ОЮЗНАЙ 5:^^«'^ • •- ^' ' - ~••;..;:я.;гх:а:"[еЕ1ДЙ Советский патент 1971 года по МПК G05B1/01 

Изобретение может быть использовано в цифровых вычислительно-управляющих машинах и различных контрольно-измерительных устройствах. Во многих контрольно-измерительных операциях находит применение метод сравнения измеряемой величины постоянного напряжения с эталонным напряжением. В качестве устройства сравнения при этом используют различные схемы на основе усилителя постоянного или переменного тока с входным модулятором и выходным демодулятором. Все эти схемы имеют порог чувствительности, ограниченный собственными шумами усилителя, и содержат большое количество элементов, что снижает надежность устройства. Цель изобретения-повышение надежности и чувствительности устройства при входном сопротивлении, измеряемом сотнями мегом. Предлагаемое устройство сравнения имеет высокую надежность за счет малого количества входяших в его схему элементов, высокую чувствительность (измеряемую десятками микровольт) за счет параметрического усиления и высокое входное сопротивление за счет сравнения измеряемых напряжений на кремниевых диодах (используется зависимость барьерной емкости диодов от сравниваемых напряжений). Принцип действия предлагаемого устройства сравнения поясняется чертежом. Устройство сравнения состоит из задающего емкостного параметрона 1, манипулированного низкочастотным сигналом емкостного приемного параметрона 2, элемента 3 связи между параметроналш, логической схемы фазоразличителя 4 и схемы 5 питания. Задающий параметрон / включает резисторы 6-S, конденсаторы 9-//, индуктивности 12, 13, диоды 14-19. Приемный параметрон 2 состоит из индуктивностей 20, 21, диодов 22-25, конденсатора 26. В параметронах 1, 2 диоды 15, 16, 17, 18, 24, 25 используются в качестве нелинейных емкостей (варакторные диоды). Логическая схема фазоразличителя 4 состоит из резисторов 27-29, конденсатора 30, транзисторов 31, 32. Схема питания содержит резисторы 33, конденсатор 34, и стабилитрон 55. Элемент 3 связи представлен резистором. Задающий и приемный параметроны построены на балансной схеме с резонансными цепями накачки. Принцип действия параметронов мол-:но пояснить на примере приемного параметропа 2, так как работа задающего параметропа / идентична приемному. Приемный параметрон 2 представить в виде двух последовательных и одного параллельного контуров. Один последовательный контур образован индуктпБНОстью 21 и барьерной емкостью варакторного диода 25, другой-индуктивностью 20 и барьерной емкостью варакторного диода 24; нараллельный контур образовак последовательно включенными индуктивиостями 20 и 21; емкостью согласующей связи-конденсатором 26 и последовательно включенными емкостями варакторных диодов 24, 25. Емкость диодов 22, 23 выбирается минимальной. В точку А ириемного параметрона 2 иодается напряжение накачки f/i с постоянным сме цен11ем, образованным с помощью стабилитрона 35. Последовательные контуры иараметрона настроены на частоту / напряжения накачки LJ. Параллельный контур параметрона с помощью конденсатора 26 настроен на частоту //2. При такой настройке в параллельном контуре параметрона возникают параметрические колебания с частотой //2 и нараметрон потребляет минимальную энергию от генератора накачки. Амплитуда возбужденных параметрических колебаний в основном ограничивается напряжением обратного смещения па диодах 24, 25, образованного с помощью стабилитрона 35. Фаза установившихся параметрических колебаний жестко связана с фазой колебаний генератора накачки и иметь только одно из двух значений: или (или несколько отличаться от этих значений в зависимости от настройки параллельного контура иараметрона но отнощению к частоте параметрических колебаний //2). Если параметрону 2 навязать извне колебания с частотой f/2 и фазой ф -0° или ф-180°, до возбуждения параметрических колебаний, то после возбуждения нараметрических колебаний их фаза примет фазу навязанных колебаний. Это свойство фазовой избирательности использовано в предлагаемом устройстве сравнения. Чувствительность параметрона к синхронному сигналу частоты f/2 очень высока и в основном определяется внутренними шумами параметрона и добротностью его параллельного контура. Манипуляция возбуждения и срыва параметрических колебаний в приемном параметроне 2 осуществляется низкочастотным сигналом с помощью диодов 22, 23. Для отрицательной полуволны синусоидального напряжения t/M диоды 22, 23 открыты и следовательно параллельный коитур параметрона 2 закорочен. Для положительной полуволны УМ диоды 22, 23 занерты и в параметроне 2 возбуждаются параметрические колебания. При этом фаза их совпадает с фазой навязанного колебания от параметрона 1 через элемент 3 связи. В отличие от приемного параметрона 2, задающий параметрон 1 имеет два встречно включенных варакторных диода 17, 18, барьерная емкость которых выполняет роль согланараметроне 2) и нодстроечный конденсатор 9. Параметрические колеба 1ия с частотой //2 не подвергаются манипуляции и присутствуют постоянно. С помощью высокоомного резистора (или дросселя, что более желательно для высокой термостабильности устройства сравнения) на диоды 17, 18 подается напряжение обратного смещения. Предлагаемое устройство сравнения работает при низких уровнях сравниваемых напряжений (до 1 0), иоэтому с целью ограничения входных нанряжений в схему задающего пара.метрона 1 включены диоды 14, 19 и резисторы 6, 7. Конденсаторы 10, 11 включены для блокировки диодов 14, 19 но неременно.му току. при исиользовании предлагаемого устройства в качестве нуль-органа с одним входом входное напряжение может иметь уровень любой величииы. При отсутствии входных нанряжений f/i, f/s иапряжепие параметрических колебаний с частотой //2 скомиенсировано в точке «Б (равно нулю) задающего иараметрона / отпосительио корпуса. При наличии входного наиряжения на одном из входов или входных напряжений на обоих входах, но на равных но уровню, барьерные емкости диодов 17, 18 (функционально зависимые от входных наиряже}1ий) также неравны, в результате чего в точке Б возникает нанряжение частоты f/2. Это ианряжение разбаланса через элемент 3 связи подается на контур параметрона 2. Вольт-фарадные характеристики диодов 17, 18 должны быть идентичны. При иснользовании устройства в качестве нуль-органа с одним входом эти характеристики могут значительно отличаться, нри этом разброс по емкостям выбирается с иомощью подключения к диоду 17 или 18 нодстроечного конденсатора 9. Для устранения наразитной связи по цепи питания параметроны 1, 2 симметрируются относительно корпуса, т. е. в точке «А цеп ч питания должно отсутствовать напряжение частоты 112. Температурная стабильность иорога чувствительности устройства зависит от идентичности характеристик варакторных диодов /7 и /5, /5 и 16, 24 и 25. С целью обеспечения высокой идентичности характеристик указанных диодов вместо двух встречно включенных варакторов 17 и 18, 15 и 16, 24 и 25 включаются полевые транзисторы, при этом используются барьерные емкости переходов затворсток и затвор-исток. Например, в параметроне 2 вместо диодов 24, 25 включается нолевой транзистор, у которого затвор подключается к точке А, а сток и исток - к соответствующим индуктивностям 20, 21. Поскольку для параметрона 2 оптимальной является фаза входного сигнала, близкая к Ф 0 или ф-180°, то для компенсации фазового сдвига, обусловленного емкостями диоконтуры параметронов / и 2 настраиваются на частоту, несколько отличную от частот;, //2. Добротность нараллельного контура нараметрона / выбирается низкой с целью уменьшения фазового сдвига при изменении емкостей диодов 17 и 18. Добротность параллельного контура параметрона 2 должна быть высокой, так как от этого зависит чувствительность устройства.

С целью иовышения помехоустойчивости и чувствительности устройства в качестве согласующей емкости нараметрона 2 включается пьезоэлектрический резонатор, эквивалентная емкость которого на частоте //2 равняется емкости конденсатора 26.

Съем информации о состоянии фаз с параметронов / и 2 осуществляется с помощью логический схемы фазоразличителя 4. Фазоразличитель представляет собой элемент совпадения, собранный по каскадной схеме. Для уменьшения паразитной связи между параметронами У и 2 в фазоразличителе 4 использованы полевые транзисторы, что позволило включить высокоомные сопротивления 27, 28 с целью уменьшения емкостной связи между параметронами через переходы транзисторов затвор-сток-исток-затвор.

В случае неравенства сравниваемых напряжений на выходе фазового различителя 4 воз писают видиоимпульсы (с частотой f/ji) (в цифровых устройствах это частота квантования напряжения), заполненные сигналом параметрических колебаний с частотой //2. Такая форма иредставления результата сравнения очень удобна для преобразователей напряжение-код.

Предмет изобретения

1.Устройство сравнения напряжений постоянного тока, содержащее модулятор, фазочувстБительный усилитель и фазоразлпчитель, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности, чувствительности и входного сопротивления в нем балансный модулятор и фазочувствительный усилитель выполнены на двух емкостных параметронах с резонансными цеиями накачки, в одном из которых (задающем) в качестве согласующей емкости включены два встречно соединенных варакторных диода, общая точка которых соединена через резистор с контуром второго (приемпого) параметрона.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения термостабильности, схема фазоразличителя выполнена на двух включенных последовательно полевых транзисторах.