Пороговое устройство Советский патент 1992 года по МПК H03K5/24 

сл

с

Использование: импульсная техника, а именно регенеративные пороговые одно- вибраторы, предназначенные для работы в широком диапазоне температур окружающей среды. Сущность: пороговое устройство содержит операционный усилитель, первый резистор, первый конденсатор в цепи положительной обратной связи, второй резистор между выходом операционного усилителя и общей шиной, третий резистор, включенный параллельно первому диоду между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной. С целью увеличения стабильности порога срабатывания в широком диапазоне температур окружающей среды в режиме формирования коротких импульсов из синусоидального сигнала, введены терморезистор, восемь резисторов, второй и третий конденсаторы, второй, третий и четвертый диоды и источник стабильного напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к регенеративным пороговым одновибраторам. предназначенным для работы в широком диапазоне температур окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство (одновибратор), содержащее операционный усилитель (ОУ), выход которого через RC-цепочку положительной обратной связи (ПОС) соединен с неинвертирующим входом и, параллельно, через резистор, с общей шиной, а неинвертирующий вход соединен с общей шиной через другой резистор, параллельно которому включен диод.

Однако в этом устройстве уровень срабатывания существенно зависит от температуры окружающей среды.

Целью изобретения является уменьшение зависимости уровня срабатывания порогового устройства - регенеративного

формирователя коротких импульсов из синусоиды, выполненного на основе ОУ (или компаратора), от температуры окружающей среды при изменении ее в широких пределах.

Сущность изобретения заключается в моделировании зависимости уровня срабатывания одновибратора на основе ОУ от температуры и использовании полученной зависимости для коррекции уровня срабатывания в широком диапазоне температур среды.

Для решения этой задачи в пороговое устройство, содержащее операционный усилитель (ОУ), первый резистор и первый конденсатор в цепи положительной обратной связи (ПОС), второй и третий резисторы, первый диод, а также входную и выходную шины, дополнительно введены терморезистор, восемь резисторов, второй и третий конденсаторы, второй, третий и четвертый диоды и источник стабильного напряжения,

v| О Ю

ё

причем термореэистор одним выводом через четвертый резистор подключен к источнику стабильного напряжения, и другим выводам - к общей шине, параллельно терморезистору подключено последовательное соединение пятого и шестого переменного резисторов, а также катод второго и анод третьего диодов, причем анод второго диода через седьмой резистор подключен к источнику стабильного напряжения, а через восьмой резистор - к общей шине, катод третьего диода подключен через девятый резистор к источнику стабильного напряжения, а через десятый резистор - к общей шине, одиннадцатый резистор включен между движком шестого резистора и инвертирующие входом ОУ, к которому подключен один вывод второго конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу источника запускающего синусоидального сигнала, выход ОУ через третий конденсатор подключен к выходной шине, между выходной и общей шинами включены параллельно четвертый диод и двенадцатый резистор, а первые резистор и конденсатор цепи ПОС соединены последовательно.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 - зависимости порогового напряжения от температуры окружающей среды для прототипа (1) и предлагаемого порогового устройства (2) - сплошные линии для ОУ типа 140УД6, пунктир - для ОУ типа 140УД12; на фиг. 3 - сигналы на входе (А) и выходе ОУ и на выходной шине (8) устройства.

Пороговое устройство содержит операционный усилитель (ОУ) 1, первый резистор 2, второй и третий резисторы 3 и 4, первый конденсатор 5, первый диод 6, четвертый резистор 7, терморезистор 8, пятый и шестой резисторы 9. 10, второй и третий диоды 11, 12, седьмой, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый резисторы - соответственно 13, 14, 15, 16, 17, второй конденсатор 18, двенадцатый резистор 19, третий конденсатор 20, четвертый диод 21, источник стабильного напряжения 22. входную шину 23 и выходную шину 24.

Изображенные пунктиром на фиг. 1 резисторы могут быть включены для ограничения выходного тока ОУ и уменьшения коэффициента ПОС с целью устранения медленных колебаний на неинвертирующем входе, могущих привести к пропуску отдельных импульсов на грани срабатывания.

Назначение разделительного конденсатора 18 - исключить влияние возможного смещения постоянной составляющей на

уровень срабатывания порогового устройства.

Источником стабильного напряжения 22 может быть один из источников питания

ОУ (в данном случае - отрицательный) - если эти источники имеют высокую стабильность, или - стабилитрон (как показано на фиг, 1 пунктиром).

Необходимость в резисторе и диоде в

цепи входного сигнала, показанных на фиг. 1 пунктиром, может возникнуть при использовании в качестве источника входного сигнала предварительного масштабирующего усилителя на ОУ.

На фиг. 3 обозначено: Unop - порог срабатывания устройства: UA Вх - амплитуда входного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

В области средних температур Т, где

согласно фиг. 2 зависимость порогового напряжения операционного усилителя ОУ в схеме фиг. 1 от температуры среды имеет наибольший наклон, величина сопротивления терморезистора RT (Т) такова, что оба диода 11,12 заперты (что достигается соответствующим выбором сопротивлений резисторов 13-16), Наклон корректирующей зависимости Укор. (Т) определяется величив Т0 - т

ной RT ROT . е Ivf

где Т0 - 293°К (25°С), ROT - RT при Т - Т0 (технологический разброс величин ROT и В

для современных терморезисторов СТ4-16А не превосходит для ROT - ± 1%, для В - ± 5%, что облегчит регулировку), величиной суммы линеаризирующих сопротивлений 9, 10 и величиной доли напряжения, подаваемого на инвертирующий вход ОУ с резистора 10.

На фиг, 2 штрихпунктиром показана форма зависимости напряжения, снимаемого с терморезистора {с учетом влияния резисторов 9, 10) при высоких и низких температурах, где зависимость Unop. (Т) выражена очень слабо, что при отсутствии диодов 11, 12 приводит к резкой перекоррекции в областях высоких и низких

температур, что приводит к искажениям, лишь немного меньшим, чем без коррекции. В предлагаемом же устройстве при высоких температурах, где величина RT (Т) мала, отпирается диод 12, резистор 16 шунтирует

терморезистор, причем вследствие этого результирующая величина корректирующего напряжения почти не меняется с температурой. Аналогичным образом устройство работает в области низких температур, где

диод 12 заперт, но отпирается диод 11 и терморезистор шунтируется резистором 8,

В результате, с резистора 10 на инвертирующий вход подается напряжение смещения Укор (Т) (см. фиг. 2, без коррекции) и, вычитаясь из порогового напряжения ОУ Unop СП. компенсирует его, уменьшая нелинейность с ±(12-15)% (полный размах 25- 30%) до(2-3)% и менее (см. кривые фиг. 2 с коррекцией). При этом формируемые им- пульсы появляются на выходной шине сразу, уже при превышении амплитуды UA вх над порогом Unop порядка единиц мВ и менее. Указанное уменьшение нелинейности (в 5-6 раз) достигается без подбора сопро- тивлений указанных выше резисторов для ОУ разных типов (140УД6, 140УД12), а в случае подбора (регулировки) нелинейность может быть уменьшена еще в 2-3 раза.

Таким образом, предлагаемое устройст- во выгодно отличается от прототипа и (известных) аналогов тем, что позволяет в пять-шесть раз (а при индивидуальной настройке - и более) уменьшить температурную зависимость порога срабатывания в широком диапазоне температур (например, -50 .. +60°С).

Формула изобретения

Пороговое устройство, содержащее операционный усилитель, первый резистор, пераый конденсатор в цепи положительной обратной связи, второй резистор, включенный между выходом операционного усилителя и общей шиной, третий резистор, включенный параллельно первому диоду между неинвертиоующим входом операционного усилителя и общей шиной, входную

и выходную шины, отличающееся тем. что, с целью увеличения стабильности порога срабатывания в широком диапазоне температур окружающей среды в режиме формирования коротких импульсов из сину соидэльного сигнала, в него введены терморезистор, восемь резисторов, второй и третий конденсаторы, второй, третий и четвертый диоды и источник стабильного напряжения, причем терморезистор одним выводом через четвертый резистор подключен к источнику стабильного напряжения, а другим выводом - к общей шине, параллельно терморезистору подключены последовательно соединенные пятый и шестой переменные резисторы, а также катод второго и анод третьего диодов, причем анод второго диода через седьмой резистор подключен к источнику стабильного напряжения, а через восьмой резистор - к общей шине, катод третьего диода подключен через девятый резистор к источнику стабильного напряжения, а через десятый резистор - к общей шине, одиннадцатый резистор включен между движком шестого резистора и инвертирующим входом операционного усилителя, к которому подключен один из выводов второго конденсатора, другой вывод которого подключен к шине запускающего синусоидального сигнала, выход операционного усилителя через третий конденсатор подключен к выходной шине, между выходной и общей шинами включены параллельно четвертый диод и двенадцатый резистор, а первые резистор и конденсатор цепи положительной обратной связи соединены последовательно.

С норрехциеи

/40УД)

SPS коррекции

Ч111У

50 -40 -30 -20 -70 О W 20 30 W 50 60 Т( С)

Фиг. 2

Улор.(в) 0.5

-0.3

.

Фиг. 3