Амплитудный ограничитель Советский патент 1992 года по МПК H03K5/24 H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматике, вычислительной и контрольно-измерительной технике.

Изобретение решает задачу создания устройства, которое передает с единичным масштабным коэффициентом сигнал на выход, пока текущее значение сигнала не превысит заданного порогового значения, начиная с которого дальнейший уровень сигнала остается постоянным.

Известны ограничители с включением стабилитронов в цепь обратной связи операционного усилителя

Недостатками указанных ограничителей являются влияние паразитных емкостей стабилитронов, их токов утечки и температурного дрейфа, а также возможность формирования выходного сигнала лишь при больших входных напряжениях или большом коэффициенте усиления.

Наиболее близким к заявляемому является ограничитель, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого.подключен через резистор к выходной шине, транзистор, входную шину и источник опорного напряжения.

Недостатками этого ограничителя являются малый динамический диапазон входных сигналов и низкая чувствительность: при низком коэффициенте усиления (К 10) невозможно ограничение малых сигналов порядка единиц милливольт, так как для надежного открывания транзистора

СП Х|

4

необходим импульс с напряжением в единицы вольт Поэтому для малых сигналов.усиление должно составлять сотни единиц и более. С другой стороны, пр 1 огра- имении больших сигналов усиление не должно пре- вышать единиц-десятков. В противном случае операционный усилитель войдет в насыщение, и работа схемы нарушится. В этих условиях динамический диапазон известного устройства не может превышать не- скольких десятков единиц, а реальная чувствительность имеет значение сотен милливольт.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона входных сигналов и повышение чувствительности устройства.

Повышенная чувствительность и расширенный динамический диапазон предложенного устройства позволяют эффективно использовать его в измерительных многока- нальных системах сбора и обработки аналоговых данных, так как при этом не требуется дополнительное усиление сигналов. Этому способствует также то, что в отличие от известного объекта в предложенном принци- пиально не требуется балансировка нуля операционного усилителя, работающего в предложенном устройстве в режиме компаратора.

Поставленная цель достигается тем, что входная шина соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к базе транзистора, эмиттер которого соединен с источником опорного напряжения и неинвертирующим входом операционного усилителя, а коллектор - с выходной шиной.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что приведенная совокупность признаков обеспечивает воз- можность управления коэффициентом передачи делителя, верхним плечом которого является резистор R, а нижним (управляемым)-сопротивление коллектор- но-эмиттериого перехода транзистора. По- рог ограничения задается уроанем опорного напряжения U0rp, приложенного к неиивертирующему входу операционного усилителя, работающего в режиме компаратора. Выходной потенциал операцией- ного усилителя до момента превышения амплитуды входного сигнала уровня Uorp выбирается таким, чтобы транзистор, работающий в режиме ключа, был закрыт. В этом случае коэффициент передачи схемы равен

К

RK

R+RK

«1

при условии R « RK, где RK - сопротивление ключа в закрытом состоянии (транзистор в режиме отсечки).

Таким образом, сигнал передается на выход без ослаблени-я. Начиная с момента превышения амплитуды сигнала уровня Uorp, полярность выходного потенциала на выходе усилителя скачком меняется на обратную, что вызывает открывание ключа (транзистор в режиме насыщения) Ввиду очень малой величины сопротивления транзистора, находящегося в состоянии насыщения (единицы-десятки ом), коэффициент передачи К « 1, и напряжение на выходе схемы остается равным выбранному порогу ограничения вплоть до снижения амплитуды сигнала ниже уровня 1)0гр

Имеется много примеров применения транзистора в указанных режимах отсечки и насыщения для работы в качестве ключа Однако использование транзистора-ключа в соответствии с указанными конкретными соединениями элементов в схеме амплитудного ограничителя расширяет динамический диапазон входных сигналов не менее, чем в 102 раз, и повышает чувствительность до единиц милливольт.

На фиг, 1 представлена блок-схема амплитудного ограничителя; на фиг. 2 - временная диаграмма в узловых точках схемы.

Амплитудный ограничитель содержит операционный усилитель 1, транзистор 2, источник 3 опорного напряжения и резистор 4.

Работу ограничителя рассмотрим при случаях одиночных положительных импульсов произвольной формы, поступающих на его вход В соответствии с сущностью изобретения и для частного случая использования в схеме транзистора проводимости р-п р-типа полярность источника опорного напряжения должна быть положительной (фиг.2).

На фиг, 2 обозначено: UBx(t) - напряжение сигнала на входе; Ushiyft)- напряжение сигнала на выходе; Uy-управляющее напряжение на базе транзистора; Uorp величина опорного напряжения (порог ограничения); ti и t2 - моменты времени пересечения порога ограничения входным напряжением,

До момента времени tt транзистор находится в режиме отсечки, и сигнал передается на выход схемы практически без ослабления, При достижении сигналом уровня Uorp (момент времени ti) и до момента времени ta транзистор будет открыт отрицательным импульсом напряжения поступающим с выхода операционного усилителя, работающего в режиме компаратора

В этом случае коэффициент передачи схемы будет много меньше единицы, так как открытый транзистор, находящийся в насыщении, имеет сопротивление порядка единиц-десятков ом, и напряжение сигнала на выходе будет постоянным и поддерживаться на уровне Uorp Таким образом, сигнал будет ограничен по уровняю Uorp. Формула изобретения Амплитудный ограничитель, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен через

0

резистор к выходной шине, транзистор, входную шину и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона входных сигналов и повышения чувствительности, входная шина соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к базе транзистора, эмиттер которого соединен с источником опорного напряжения и неин- вертирующим входом операционного усилителя, а коллектор - с выходной шиной.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматике, аналоговой вычислительной технике, ядерной электронике, промышленности для допускового контроля, измерительной аппаратуре и др Ограничитель может передавать линейно с единичным масштабным коэффициентом сигнал на выход, пока текущее значение сигнала не превысит некоторое пороговое значение, после чего уровень сигнала остается постоянным. Особенностью ограничителя является использование в качестве ограничительного элемента транзистора, работающего в режиме ключа. Входом ограничителя служит инвертирующий вход операционного усилителя, на неинвертирующий вход которого подано опорное напряжение. Сигнал с входа через резистор подается на выход ограничителя с присоединенным параллельно ему транзистором, на базу которого подано управляющее напряжение с выхода операционного усилителя. 2 ил.