УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ Советский патент 1968 года по МПК G01R17/00 

Областью применения изобретения является автоматические цифровые измерительные приборы, аналого-цифровые преобразователи и специализированные вычислительные устройства.

Одним из основных элементов аналого-цифровых преобразователей и цифровых электроизмерительных приборов является устройство сравнения двух напряжений.

Известен диодно-регенеративный компаратор, обладающий высокой чувствительностью (порядка долей милливольт), простотой выполнения и достаточно высокой стабильностью параметров.

К недостаткам известных компараторов можно отнести малое входное сопротивление в режиме генерации, а также наличие гистерезиса порога срабатывания, т.е. отличие величины разностного напряжения, при котором происходит переход компаратора из заторможенного состояния в режим автогенерации (при заданном опорном напряжении) от величины разностного напряжения, при котором в тех же условиях происходит переход из режима автогенерации в заторможенное состояние. Кроме того, такой диодно-регенеративный компаратор является устройством сравнения с импульсным выходом, что не всегда является желательным.

С целью устранения указанных недостатков предлагается устройство сравнения с потенциальным выходом, состоящее из двух диодно-регенеративных компараторов, входы которых соединены параллельно и таким образом, что при превышении измеряемого напряжения над опорным образуется положительная обратная связь для одного компаратора, а при превышении опорного напряжения над измеряемым - положительная обратная связь для другого компаратора. В устройстве одни входы компараторов соединены со входом устройства сравнения, другие входы - с источником опорного напряжения.

При этом для получения триггерного режима работы коллектор транзистора первого компаратора через нелинейный элемент, например диод, соединен с базой транзистора второго компаратора, а коллектор транзистора второго компаратора соединен через такую же цепь с базой первого.

Увеличение входного сопротивления такой схемы происходит за счет того, что блокинг-процесс в ней происходит только один раз при переходе устройства сравнения из одного состояния в другое, причем он происходит при максимально возможном сопротивлении сравнивающего диода.

Поскольку порог срабатывания диодно-регенеративного компаратора можно в некоторых пределах регулировать, а переход предлагаемого устройства сравнения из одного состояния в другое осуществляется путем срабатывания разных диодно-регенеративных компараторов гистерезис его порога срабатывания может быть сведен до минимальной величины, определяемой только временной и температурной нестабильностью сравнивающих диодов и коэффициентов усиления транзисторов блокинг-генераторов.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства сравнения.

Устройство состоит из транзисторов 1 и 2, которые совместно с трансформаторами 3 и 4, конденсаторами, резисторами и диодами образуют две схемы балансных диодно-регенеративных компараторов. Резисторы 5 и 6 служат для ограничения коллекторного тока через открытые транзисторы в устойчивых состояниях. Нелинейные элементы 7 и 8, например диоды, служат для задания требуемого тока в базы открытых транзисторов, а также для разрыва цепи между коллектором открытого транзистора и базой закрытого для того, чтобы рабочая точка закрытого транзистора определялась только базовым делителем из резисторов.

Когда диоды применяются в качестве нелинейных элементов и при этом используются транзисторы типа р-n-р, они должны подключаться катодами к коллекторам транзисторов, а анодами - к их базам.

Разрыв цепи происходит вследствие того, что разность потенциалов между коллектором открытого транзистора и базой закрытого становится весьма малой. При этом сопротивление нелинейного элемента резко возрастает до такой величины, при которой его проводимостью практически можно пренебречь.

Устройство сравнения работает следующим образом.

Предположим, что абсолютное значение измеряемого напряжения U_х больше абсолютного значения опорного напряжения U_оп.. В этом случае, при включении источников питания начинается блокинг-процесс в компараторе на транзисторе 1, после окончания которого транзистор 1 переходит в насыщенное состояние и остается в нем, поскольку через нелинейный элемент 8 в его базу будет подаваться удерживающий ток с коллектора закрытого транзистора 2.

Следовательно, при U_x>U_оп. устройство сравнения будет находиться в таком состоянии, при котором на коллекторе транзистора 1' будет поддерживаться низкий отрицательный потенциал относительно земли, а на коллекторе транзистора 2 - высокий.

Если изменяется напряжение U_x и выполняется условие (U_х)<.(U_оп.), начинается блокинг-процесс в компараторе на транзисторе 2. После окончания блокинг-процесса, транзистор 2 переходит в насыщенное состояние. При этом разрывается цепь, поддерживающая в насыщенном состоянии транзистор 1, благодаря чему он возвращается в закрытое состояние. Подобное устройство будет работать устойчиво, если длительность нахождения триггера в насыщенном состоянии под влиянием блокинг-процесса будет достаточна для того, чтобы напряжение на коллекторе второго транзистора поднялось до такой величины, при которой в базу открытого транзистора будет подаваться ток, достаточный для удержания его в насыщенном состоянии. Таким образом, при (U_x)<(U_оп.) устройство сравнения переходит в такое состояние, при котором на, коллекторе транзистора 1 будет поддерживаться высокий отрицательный потенциал, а на коллекторе транзистора 2 - низкий.

Для увеличения быстродействия предлагаемого устройства сравнения напряжений целесообразно параллельно с нелинейными элементами подключать конденсаторы 9 и 10. Когда устройство сравнения оказывается в другом состоянии, к базе транзистора, который переходит в закрытое состояние, прилагается положительный относительно земли потенциал обкладки соответствующего конденсатора. При разряде конденсатора форсируется рассасывание носителей зарядов в транзисторе, что ведет к значительно более быстрому его закрыванию и, следовательно, к резкому увеличению быстродействия устройства сравнения.

Устройство сравнения напряжений, содержащее диодно-регенеративные компараторы, отличающееся тем, что, с целью уменьшения гистерезиса порога срабатывания и получения потенциального выходного сигнала, одни входы компараторов соединены со входом устройства сравнения, другие входы - с источником опорного напряжения, а коллектор транзистора каждого компаратора соединен через нелинейный элемент, например диод, с базой транзистора другого компаратора.