Следящий многоустойчивый компаратор напряжений Советский патент 1979 года по МПК H03K5/20 G05B1/01 

1

Изобретение относится к области .импульсной техники, следящий многоустойчивый компаратор может быть использован для построения быстродействующих следящих аналого-цифровых преобразователей, а также в устройствах автоматического контроля, регулирования ив некоторых радиоизмерительных приборах в качестве амплитудного анализатора следящего типа

Быстродействие следящих аналогоцифровых преобразователей значительно повышается при поразрядном принципе отслеживания, осуществляемого в несинхронизированных параллельнопоследовательных преобразователях. Однако построение таких преобразователей затрудняется отсутствием дос7-аточно простых, но вместе с тем стабильных и чувствительных компараторов напряжения с потенциальным выходов и непрерывным режимом сравнения входного напряжения с заданным упорным уровнем.

Известны компараторы, содержащие резистивный делитель, регулируемый источник постоянного напряжения,, входное устройство, напржмер транс2

форматор,П идентичных пороговых элементов, причем входы пороговых элементов подключены к входному устройству через последовательные звенья резисторного делителя, подключенного к регулируемому источнику простоянного напряжения l Компаратор |. не позволяет решить указанную техническую задачу.

Известны компараторы, содержащие И дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие, объединенные, - с источником преобразуемого напряжения 2.

Б

Это устройство имеет недостаточную надежность, в нем возможны неопределенные состояния, сбои.

Целью изобретения является повышение надежности.

С указанной целью в устройство, содержащее h дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений,

5 а другие, объединенные - с источником преобразуемого напряжения, в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи сравнивающих ,транзисторов дифференциальных

(1 каскадов, выходные транзисторные ключи, дополнительные транзисторы,р зисторы, источник смещающего напряже ния, причем коллекторы сравнивающих транзисторов каждого дифференциальн го каскада,подключенных к источника опорных напряжений, и сравнивающих транзисторов, подключенных .к источ никам преобразуемого напряжения со седних с ним дифференциальньох каскадов с большим опорным напряжением попарно объединены и через общие резисторы подключены к шине источника питания, коллекторывыходных транзисторных ключей, базы которых соединены с резисторами, а эмиттеры объединены и подключены к :источник смещающего напряжения, через резисторы соединены с базами дополнительных транзисторов, коллекторы которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных клю чей, а эмиттеры - с токозадающими резисторами генераторов тока соседних дифференциальных каскадов с мен шим опорным напряжением. На фиг.1 представлена принципиал ная схема устройства; на фиг.2 диаграммы, поясняющие его работу. . Устройство содержит И дифференциальных каскадов на сравн вающих транзисторах 2 и 3, один из которых подключен к источнику 4 опо ного, напряжения, а другой - к источ нику 5 преобразуемого напряжения, генератор 6 тока, выходной транзисторный ключ 7, дополнительный тран зистор 8, резисторы 9-12, источник 13 смещающего напряжения. Устройство работает следующим образом. Генераторы токов вырабатывают стабильные и одинаковые по величине постоянные токи Ор, величина которы определяется напряжением смещения Е.ДД и величиной сопротивления токозадающих резисторов 12. Ток 3f в зависимости от разности действующих на входах дифференциального кас када преобразуемого напряжения U х и опорного напряжения U распределяется между транзисторами 2 и 3 . Допустим, что разница между со„седними опорными напряжениями не меньше напряжения переключения дифференциальных каскадов Un t т.е. минимальной разности Ux-U, вызывающей полное переключение каскада, при котором один из его сравнивающих транзисторов закрыт, а через другой протекает практически весь ток генератора 3. Напряжение Up не превышает обычно 250-300 мВ. На фиг.2 представлены зависимости входньп4 напряжений выходных тран зисторных ключей ик 5(л и коллекто ных токов сравнивающих транзисторов L , i (и) от величины преобразуемого напряжения UxЕсли напряжения U то разность входных напряжений всех дифференциальных каскадов больше Up, и они работают в режиме переключателей ток а. Коллекторные токи транзисторов , 2 максимальны ij, i,j ± ,j . . .j второй индекс обозначает номер каскада) . Протекая через общие резисторы 9, коллекторные токи создают падения напряжений на них - к„-ЗгRк tEcм. п 3 где RK - сопротивление резистора 9. Напряжения. U(;/ приложенные к базам выходных транзисторных ключей 7, меньше (по абсолютному значению) напряжения они все закрыты. На всех выходах компаратора находятся нули. Пусть напряжение U повышается. Когда DX начнет приближаться к значению и , то токи 1 и 12 первого каскада начинают.перераспределяться. С током Jf протекающим через R1 , суммируют нарастающий ток i2 напряжение (DX)также растет (фиг.2,а) Как только оно превысит ЕСЛА i выходной транзисторный ключ начинает приоткрываться. Его коллекторный ток вызывает отпирание дополнительного транзистора 8, который, в свою очередь, способствует еще большему отпиранию выходного транзисторного ключа. Развивается регенеративный процесс, ускоряющий переключение выходного транзисторного ключа, компаратор переходит в новое устойчивое состояние, а на вых появляется Ч. Это состояние не изменяется до тех пор, пока и i и $ U2. Скачок напряжения Оц при УХ - j (фиг.2,а). обусловлен действием регенеративной обратной связи. Затем его величина ограничивается на уровне . i несмотря на дальнейшее увеличение i,) . Приближение U к уровню и вызывает перераспределение коллекторных токов и 22 транзисторов 2 и 3 второго каскада (фиг. 2,6). Ток начинает нарастать, вызывая рост ., 2г к/Мк2В момент равенства Uj Ug напряжение приоткрывае ся выходной транзисторный ключ второго каскада. Регенеративная связь, транзисторный ключ первого каскада, отключается, хотя за счет своей регенеративной связи (дополнительного тока) он мог бы при удерживаться в еще открытом состоянии. Отключение вызвано тем, что отпирание дополнительного транзистора, управляемого вторым каскадом, вызывает запирание его генератора 6 тока, образующего с дополнительным транзистором балансную (сравнивающую) пару. Ток 2 i г исчезает, напряжение

,

Выходной транзисторный ключ первого каскада запирается, и на первом выходе компаратора вновь появляется О, Компаратор переходит в третьеустойчивое состояние, когда находится на его втором выходе.

На фиг.2,в показано перераспреде ление токов 1, i2а третьего каскада и переключение компаратора в четвертое устойчивое состояние, когда появляетсч на его третьем выходе. Это состояние сохраняется до тех пор, пока . Отключение второго каскада вызывает и запирание управляемого им дополнительного транзистора, подключенного к токозадающему резистору генератора тока первого дифферегциального каскада. Ток 12 вновь скачком достигает максимума 7 р (фиг. 2,а) . Однако это не вызывает отпирания выходного транзисторного ключа первого каскада, так как Сщ достигает всегох2/3

Аналогичным образом происходит срабатывание и остальных каскадов, т.е. переключение компаратора в другие устойчивые состояния. На фиг.2,г показано срабатывание П-го каскада когда преобразуемое (измеряемое) напряжение превышает его опорное значение U, . Если напряжение и, начинает уменьшаться, то отключение каскадов (П-каскада, фиг.2,г) происходит левее точки их срабатывания. За счет регенеративной обратной связи через резистор RK вход выходного .транзисторного ключа протекает дополнительный ток Зр, который необходимо скомпенсировать уменьшением тока

12(Д12п-Лр.

После этого начинает уменьшаться напряже ние UK относительно что вызывает подзапирание выходного тран зисторного ключа. Дополнительный транзистор 8 также начинает запираться.

Вновь развивается регенеративный процесс, вызывающий полное запирание обоих транзисторов. Генератор тока соседнего каскада с меньшим опорным напряжением отпирается и вызывает срабатывание выходного транзисторного ключа (исчезает Ч на п-ом . Выходе и появляется на (п-1)-ом выходе компаратора). Величина напряжения гистерезиса U.p зависит от сопротивления резисторов 10 и 11 регенеративной связи что накладывает .определенные условия на их выбор.

Если .напряжение U, скачком изменить, то сработает лишь только тот i-ый каскад, для которого U. . Лишь для него выполнится условие включения выходного транзисторного ключа: U| EC/WI только на i-OM выходе компаратора появится . При произвольном изменении напряжения U. вслед за ним перемещается и , появляясь только на том выходе ког-таратора, для которого

преобразуемое напряжение Uy, превышает в данный момент соответствующее ему опорное напряжение, но остается меньше соседнего большего опорного напряжения. Таким образом,

компаратор непрерывно отслеживает входное (преобразуемое) напряжение.

Формула изобретения

Следящий многоустойчивый компаратор напряжений, содержащий п дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие,; объединенные, - с источником преобразуемого напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи

сравнивающих транзисторов дифференциальных каскадов, выходные транзисторные ключи, дополнительные транзисторы, резисторы, источник смещающего напряжения, причем коллекторы сравнивающих транзисторов каждого дифференциального каскада, подключенных к источникам опорных напряжений, и сравнивающих транзисторов, подключенных к источникам преобразуемого напряжения соседних с ним дифференциальных каскадов с большим опорным напряжением, попарно объединены и через общие резисторы подключены к. шине источника питания, коллекторы выходных транзисторных ключей, базы

которух соединены с резисторами, а эмиттеры объединены и подключены к источнику смещающего напряжения, через резисторы соединены с базами дополнительных транзисторов, коллекторы которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры - с токозадающими резисторами генераторов тока соседних дифференциальных каскадов с меньшим опорным напряжением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство

№ 372666,кл. Н 03 К 5/153, 24.03.71.

2.Касперович А.И., Шалыгинов Ю.Й. Быстродействующие многопороговое

устройство сравнения. Автометрия|, Щ 3,1973. Г--Л