Двухпороговый компаратор напряжения Советский патент 1990 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

Фиг.1

Изобретение относится к импульс- ной технике и может быть использова- но при построении анализаторов вели- чины напряжения устройств электрон- ного регулирования и управления, Цель изобретения - расширение области применения путем исключения взаимной зависимости величин порогов при регулировании,

На фиг. 1 представлена структурная схема двухпорогового компаратора напряжения; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы его работы.

Двухпороговый компаратор содержит операционный усилитель 1, подклюуен- ный инвентирующим входом к выходу резистивного делителя 2 опорного напряжения , а неинвертирующим входом - к выходу первого резистивного дели- теля 3 входного напряжения, а также транзистор 4, подключенный эмиттером .к источнику 5 опорного напряжения, коллектором - к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, а ба- зой - к выходу второго резистивного делителя 6 входного напряжения, причем резистивные делители 3 и 6 подключены к входным клеммам 7 и 8.

Двухпороговый компаратор напряже- ния работает следующим образом.

Рассмотрим устойчивое состояние компаратора, характеризующееся наличием питающих напряжений операционного усилителя +Un, -U и опорного напряжения U . Напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя задается резистивным делителем 2 опорного напряжения.

Для описания режима работы компа- ратора с точки зрения формирования напряжения на неинвертирующем входе рассмотрим зависимость напряжений на входах операционного усилителя от изменения входного напряжения, показан ную на фиг. 2, и зависимость выходного напряжения компаратора от входного напряжения, показанную на фиг. 3

Допустим, что ток утечки закрытого транзистора 4 равен нулю и входно сопротивление операционного усилителя значительно больше сопротивлений резистивных делителей 2 и 3.

На участке изменения входного напряжения от нуля до UBX1 (фиг, 2) транзистор 4 открыт напряжением, значение которого равно разности входного напряжения (с учетом резистивного делителя 6) и опорного напряжения, приложенных к базе и эмиттеру соответственно,

При этом напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 равно опорному напряжению за вычетом падения напряжения на открытом транзисторе 4, а входной сигнал, приложенный через первый резистивный делитель 3 входного напряжения, не оказывает существенного влияния на это напряжение, так как сопротивление резистивного делителя 3 значительно больше сопротивления открытого транзистора 4. Напряжение на инвертирующем входе, установленное резистивным делителем 2 от источника 5 опорного напряжения, меньше напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 1, поэтому на его выходе имеется высокий уровень напряжения (фиг. 2 и 3).

При повышении входного напряжения от U6X( до значения порога Un, транзистор 4 начинает запираться из- за уменьшения разности напряжений между эмиттером и базой, уменьшается ток коллектора транзистора 4.

При этом к неинвертирующему входу операционного усилителя 1 начинают прикладываться следующие изменяющиеся напряжения:

повышающееся напряжение входного сигнала, прикладывающееся к неинвертирующему входу через резистивный делитель 3;

уменьшающееся напряжение опорного источника из-за закрывания транзистора 4,

Результирующее напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 уменьшается из-за того, что при закрывании транзистора 4 и проходе его рабочей точки через активную область происходит более быстрое уменьшение напряжения на его коллекторе, чем повышение напряжения входного сигнала, прикладываемое к неинвертирующему входу через резистивный делитель 3.

Более быстрое уменьшение напряжения на коллекторе транзистора 4 обусловлено тем, что на этом участке он работает как усилитель входного сигнала, выполненный по схеме каскада с общим эмиттером, и выходное усиленное напряжение, снимаемое с его коллекторной нагрузки, т.е. нижнего плеча резистивного делителя 1, прикл51

дывается к неинвертирующему входу 9перационпого усилителя.

При этом коллекторная нагрузка транзистора 4, представляющая собой нижнее плечо резистивного делителя 3, выбрана такой, что коэффициент усиления каскада с общим эмиттером на транзисторе 4 больше единицы. Это возможно потому, что входное сопротивление операционного усилителя высокое и делитель 3 также высокоом- ный.

Одновременно входной сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 1 через резис- тивный делитель 3, коэффициент передачи которого всегда меньше единицы. Таким образом, результирующее напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя на участке изменения входного сигнала от UB,, до U уменьшается, поскольку коэффициент передачи транзисторного каскада больше коэффициента передачи резистивного делителя.

При снижении напряжения на неинвертирующем входе ниже напряжения на инвертирующем входе компаратор срабатывает и его выходное напряжение становится равным нулю. Этому соответствует значение входного напряжения Unt (фиг. 2 и 3).

При повышении входного напряжения от Uп до U 6„2 происходит дальнейшее уменьшение напряжения на неинвертирующем входе. По мере закрывания транзистора 4 уменьшение напряжения на неинвертирующем входе прекращает75298

ся и в момент полного запирания транзистора 4 (этому соответствует UM3 , фиг. 2) напряжение на неинвертирующем входе определяется только резис- 5 тивным делителем 3 и его значение меньше, чем на инвертирующем входе.

При повышении входного напряжения напряжение на неинвертирующем входе повышается и при достижении значения, равного Un2 , фиг. 2, компаратор срабатывает второй раз и на его выходе устанавливается высокий уровень напряжения.

При дальнейшем повышении входного напряжения это устойчивое состояние компаратора не изменяется.

10

15

Формула изобретения

Двухпороговьш компаратор напряжения , содержащий первый операционный усилитель, инвертиоующий вход которого подключен через резистивный делитель опорного напряжения к источнику опорного напряжения, н«инвертируюший вход операционного усилителя через первый реэистивный делитель входного напряжения подключен к входным клеммам компаратора, о т л и ч а- ю щ и й- с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введен транзистор, эмиттером подключенный к источнику опорного напряжения, коллектором - к неинвертирующему входу операционного усилителя, при этом база через введенный второй резистивкый делитель входного напряжения подключена к входным клеммам компаратора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении анализаторов величины напряжения устройств электронного регулирования и управления. Цель изобретения расширение области. Введение в двухпороговый компаратор напряжения, содержащий операционный усилитель 1, резистивный делитель 2 опорного напряжения, первый и второй резистивные делители 3,6 входного напряжения, источник 5 опорного напряжения, транзистора 4 позволяет исключить взаимную зависимость величин порогов при регулировании. Транзистор 4 обеспечивает развязку между цепями настройки величин порогов. 3 ил.

Чи&ЧыЧм Фиг.2

wewS

ин8

Фиг.З

Vh