Двухпороговый компаратор Советский патент 1988 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

(21)А108347/24-21

(22)25.08.86

(46)30.01.88 Бюл. № 4

(72)А.Л.Широков

(53)621.374.83(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1200715, кл. G 05 В 1/01,01.06.86.

(54)ДВУХПОРОГОВЫЙ КОМПАРАТОР

(57)Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для контроля величины напряжения постоянного тока. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем придания компаратору свойств динамического

звена, например дифференцирующего,интегрирующего и т.д. Двухпороговый компаратор содержит два операционных усилителя 1 и 2, источник 5 входного напряжения, диоды 6.10 и 22. стабилит троны 7 и 11, первую 9 и вторую 13 цепи обратной связи, транзисторы 15, 19 и 20, источник 16 опорного напряжения, резисторы, показанные на чертеже. Использование компаратора, например, в канале преобразования температуры сокращает количество используемого- оборудования и повьппает соответственно надежность за счет исключения дифференцирующего каскада, который необходим для компенсации инерционности термопары. 2 ил.

§

(Л

оа о ел

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для контроля величины напряжения постоянного тока.

Целью изобретения является увеличение функциональных возможностей путем придания компаратору свойств динамического звена (дифференцирующего, интегрирующего и т.д.).

На фиг.1 представлена принципиальная схема двухканального компаратора; на фиг.2 - примеры выполнения цепей обратных связей; на фиг.3-статические характеристики усилителя; на фиг.4 - эпюры напряжений двухпо- рогового компаратора.

Двухпороговый компаратор, содер- жапщй два операционных усилителя 1 и 2, инвертирующий вход пё рвого из которых подключен к первом: выводу первого резистора 3, а его выход - к первому выводу второго резистора 4, неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1 подключен к источ вику 5 входного напряжения, выход 1Первого операционного усилителя 1 через включенные последовательно первый диод 6, первый стабилитрон 7 и третий резистор 8 подключен к неин- вертирующему входу второго операционного усилителя 2, а вывод первого стабилитрона 7, соединенного с выводом третьего резистора 8, подключен через первую цепь 9 обратной связи к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1 , выход которот о через последвательно соединенные второй диод 10, второй стабилитрон 11 и чет- вертьй резистор 12 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя 2, а вывод второго стабилитрона 1 1 , соединенног о с выводом четвертого резистора, подключен через вторую цепь 13 обратной связи к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1, выход которого через пятый резистор 14 подключен к базе первого транзУ1стора 15, источник 16 опорного напряжения подключен через шестой резистор 17 к инвертирующему входу второго операционного усилителя 2, выход которого через седьмой резистор 18 подключен к базе второго транзистора 19 и к коллектору первого транзистора 15, а база третьего транзистора 20 чере восьмой резистор 21 подключена к выходу второго операционного усилите

0

5

0

5 О

5

и через третий диод 22 подсоеди- к второму выводу второго резис- 4, эмиттеры всех транзисторов

ля 2 нена тора

и второй вывод первого резистора 3 подключены к шине нулевого потенциала, а коллекторы второго и третьего транзисторов 19 и 20 через соответственно девятый и десятый нагрузочные резисторы 23 и 24 подключены к иТине источника питания.

Компаратор работает следующим образом.

Рассмотрим сначала работу операционного усилителя 1, охваченного цепями 9 и 13 отрицательной обратной связи. Статические характеристики усилителя, показанные на эпюрах фиг.З, справедливы для резистивной обратной связи, а также для обратных связей, примеры выполнения которых показаны на фиг.2а,в,г, из которых видно, что напряжение на выходе операционного усилителя 1 (точка б) скачком изменяется от -U,. до +UCT (U равняется сумме напряжений: напряжения пробоя стабилитрона 7 и 11 и напряжения открытого диода 6 и 10 при прохождении входного сигнала через нуль). Напряжение в точке а(в) равно нулю при отрицательных (положительных) входных сигналах и линейно изменяется при положительных (отрицательных) входных сигналах. Динамические 5 характеристики, определяемые обратными связями 9 и 13, рассмотрим на примере использования обратных связей, выполненных в соответствии с фиг.26, т.е. на примере интегрирующего звена.

На фиг.4 изображены эпюры напряжений при подаче на вход постоянного сигнала (фиг.4а) и импульсного (фиг.4б), из которых видно, что на выходе в точке а напряжение изменяется во времени в соответствии с интегралом входного напряжения. При использовании обратных связей (фиг.2а, в,г) получаем соответственно инерцн0

онное, идеальное и неидеальное

дифференцирующие звенья. Заметим,что и в этом случае напряжение в точке б изменяется скачком в момент появления напряжения в точках а или в. Операционный усилитель 2 работает в режиме компаратора, при необходимости для создания петли гистерезиса можно включить резистор между выходом и неинвертирующим входом усилителя (не показан). Неинвертирующий .

вход усилителя 2 подключен к точке имеющей только положительное напряжение, а инвертирующий вход - в точке В, имеющей только отрицательное напряжение. Усилитель 2 срабатывает при достижении заданного уровня, определяемого опорным напряжением источника в любой из точек а или в т.е. усилитель 2 срабатывает незави- симо от того, где появилось требуемое напряжение - в точке а или в точке в. При срабатывании усилителя 2, т.е. при появлении на его выходе положительного напряжения, тран зисторы 19 и 20 подготовлены для открытия. Однако открыться может толко один из них, в зависимости от полярности напряжения в точке б. При отрицательной полярности напряжения в точке б транзистор 4 закрыт и не препятствует открытию транзистора 19 диод 22 при этом открыт и к управляющему переходу транзистора 20 приложено отрицательное запирающее напря- жение (это обеспечивается выбором величины резисторов 4 и 21). При положительной полярности транзистор 15 открывается и шунтирует управляющий переход транзистора 19, который закрывается, диод 22 в данном случае закрыт, а транзистор 20 открыт. Таким образом, при положительных входных сигналах (и ) включаются транзистор 20 и соответственно нагрузка 24 (RH), при отрицательных - транзистор 19 и нагрузка (Кц,) 23. Как следует из приведенного описания, предлагаемый двухпороговый компаратор обеспечивает подключение нагрузок RH и RH при достижении входным напряжением заданных пороговых значений, при этом он обладает заданными динамическими характеристиками, а именно инерционными, интег- рирующими и дифференцирующими свойствами, т.е. срабатывание компаратора определяется не только величиной входного сигнала, но и другими его характеристиками, например скоростью нарастания, средним значением временем действия и т.д., т.е. исползование такого компаратора, например в канале преобразования температуры, сокращает количество оборудования и повышает соответственно надежность за счет исключения дифференцирующего каскада, который необходим для компенсации инерционности термопары

, д )5 2025эд .,. дс

35

50

5

Формула изобретения Двухпороговый компаратор, содержащий два операционных усилителя, четыре резистора, инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к первому выводу первого резистора, а его выход - к первому выводу второго резистора и источник входного напряжения, отличающий- с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей путем придания компаратору свойств динамического звена, в него введены три транзистора, три диода, два стабилитрона, две цепи обратной связи и шесть резисторов, неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к источнику входного напряжения, выход первого операционного усилителя через включенные последовательно первый диод, первый стабилитрон и третий резистор подключены к неинвертирующе- му входу второго операционного усилителя, вывод первого стабилитрона, соединенного с выводом третьего резистора, подключен через первую цепь обратной связи к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через последовательно соединенные второй диод, второй стабилитрон и четвертый резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а вывод второго стабилитрона, соединенного с вы- водом четвертого резистора, подключен через вторую цепь обратной связи к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через пятый резистор подключен к базе первого транзистора, источник опорного напряжения подключен через шестой резистор к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого через седьмой резистор подключен к базе второго транзистора и коллектору первого транзистора, а база третьего транзистора через восьмой резистор соединена с выходом второго операционного усилителя и через третий диод подсоединена к второму выводу второго резистора, причем эмиттеры всех транзисторов и второй вывод первого резистора подключены к шине нулевого потенциала, коллекторы второго и третьего транзисторов через соответственно девятый идесятый нагрузочные резисторы подключены кшине источника питания.

а) } S}

Г

Ml-1-г} -н

.1

т

(Ja.Ug. Uf

.з