокового повторителя и сопротивления утечки двух запертых входны транзисторов. В зависимости от выбранной емкости величина постоянной времени практически находится в пре- делах от нескольких микросекунд до нескольких десятков секунд.

Если выходное напряжение на емкостях компаратора пропорционально разности входных напряжений, ток эмитте ра первого транзистора 1 первой пары

Ij о IJ. - ток генератора 5 тока, Ij - изменение эмиттер- ного тока транзисторов 1 и 2 первой пары, вызванное сигналом Ug,, . Его величина ul j , где тепловой потенциал.

Изменение напряжения на первом конденсаторе 23 под воздействием коллекторного тока транзистора 1:

-iLiL о Aiii

с, ° 2с

-(1 J -), (1) 1

где с - величина емкости первого

конденсатора 20, d - коэффициент пропорциональности. Ток эмиттера второго транзистора

2 первой пары I,j й, и изменение напряжения на втором конденсаторе 25 под воздействием коллекторного тока транзистора 2: .

IT

пLLn - -1

- 2cj

с 2

где Cj - величина емкости второго конденсатора 25.

Учитывая, что напряжение UB, включено встречно по отношению к U , получают изменение напряжения на первом конденсаторе 23, вызванно е коллекторным током транзистора 7 второй пары

п - - п l t ГчЧ

и,, - ---- (1 - -). (3)

Аналогично, изменение напряжения на втором конденсаторе, вызванное коллекторным током транзистора 8, равно

/5U

С5

1г . Ueux X . .( ), (4)

fOt520

-25

30 35

40

45

50

55

Напряжение на первом конденсаторе 23 после воздействия коллекторных токов обеих пар транзисторов равно

и,, Е - - ли - (5) Напряжение на втором конденсаторе 25 равно

и,, Е - dU, - 4U . (6) Выходное напряжение на емкостях конденсаторов 23 и 25 равно

USHX Uc, - Uci . (7) Выполняя подстановку равенств (1), (2) в (5) и (3), (4) в (6), а затем (5) и (6) в (7), получают с учетом обозначений I 1- г |L- 1, с Cj с

и,.(и;, -и;,), (8)

где коэффициент усиления схемы К 2сч/

Усиленная разность входных напряжений через истоковые повторители поступает на входы бистабильного элемента 18. При Ujx, Uj,, О би- стабильный элемент 18 находится в неустойчивом положении. При неравенстве входных напряжений бистабильный элемент 18 устанавливается в одно из двух устойчивых положений.

Задача сравнения двух сигналов, , действующих в различньсх интервалах времени, является одной из типовых задач в автоматическом регулировании, аналоговой вычислительной технике и аналого-цифровых преобразователях. Для ее решения с помощью существующих компараторов дополнительно требуются ячейки выборки запоминания или аналого-цифровые преобразователи и оперативная память. При использовании предлагаемого компаратора необходимость в дополнительных аппаратурных затратах отпадает.

Сравнение разновременных сигналов с помощью предложенного компаратора

выполняется с большей точностью, поскольку исключаются погрешности,вносимые ячейками выборки запоминания или аналого-цифровыми преобразователями.

Предложенный компаратор значительно превосходит по быстродействию известные схемы ячейки выборки-запоминания и аналого-цифровые преобразователи.

Дополнительным преимуществом предложенного компаратора является усреднение входных сигналов на интервале стробирования входных транзисторов за счет интегрирования коллекторных токов с помощью емкостей.

Формула изобретения

Компаратор, содержащий генератор импульсов и две дифференциальные пары транзисторов, базы которых соединены с входными шинами компаратора, эмиттеры попарно объединены и через соответственно первый и второй управляемые генераторы тока подключены к первой шине питания, а коллекторы йервых транзисторов первой и второй дифференциальных пар объединены;, и подключены к затвору первого полевого транзистора, коллекторы вторых транзисторов первой и второй дифференРедактор О.Головач Заказ 2863/43

Составитель Н.Маркин

Техред Л.Олейник Корректор М. Демчик

Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

(5

0

5

30

пиальных пар объединены и подключены к затвору второго полевого транзистора, стоки полевых транзисторов подключены к второй шине питания, а истоки через нагрузочные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала и подключены соответственно к единичному и нулевым входам бистабильного элемента, выход которого соединен с выходной шиной, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности сравнения сигналов,действующих в разные моменты времени, в него введены два элемента задержки, а объединенные коллекторы первых транзисторов дифференциальных пар и коллекторы вторых транзисторов дифференциальных пар подключены соответственно к первым вьгоодам первого и второго конденсаторов И через управляемые ключи соединены с второй шиной питания, вторые вьгеоды конденсаторов соединены с шиной нулевого потенциала, причем выход генератора импульсов подключен к управляющим входам ключей и входу первого элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу первого генератора тока и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу второго генератора тока.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в системах автоматического регулирования. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей путем сравнения сигналов, действующих в разные моменты времени. Компаратор содержит первую 1 и 2 и вторую 7 и 8 дифференциальные пары входных транзисторов. первую 3 и 4 и вторую 9 и 10 пары входных шин, управляемые генераторы 5 и 11 тока, первую 6 и вторую 16 шины питания, элементы 12 и 13 задержки, генератор 14 импульсов, первый 15 и второй 20 полевые транзисторы выходного истокового повторителя, нагрузочный резистор 17, бистабиль- ный элемент 18, выходную шину 19, резистор 21, ключи 22 и 24, конденсаторы 23 и 25. Компаратор выполняет сравнение разновременных сигналов с большой точностью в результате исключения погрешностей, вносимьЪс ячейками выборки запоминания или АЦП. Компаратор превосходит по быстродействию известные схемы ячейки выборки запоминания или АЦП и усредняет входные сигналы на интервале стробирова- ния входных транзисторов за счет интегрирования коллекторных токов. 1 ил. kn IS СО KD ND ISD tc sj