ДЕТЕКТОР ПРИРАЩЕНИЙ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/12 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может применяться в экстремальных мостах, аналого-цифровых преобразователях и других устройствах, где необходимо определить знак Н величину приращения измеряемого сигнала.

Известные детекторы приращений основаны обычно на свойстве дифференцирующей цепочки менять полярность выходного напряжения в момент перемены знака приращения. Смену полярности приращения отмечают чувствительным сравнивающим устройством, подключенным к выходу дифференцирующей цепочки. Такие детекторы обладают рядом недостатков. Так, для получения удовлетворительного дифференцирования постоянная времени цепочки должна быть малой. При этом мало выходное напряжение, что вынуждает применять сравнивающие устройства высокой чувствительности. Кроме того, дифференцирующая цепочка пропускает высокочастотные и импульсные помехи со значительно меньщим ослаблением, чем входной сигнал. Эти помехи могут вызвать срабатывание сравнивающего устройства в том случае, когда входное напряжение далеко от экстремума.

Для квантования определяемого приращения по уровню при увеличении быстродействия, улучшении помехозащищенности и упрощении схемы в предложенном детекторе, выполненном на диодном экстремуме и релаксаторе на лавинном транзисторе, входной сигнал подан одновременно на диод детектора экстремума и через резистор-на базу транзистора релаксатора, накопительный конденсатор диодного детектора экстремума включен в эмиттерную цепь транзистора релаксатора, а дозирующий уровень квантования конденсатор подключен к коллектору, причем другая его обкладка соединена с разрядным резистором и вы.ходной клеммой детектора.

На фиг. 1 изображена с.хема детектора приращений; на фиг. 2-4 - временные диаграммы работы с.чемы; на фиг. 5 - вольт-амперная характеристика лавинного транзистора.

На фиг. 5 приняты следующие обозначения: сплошной участок кривой / соответствует вольт-амперной характеристике лавинного транзистора в запертом состоянии (совпадает с вольт-амперной характеристикой коллекторного перехода), пунктирный участок кривой / соответствует вольт-амперной характеристике лавинного транзистора в случае его отпирания путем увеличения тока лавинного пробоя коллекторного перехода; кривая // - вольт-амперная характеристика лавинного транзистора в случае его отпирания подачей тока В:цепь базы. Детектор работает следующим образом; Напряжение питания f/n в схеме фиг. 1 выбрано большим, чем напряжения лавинного пробоя коллекторного перехода. При этом через транзистор / протекает начальный ток, вызванный пробоем коллекторного перехода. Резистор .. ограничивает этот ток так, что. с одной стороны рассеиваемая на транзисторе мощность не нревышает допустимой, а с другой стороны этот ток недостаточен для самоотпирания лавинного транзистора. При этом рабочая точка а находится в положении, указанном на фиг. 5. Это положение устойчиво, так как в точке а дифференциальное сопротивление транзистора положительно. Накопительный Конденсатор 3 при этом заряжен до исходного напряжения f)o на входе, а дозирующий уровень квантования конденсатор 4заряжен до напряжения, равного сумме f/o с напряжением .(7т лавинного пробоя коллекторного перехода. При уменьшении входного напряжения (поскольку схема рассчитана на отрицательное напряжение, то это соответствует полол ительному приращению, см. фиг. 2) конденсатор 3 начнет разряжаться через диод 5, следя за изменением входного напряжения. Разрядный ток конденсатора 3 создает на диоде 5 падение напряжения, приложенное плюсом к базе. Это напряжение запирает дополнительно лавинный транзистор 1, в результате чего рабочая точка а остается в стабильном положении. Так продолжается до тех пор, пока входное напряжение не достигнет экстремума в момент ti. В этот момент конденсатор 3 заряжается до экстремального значения. Пройдя экстремальную точку, входное напряжение начинает возрастать. При этом диод 5запирается, и напряжение между эмиттером и базой транзистора / становится отпирающей полярности. Вольт-амперная характеристика транзистора принимает вид, показанный на фиг. 5 (кривая //), а рабочая точка попадает на нестабильный участок отрицательного сопротивления в точку б. Развивается, как и в обычном релаксаторе, регенеративный процесс быстрого разряда, дозирующего уровень квантования конденсатора 4 через малое сопротивление лавинного транзистора 1 в состоянии пробоя. Дозирующий конденсатор 4 передает при этом конденсатору 3 порцию заряда, равную: (бвкл -UOCT), где t/вкл и f/ocT - соответственно напряжение включения и остаточное напряжение лавинного транзистора, показанные на фиг. 5. Воспринятый накопительным конденсатором 6заряд Q создает на нем приращение нанряжения в виде ступеньки с амплитудой, равной: момент становится более отрицательным, чем напряжение .на базе. Рабочая точка а вновь попадает в положение, показанное на фиг. 5, и конденсатор 4 восстанавливает свой заряд, заряжаясь через зарядный резистор 2. Однако входное отрицательное напряжение продолжает расти, и в какой-то момент потенциал базы становится более отрицательным, чем потенциал эмиттера. Рабочая точка вновь попадает па участок отрицательного сопротивления на кривой //, и конденсатор 4 снова разряжается. На накопительном копдепсаторе 3 формируется вторая ступеп1 ка напряжения AU. Таким образом схема работает па протя жении всей стадии роста входного отрицательного напряжения, т. е. на стадии отрицательного ириращепия. Первый импульс, возникший на разрядном резисторе 6, соответствует момепту перехода входным напряжением через экстремальное значение. Каждый последующий имиульс генерируется в тот момент, когда входное напряжение получает приращепие АС/ соп51. Таким образом схема осуществляет квантование входного напряжения по уровпю. Когда входное напряжеппе, изменяясь, достигает второго экстремума и начинает падать, диод 5 отпирается и конденсатор 3 начинает разряжаться, т. е. процесс повторяется. Для получепия высокой чувствительности необходимо выбрать рабочую точку так, чтобы транзистор / был на границе самоотпирания. С этой целью введен резистор 7. Проходящий через него ток лавинпого пробоя коллекторного перехода создает падение напрял екия, приложенного минусом к базе. В результате этого напряжение па базе Ua всегда более отрицательно, чем входное напряжение f/вх (см. фиг. 2). При выполнении указанного условия образование первого импульса происходит в момент, когда входное напряжение отличается от экстремального всего на несколько единиц или десятков (в зависимости от критичности настройки) милливольт. Настройка производится изменением либо сопротивления резистора 2, либо изменением сопротивления резистора 7, либо регулировкой напряжения питания. При входном напряжении порядка единиц вольт эта настройка некритична. Максимальная величина входного напряжения в данной схеме ограничена несколькими вольтами. При больших напряжениях крутизна изменеппя .становится настолько большой, что лавинный транзистор полностью отпирается, и напряжение на коллекторе выходит в область нормального режи.ма, что приводит к исчезновению регенеративного процесса. Основным достоинством схемы является возможность квантования определяемого приращепия. При этом число импульсов на выходе является показателем полного размаха вход