Пороговое устройство Советский патент 1990 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

фиг.1

3155

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиоэлектронной измерительной аппаратуре, а также в составе устройств обнаружения полезных импульсных сигналов на фоне шумовой помехи с медленно изменяющейся интенсивностью в широком динамическом диапазоне.

Целью изобретения является повыше- ние быс тр одейс твия.

На фиг.. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого порогового устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Пороговое устройство содержит операционный усилитель (ОУ) 1, охваченный положит ел ьной обратной, связью, выполненной на резисторе 2, выход которого является выходом устройства, Г-образный делитель 3 напряжения, включенный между входной шиной 4 и неинвертирующим входом операционного усилителя 1, при этом выход Г-образ- ного делителя 3 напряжения подключен к неинвертирующему входу дополнительного операционного усилителя (ОУ) 5, инвертирующий вход которого подключен непосредственно к выходу фильтра 6 нижних частот в виде RC-цепи и инвер- тирующему входу операционного усилителя 1 и через диод 7 к выходу дополнительного операционного усилителя 5 и входу фильтра 6 нижних частот.

Пороговое устройство работает следующим образом.

При поступлении на входную шину 4 напряжения постоянной составляющей шумовой помехи (U0) положительной полярности, когда входное импульсное на пряжение сигнала равно нулю (U8)tMMn 0) (см. фиг. 2а), напряжение с выхода делителя 3 напряжения (идеп.0) одновременно поступает на неинвертирующие входы ОУ 1 и 5.

Напряжение , которое поступает на неинвертирующий вход ОУ1, при пороговом напряжении (Uпор0 ) с нулевым уровнем переводит его в режим срабатывания. О.У 1 благодаря положитель- ной обратной связи, выполненной на резисторе 2, функционирует в триггер- ном режиме При срабатывании ОУ1 на его выходе выделяется постоянное напряжение положительной полярности (фиг. 2г). Напряжением идел.0 ОУ5 переключается в режим насыщения и на его выходе выделяется постоянное напряжение положительной полярности.

Q

д 5

Q

5

При этом выходным напряжением ОУ5 и диод 7 переводится в режим непроводимости. На фиг. 1 приведено включение диода 7 для входных напряжений устройства положительной полярности. Напряжение с выхода ОУ5 через резистор 8 поступает на потенциальный вывод конденсатора 9 и заряжает его до уровня Unop.oc постоянной времени фильтра 6 нижних частот, включенного в цепь отрицательной обратной связи ОУ5.

В течение интервала времени ,, (фиг. 2а,б) наступает равенство выходного напряжения делителя 3 (идел 0 ) и напряжения на потенциальном выводе конденсатора 9 (Unop.o ). Интервал времени примерно равен tRC .При UAe/i.o и пор.о Оу1 переключается в установившийся режим (фиг. 2г), а выходное напряжение ОУ5 резко уменьшается до уровня иеых 0-0(}5.(фиг,2в). После переключения режимов работы ОУ1 и 5 устройство переводится в установившийся режим, при этом на его выходе выделяется постоянное напряжение отрицательной полярности. При поступлении на входную шину 4 устройства импульсного напряжения сигнала (UBX ИМП)) с длительностью (tMW(1, которая превышает постоянную времени () фильтра 6 нижних частот (), на выходе делителя 3 напряжения выделяется напряжение (идел-имп.ч) которое поступает одновременно на неинвертирующие входы ,ОУ1 и 5. Если имп , превышает по уровню Unop0 , то в момент времени с„ происходит срабатывание ОУ1 и на его выходе выделяется постоянное напряжение положительной полярности. Одновременно со срабатыванием ОУ1, происходит переключение ОУ5 в режим насыщения и на его выходе выделяется максимальное напряжение положительной полярности, которое переводит диод 7 в режим непроводимости. Напряжение с выхода ОУ5 через резистор 8 поступает на потенциальный вывод конденсатора 9 и заряжает его до уровня. UHOO.имен с постоянной времени фильтра 6 нижних частот.

Диод 7 на интервале времени Сг-С3 находится в режиме непроводимости и, практически, его обратное сопротивление (г„06р,) не влияет на процесс заряда конденсатора 9, если Га.отр.К, где R - сопротивление резистора 8. В момент наступления времени t3 напряжение иАед.Имгм «Utrop.MMin (Фиг. 2а,б).

5155

При идел.им( происходит переключение режимов работы ОУ1 и 5. На выходе ОУ 1 устанавливается постоянно напряжение отрицательной полярности, а на выходе ОУ5 напряжение положительной полярности резко уменьшается до уровня U8t1K.,obS. причем Uebix , ОУ5 7 UBblx оо;)5 (фиг. 2в). В момент наступления времени t. импульсное напряжение сигнала (U8X ИМ1М) на выходной шине 4 устройства уменьшается до нулевого уровня. При наличии на входной пине 4 устройства напряжения постоянной составляющей шумовой помехи (U0) выход- ное напряжение делителя 3 напряжения уменьшается до уровня UAe/io При f деа.о UcropKwtM Ha выходе ОУ1 сохраняется полярность напряжения установившегося режима (фиг. 2г).

При U пор импт о напряжение на выходе ОУ5 изменяет свою полярность на противоположную, при этом диод 7 переводится в режим проводимости и через его открытый переход на интерва ле времени t4-tg. происходит разряд конденсатора 9 (фиг. 2в).

Время разряда конденсатора 9 (tm) может быть найдено из выражения

г г-с-15 + а.ыъ.Ј.ч, ир«%я LXy 1+вко9 J

где Кау - коэффициент усиления ОУ5;

j$ - глубина коммутируемой отри- цательной обратной связи ОУ5;

-111

К,

сопротивление диода 7 в ре- жиме проводимости;

77m7 выходное сопротивление ОУ5

1 + isKnu

°д охваченного отрицательной

обратной связью.

Так как

(lii +

VIT ..I4.0V ..

Ж

°Ч

1+ЙК

04

то tp0(,« Ј Rc Фильтр а 6 нижних частот, что обеспечивает относительно высокое быстродействие устройства.

После разряда конденсатора 9 в момент времени ts на его потенциальном выводе устанавливается напряжение Unopo идело . При поступлении на

входную шину 4 устройства импульсного

мин

напряжения сигнал (Uexv,Mn,2 с t ЈRC, и если напряжение на выходе делителя 3 (UAen WM02) превышает Unop.0 , происходит срабатывание ОУ1, Напряже

Q 5 0

5

0

5

0

5

0

5

26

ние UAe, имп,2 поступает на неинвертирующий вход ОУ5, при этом на его выхо- ;. де напряжение резко возрастает,а диод 7 переводится в режим непроводимости. Выходное напряжение ОУ5 через резистор 8 поступает на потенциальный вывод конденсатора 9 и заряжает его, при этом за время действия импульсного напряжения пороговое напряжение (U пор о ) увеличивается на величину ЫГпоримп- Величина &Unop ИА,П может быть найдена из выражения

имд /

с RC

Липс{Г имп идей У1мгт2/К°Ч5

где К 045 - коэффициент усиления ОУ5.

Как следует из приведенного выражения, прирост напряжения &Unop ммп обратно пропор7Ц1онален постоянной вре- мени фильтра 6 нижних частот.

В течение действия импульсного на- пряжения сигнала (симп) в схеме устройства автоматически поддерживается неравенство идед Импа7 (Unop 0+ &и„оримп;, которое обеспечивается за счет соответствующего выбора соотношения ЈRC и ожидаемой максимальной длительностью импульсного напряжения сигнала (си/ад ) Практически, при проектировании схемы должно выдерживаться условие с макс После уменьшения импульсного напряжения сигнала по нуля (U е имп 0.) происходит переключение ОУ1 в исходный режим, а на выходе делителя 3 напряжения напряжение изменяется с U Имп51 до уровня идело . Напряжение (U Ropo + UUnQp илдп ), .поступающее на инвертирующий вход ОУ5 пре- вышает по уровню напряжение 11дел.0 , которое поступает на его инвертирующий вход с выхода делителя 3 напряжения (ипоро + &ипор имп )- идед о.

При этом происходит переключение режима работы ОУ5, и его выходное напряжение изменяет свою полярность на противоположную. Выходным напряжением ОУ5 диод 7 переводится в режим проводимости и через его открытый переход за относительно короткий интервал вре- . мени (срат - происходит разряд конденсатора 9 до уровня гюоо ме ханизм разряда которого аналогичен механизму разряда при с„мп 7 ЈКс. Формула изобретения

Пороговое устройство, содержащее операционный усилитель, охваченный положительной обратной связью, выход

7155061

которого является выходом устройства, фильтр нижних частот в виде RC- цепи и Г-образный делитель напряжения, включенный между входной шиной и не- инвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, отличающееся тем,

что, с целью повышения быстродействия, в него введен дополнительный

10

0

8

операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом Г-образного делителя напряжения, а инвертирующий вход подключен к выходу фильтра нижних частот в виде RC-цепи непосредственно и через диод - к входу фильтра нижних частот в виде RC-цепи, который подключен к выходу дополнительного операционного усилителя.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиоэлектронной измерительной аппаратуре, а также в составе устройств обнаружения полезных импульсных сигналов на фоне шумовой помехи с медленно изменяющейся интенсивностью в широком динамическом диапазоне. Целью изобретения является повышение быстродействия. Наличие операционного усилителя 5 и диода 7 позволяет сократить время установления начальных условий после воздействия импульсного напряжения, действующего на входе, за счет быстрого разряда конденсатора 8 фильтра 6 нижних частот. Кроме того, пороговое устройство содержит делитель 3 напряжения и операционный усилитель 1, охваченный положительной обратной связью. 2 ил.

2