КОМПАРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКОЙ Советский патент 1971 года по МПК G05B1/01 

1,

Изобретение может быть использовано в цифровых электроизмерительных приборах и аналого-цифровых преобразователях.

Недостатком известных компараторов на туннельном диоде (ТД) является нестабильность порога срабатывания и отличие порога срабатывания от нуля.

Целью изобретения является устранение ошибки, вызванной нестабильностью порога срабатывания и его отличия от нуля, путем автоматической настройки на нулевой уровень срабатывания.

Для достижения этой цели в компаратор введены интегрирующая и дифференцирующие цепи и инвентирующий усил-итель. Катод ТД подключен к входу инвертирующего усилителя и через интегрирующую цепь к его выходу, а через диоды и дифференцирующие цепи к выходам триггера Шмидта.

На фиг. 1 приведена схема компаратора; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Компаратор состоит из ключей / и 2, ограничителя 3, ТД 4, дифференцирующего усилителя 5, триггера Шмидта 6, двух дифференцирующих цепочек 7 с диодами 8, интегрирующей цепочки 9 и усилителя 10. Вход компаратора подключен к источнику // сигнала, которым может служить, например, схема вычитания опорного напряжения из измеряемого. Величина резистора 12 равна сопротивлению

цепи из включенных параллельно внутреннего сопротивления источника // и входного сопротивления триггера Шмидта 6.

Формирование выходного импульса осуществляется ТД и дифференцирующим усилителем в момент, когда ТД переключается из низковольтного состояния в высоковольтное. Ограничитель 13 служит для защиты ТД от перенапряжений и деградации.

В момент переключения ток через ТД, складывающийся из тока смещения и тока сигнала, равен пиковому. Поэтому, если ток смещения выбрать равным пиковому, переключение ТД происходит в моменты, когда сигнал при уменьщении проходит через нуль.

Однако температурные и временные изменения величины пикового тока, напрял ения питания, сопротивления в цепи смещения ТД, сопротивления цепей, щунтирующих ТД, делают порог переключения ТД нестабильным.

Отличием предлагаемого компаратора является автоматическое поддержание тока смещения ТД, равным пиковому току в данных условиях. Как было показано, в этом случае моменты переключения ТД совпадают с моментами перехода сигнала через нуль.

Триггер Шмидта управляет работой схемы коррекции. К стабильности порогов срабатывания триггера ие предъявляется жестких требований. Необходимо только, чтобы один из порогов был больше нуля, другой - меньше нуля, а их абсолютная величина - меньше амплитуды сигнала на входе.

Цредполагается, что напряжение t/i (см. фиг. 2) имеет синусоидальную форму. В момент ; 0 ключ / находится в верхнем положении, ключ 2 замкнут. Допустим, что в начальный момент ток смещения ТД меньше, пикового. Тогда переключение ТД произойдет в момент ti позже перехода f/i через нуль.

В момент tz, когда напряжение U достигает величины нижнего порога срабатывания f/i триггера Шмидта 6, происходит переключение триггера, вследствие чего ключ / отключает ТД от источника Ни подключает его к резистору 12.

Время с момента 2 до момента 4 используется для коррекции тока смещения.

В момент tz импульс .напрялсения с одного из выходов триггера через соответствующие дифференцирующую цепочку и диод возвращает ТД в низковольтное состояние. Так как по предположению, ток смещения ТД меньше пикового, после окончания действия импульса возврата t/g ТД оказывается в низковольтном состоянии, транзистор усилителя 10 заперт и емкость интегрирующей цепочки 9 заряжается от источника питания - Е. Заряд емкости приводит к увеличению тока смещения ТД. Если ток смещения достигнет пикового тока, произойдет переключение ТД, однако импульс с выхода усилителя 5 не попадет в нагрузку, так как ключ 2 разомкнут.

В момент tz напряжение Ui достигает величины ве рхнего порога цра-батывания триггера Шмидта 6, и ключ 1 присоединяет ТД к источнику 11. Одновременно импульс возврата ставит ТД в низковольтное состояние, после чего ТД остается в пем, поскольку в это время ток сигнала вычитается из тока смещения. После момента з ДО моменета t конденсатор интегрирующей цепочки всегда заряжается.

Если окажется, что ток смещения превышает пиковый, переключение ТД произойдет в момент 4 несколько раньше момента перехода напряжения f/i через нуль. Тогда с момента is после отключения источника сигнала и окончания действия импульса возврата ТД будет находится в высоковольтном состоянии, что соответствует низкому напряжению на выходе

усилителя 10, вследствие чего конденсатор интегрирующей цепи разряжается и ток смещения уменьшается. После момента t ТД возвращается в низковольтное состояние, что соответствует заряду конденсатора.

Таким образом, если ток смешения меньше пикового, в течение примерно полупериода (tz 4, ts U) сигнала конденсатор интегрируюшей цепочки заряжается, тем самым увеличивая ток смещения; если же ток смещения больше Пиковэго - в течение этого времени конденсатор разряжается, уменьшая ток смешения.

В течение второго полупериода ts сигнала

конденсатор интегрируюшей цепи всегда заряжается. Величины сопротивлений в цепях смещения и заряда конденсатора выбираются таким образом, что, если заряд происходит только в течение рабочих полупериодов з 5,-

ток смещения меньше пикового. Если же заряд происходит и в течение полупериодов tz ts, 3 6 коррекции, и в течение рабочих полупериодов - ток смещения больше пикового. Регулирование величины тока смещения производится путем изменения соотношения числа зарядных и разрядных полупериодов коррекции. В установившемся ток смещения ТД колеблется в окрестности пикового тока, а выходной импульс - в окрестности момента перехода напряжения bl через нуль. Амплитуда этих колебаний зависит от постоянной времени интегрирующей цепи т и может быть сделана как угодно малой нутем увеличения т. При система регулирования тока смещения

будет астатической, т. е. ток смещения будет равен пиковому. Практически достаточно иметь

, где Г - период напряжения сигнала.

Предмет изо бретения Компаратор с автоматической настройкой на нулевой уровень срабатывания, содержащий цепь сравнения из последовательно соединенных туннельного диода, дифференцирующего усилителя и управляемых с выхода триггера Шмидта ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены интегрирующая и дифференцирующие цепи

инвертирующий усилитель, причем катод туннельного диода подключен к входу инвертирующего усилителя и через интегрирующую цепь к его выходу, а через диоды и дифференцирующие цепи к выходам триггера Шмидта.

иг

iiii

.

V,

k N К N

Va „