Устройство сравнения напряжений Советский патент 1974 года по МПК G05B1/01 H03K5/20 

1

Изобретение может быть использовано в автоматике, телемеханике, информационно-измерительной технике.

В настоящее время балансные диодно-регенеративные компараторы получили большое распространение благодаря ряду присущих им положительных качеств - простоте, возможности сравнивать однополярные напряжения, высокому входному сопротивлению до момента срабатывания компаратора. Однако наличие значительного нестабильного и неуправляемого по величине гистерезиса выходной характеристики, большое время восстановления и связанное с этим малое быстродействие, а также то обстоятельство, что выходной сигнал компаратора представляет собой последовательность импульсов или их отсутствие, не всегда делает известные компараторы приемлемыми. Кроме того, после срабатывания компаратора источник входного напряжения, подключенный к цепи положительной обратной связи компаратора, нагружается значительным импульсным током, что понижает входное сопротивление компаратора по данному входу после его срабатывания.

Цель изобретения - уменьшение времени восстановления компаратора и повышение его быстродействия. Для этого к выходным обмоткам трансформаторов блокинг-генераторов диодно-регенеративных компараторов подключены блокирующие транзисторные ключи, управляющие цепи которых подключены к выходам триггера, при этом клемма источника входного напряжения соединена с обмоткой

положительной обратной связи трансформатора блокинг-генератора первого диодно-регеператйвного компаратора и с обмоткой отрицательной обратной связи трансформатора блокинг-генератора второго диодно-регенеративного компаратора, а клемма источника опорного напряжения соединена с обмоткой отрицательной обратной связи трансформатора блокинг-генератора первого диодно-регенеративного компаратора и с обмоткой положительной обратной связи трансформатора блокинг-генератора второго диодно-регенеративного компаратора.

Устройство сравнения напряжений работает следующим образом.

Сравниваемые напрял ;ения Ui и L/z от клеммы источника входного напряжения 1 и от клеммы источника сравниваемого напряжения 2 подаются на входы двух диодно-регенеративных компараторов 3 и 4, выполненных

на блокинг-генераторах на транзисторах. Если | i| |f/2|, условия самовозбуждения выполняются для первого диодно-регенеративного компаратора 3 и не выполняются для второго диодно-регенеративного компаратора 4. Поэтому первый диодно-регенеративный компаратор 3 вырабатывает импульс, который с выходной обмотки 5 трансформатора блокинг-генератора первого диодно-регенеративного компаратора 3 через резистор связи 6 подается на первый вход триггера /, переключая его в такое положение, при котором напряжение вых., а LEHX.S имеет значительную величину. Напряжение 1Увых.2 управляющее работой первого блокирующего транзисторного ключа 8, вызывает его замыкание. При этом выходная обмотка о трансформатора блокинг-генератора первого диодно-регенеративного компаратора 3 оказывается закороченной замкнутым ключом, условия самовозбуждения компаратора больше не выполняются и генерация импульсов прекращается.

Ьлокирующий транзисторный ключ 8 при этом размыкается, раскорачивая выходную обмотку 9 трансформатора блокинг-генератора второго диодно-регенеративного компаратора 4 и подготавливает его к работе. Однако, поскольку 11/21 I 11 условия самовозбуждения второго диодно-регенеративного компаратора 4 не выполняются и компаратор не работает. Таким образом, после того, как первый компаратор выработал один импульс, оба компаратора йольше не работают, потому что первый заолокирован транзисторным ключом 8, а второй ввиду того, что не выполняются условия самовозбуждения. О том, что в данный момент можно судить по состоянию триггера 7, т. е. по величинам его выходных напряжений: вых. Свых.а имеет значительную величину.

В таком состоянии устройство находится до тех пор, пока . Как только величина U2 оказывается большей (/id (/21 | ), условия самовозбуждения второго диодно-регенеративного компаратора 4 выполняются, компаратор вырабатывает импульс, поступающий с выходной обмотки 9 трансформатора блокинг-генератора через резистор связи 10 на второй вход триггера 7 и вызывающий переключение триггера в исходное состояние, ьторой блокирующий транзисторный ключ 11 при этом замыкается, блокируя второй диодно-регенератпвный компаратор 4; блокирующий транзисторный ключ 8 размыкается, подготавливая первый диодно-регенеративный компаратор 3 к работе. Однако, поскольку 1 t/ii j tysl, срабатывания первого диоднорегенеративного компаратора 3 не происходит. О соотношении напряжений и (У в данный момент (|L2i |bi|) можно судить по состоянию триггера 7: /выхл имеет значительную величину, Ьвых.. В случае нового изменения знака неравенства срабатывает первый диодно-регенеративный компаратор 3, вызывая новое переключение триггера 7, после чего он вновь блокируется транзисторным ключом 8, а второй диодно-регенеративный компаратор 4 подготавливается к работе и т. д.

С целью уменьшения времени восстановления балансного диодно-регенеративного компаратора, длительность его выходного импульса неооходимо по возможности уменьшать в связи с тем, что при этом уменьшается напряжение, до которого дополнительно заряжаетей разделительный конденсатор балансного ДР1ч за время импульса. В то же время уменьшение длительности импульса требует, как правило, уменьшения индуктивности первичной обмотки трансформатора, что приводит к

уменьшению коэффициента усиления -усилителя, а следовательно, и к ухудшению такого важного для компаратора параметра, как чувствительность. В предлагаемой схеме оказывается возможным осуществить уменьшение длительности выходного импульса до минимально возможной величины без ухудшения чувствительности компаратора путем соответствующего выбора полярности импульсов на выходных обмотках трансформаторов блокинг-генераторов 5 и 9 диодно-регенеративных компараторов. В частности, целесообразно выбрать полярность выходных импульсов таким образом, чтобы они осуществляли бы отпирание соответствующих транзисторов триггера. В этом случае триггер 7 переключается сразу же после формирования переднего фронта импульса; в момент переключения триггера замыкается один из блокирующих транзисторных ключей 8 или

11, препятствуя дальнейшему формированию импульса. Следовательно, в предлагаемой схеме длительность выходного импульса практически не превышает длительности переднего фронта импульса обычного балансного ДРК,

причем это уменьшение длительности достигается не за счет уменьшения индуктивности первичной обмотки трансформатора ДРК.

В настоящем устройстве легко удается осуществить регулировку величины гистерезиса

выходной характеристики, а при необходимости и практически полностью гистерезис устранить.

Гистерезис выходной характеристики отдельно взятого балансного ДРК проявляется

в том, что срабатывание компаратора происходит при одном значении разности Ui - jt/al сравниваемых напряжений, а выключение - при другом, обычно меньшем значении (AL). Явление гистерезиса можно

объяснить тем, что условия срыва колебаний работающего (т. е. вырабатывающего нмпульсы) компаратора отличаются от условий самовозбуждения неработающей схемы. В предлагаемой схеме каждый из балансных ДРК в момент срабатывания вырабатывает только один импульс, после чего блокируется соответствующим ключом и далее на работу компаратора никакого влияния не оказывает. Поэтому уровень срабатывания всего

компаратора определяется уровнем срабатывания одного из ДРК, уровень отпускания его определяется уровнем срабатывания второго компаратора. Следовательно, уровень срабатывания и отпускания всего компаратора определяется только уровнями срабатывания ДРК