Компаратор Советский патент 1980 года по МПК H03K5/20 G05B1/01 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным приборам переменного и постоянного токов.

Известны миниатюрные компараторы, выполненные на однопереходном транзисторе, управляемых генераторах, операционных усилителях, полупроводниковых диодах и транзисторах. Эти компараторы обладают невысокими характеристиками, вследствие чего в измерительных приборах не применяются.

В измерительных приборах применяются компараторы, выполненные на транзисторах, полупроводниковых диодах и операционных ус1глителях, которые обладают миниатюрными размерами, высоким быстродействием и большим уровнем выходного сигнала 1.

Основными их недостатками являются: нелинейная передаточная характеристика, дрейф или нестабильность порога срабытывания и связанная с ним большая

(54) КОМПАРАТОР

погрешность срлинения сигналов постоянного и переК, токов, ггроникнове1ще входного сигнала переменного тока на выход и связанная с этим невозможность сравнения малых сигналов переменного тока.

Перечисленные недостатки ограничивают применение компараторов областью цифровой обработки сигналов переменного тока амплитудой 1 В и выше.

10

Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому является компаратор, содержащий вьшрямители, стабилизированный источникпитания переменного напряжения, усилители переменного тока и фильтр 2 .

Недостатки этого устройства - дрейф передаточной характеристики, равньШ. 2,2 мВ, пронигаювение переменного сигнала с входа на выход и связанное с

20 этим значительное смещение выходного нулевого уровня схемы, малое быстродействие из-за большого числа фильтров на выходе, и из-за большого выходiibro сопротивле1шя схемы, невоэможность сравнения сигналов малых уровней, например 1-2О мВ, а также невысокая линейность передаточной характеристшш диодов.. Цель предлагаемого изобретения - , расикфение функциональных возможностей устройства. Для достижения этой цели в компаратор, содержащий В1дарямители, стабнлизщюваккый источник перемытого напряжения, усилители иервмв1ш «го тока и фильтр, введены два регулируемых кг;точника стабилизированного опорного на1 ф1Шё1Е«М Шёт6янш го тока, соединённые с выходами выпрямителей соответственно другие выходы которых через усилители перетащенного тока соединены с входами вы ходного выпрямителя, выходы которого соедшены с фильтром, причем стабилизированный источник переменного напряжения соединен с входами выпрямителей другие входы которых соединены с фильтром, выпрямители могут быть выполнены каждый на двух транзисторах различного типа проводимости, коллекторные цепи которых через резисторы соединены со стабилизированным источником переменно го напр5гжения, а базовые цепи через резисторы соединены с входными клеммами На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - графики, поясняющие принцип действия управляемых выпрямителей. Компаратор сод житклеимы 1-10,регулируемые источники 11, 12 стабилизированного опорного напряжения постоянного тока, выходы которых подключены к первом и второму входам стробируа ых выпрямителей 13 и 14, выполненных на двух транзисторах различного типа проводимос каждый. На входы 3 и 4,5 и 8 выпрями телей подается переменное напряжение стробированйя от источника 15 стабильного переменного напряжения. Выходные сигналы выпрямителей снимаются с базовых цепей 9 и 1О и подаются на входы усилителей 16 и 17 переменного тока , выходы которых, в свою очередь, соединяются с блоком 18 выходных выпрямителей , а с его выхода поступают на фильтр 19. О&цая шина устройства клемма 2О. Вьшрямителн выполнены на транзисторах 21-24, резистсфах 25-30 конденсаторах 31-32. Предлага0 1ое устройство работает одедукяпим образом. На клемму б стробируемого выпрямителя 13 подается положительный сигнал т одного из источников входного сигнала постоянного тока, подлежащего сравнению с другим аналогичным U(,y , который подается на клемму 7 2-го стробируемого выпрямителя 14. Сигнал подается на базу транзистора 21 через езистор 25 и открьгоает этот резистор, смещая переход база-эмитт в прямом направлении, а транзистор 23 в это время запирается. Одновременно на эмиттеры транзисторов 21 и 22 подается напряжение смешения npCTosmного тока равное 0,7 В от источника 12 опорногч стабилизированного напр5гжешш, которое суммируется с сигналами Uftxi и коллекторы транзисторов 21 к 22 подается переменное напряжение стробированйя прямоугольной формы положительной полярности Hj/j , которое изменяется от до И. I, равное 10В. При И О ток базы транзистора 21, протекающий через резистор 25 от источников максимален и равен: Uвx оп S a SrtxxJR s -0,7 В; -сопротивление перехода базы эмиттер-транзистора 21; -сопротивление его эмиттера; сопротивление резистора 25. . (2) где 3:j - ток эмиттера dyj - ток коллектора транзистора 21. Таким образом, изменение напряжения коллектора транзистора 21 модул1фувт ток его базы, протекает делитель натфяжения, состоящий из и Rg Переменнаяг составл51юшая напряжения пропорциональная модулируемому току базы и равная М-бпадх ii снимается через разделительный конденсатор 31 и гюдается на вход усилителя переменного тока 16, где усиливается и поступает далее на блок 18 выходных выпрямителей. Одно еменно аналогичный сигнал пер0м шого тока, снимае ый с базы транзистора 22 2-го строб1фуемого выпрямителя 14 через разделительный конденсатор 32 подается на вход усилителя 17 переменного тока, где усиливается и поступает далее на блок 18 выходных вьшрямителей. Эти два сигнала, поступакшше на входы блока 18 выходных выпрямителей выпрямляются и вычитаются друг из друга так, что на выходе фильтра 19 получается разностный сигнал постоянного тока, пропорцио нальный разности ( и Ь1ьх,и Ов отЕсли же входньге сигналы рицательной полярности, тогда будут открыты транзисторы 23 и 24 ,а заперты транзисторы 21 и 22. Запертые транзисторы другого типа проводимости всегда работают как компенсаторы статической и динамической нестабильности, компен сируя температурный дрейф и динамические выбросы на высоких частотах. Когда необходимо сравнивать разнополярные сигналы Ue.j.H Ug,y 21 сигналы перетленного тока с постоянным или переменного с переменньпл, тогда работаю все четыре транзистора одновременно. На коллекторы транзисторов 23 и 24 подается переменный прямоугольный сиг нал, изменяющийся от О до , от источюпса стабилизированного перемен го напряжения 15, причем амплитуды tU равны по абсолютной велнчи не. На эмиттерах транзисторов 23 и 2 подается стабилизированный сигнал постоянного тока, равный L + 0,7 В от источника 11 стабилизированногоопорно го постоянного напряжения. Изменением величин опорных напряжений Ц. и Uo и величин tU|Q и-Ццэ регулируется порог срабатывания, т.е. порог преобразования базового тока или чувствительность ком паратора. Чувствительность может регулироваться от нескольких десятков .мкВ до нескольких сотен млВ.. На фиг. 2а изофажёна входная харак теристика транзистора 2 , ее гр ическая зависимость от стробируемого переменного напряеАния U,o и от темпе ратуры. Из этой характеристики видно, что Да5 ) не зависит от температуры; на фиг. 26 показана зависимость ЛчЗ t- Ц на фиг. 2в зависимость 10-икэо)(): Последние две характеристики построе ны из характеристик фиг. 2а. Они линейны Предлагаемый компаратор позволяет сравнивать постоянное напряжение с переменным и переменное с племенным. В первом случае постоянное напряжение подается на клемму 6, а переменное на клеммы 5 и 8, клемма 7 соединяется с ойией шиной 2О. Во втором случае ащн переменный сигнал подается на клемму 5, а второй на клемму Qy клеммы 6 и 7 соединяются с ойдей щиной. Транзисторы 21-24 стробируемых выпрямителей 13 и 14 могут работать в инверсном включении, т.е. когда их эмиттеры и коллекторы меняются местами. В этом случае коэффициент преобразования постоянного в переменное уменьшается от 0,8 до 0,5, а стабильность возрастает. Поскольку почти во всех приборах выходные сигналы компараторов всегда преобразовываются в постоянное напряжение, то это напряжение можно подводить в качестве отрицательной обратной связи на эмиттеры к базы (стробируемых управляемых) выпрямителей, можно также вводить отрицательную обратную связь по постоянному, переменному напряжению и баланс. Это позволяет исключить дрейф преобразования. При этом в предлагаемом компараторе отсутствует дрейфу обусловленный нестабильностью источника переменного напряжения Предлагаемый компаратор позволяет сравнивать переменные к постоянные напряжения малых уровней пор:ядка О,1 мВ и меньше, при этом разрешающая способность его определяется стабильностью опорного напряжения (Qf , что в схеме известного устройства это получить невозможно, так как диодные выпрямители обладают порогом, равным О,20,7 В и дрейфом 2,2 мВ/С, который в известных схемах полностью компенсировать невозможно; применить его в качестве датчика разбаланса при стабилизации амплитуды колебаний генераторов или для стабилизации выходного напряжения источников питания, работающих на динамическую нагрузку; сравнивать постоянное напряжение с переменным, постоянное с постоягшым и п еменное с племенным в широкой полосе частот с высоким быстродействием; преобразовьтать постоянное напряжение, т.е. работать в качестве модулятора переменного и постоянного тока. В последя&л случае он обладает регулируемой пороговой разрешающей способностью (чувствительностью) , благодаря чему отсутствует проникновение п ретленнопо , сигнала на выход. Компарат ф позво- ляет также применять его в качестве Нуль-детектора или датчике перехода переменного сигнала череа нулевое значите, выпрямителя или ограничителя с управляемой или регу1Цфуемой амплитудой, а также в качестве схемы АРУ. Преимущества предлагаемого компаратора позволяют применять его во многих высокостабильных малогабаритных приборах для получения стабильны и точньщ.намерений постоянных и пё-ремевных напряжений, а также и для стабилизации переменных напряжений в теп аторах. Формула и 3 о б р е т е н и я 1. Компаратор, содержащий вьтрямители, стабилиз1фованный источник пере менного напряжения, усилители переменного тока и фильтр, о т л и .4 а ю щ и с я тем, что, с целью расиофения функ циональных возможностей, в него введе ,регулируемых источника стабилизи-рованного опорного напряжения постоя ного тока, соединенные с выходами вы51прямителей соответственно, другие выходы которых через усилители перемсттого тока соединены с входами выходного выпрямителя, выходы которого соединены с фильтром, причем стабилизированный источник переменного напряжения соединен с входами выгфямителей, другие входы которых соединены с фильтром. 2. Компаратор по п. 1, о т л и чающийся тем, что вьптрямители выношены каждый на двух транзисторах различного типа проводимости, коллекторные цепи которых через резисторы соединены со стабилизированным источНИКОМ переменного напряжения, а базовые цепи через резисторы соединены с выходными ipieMMaMH,. Источники информации, принятые во внимание при эксперттае 1. Патент США № 3733498 кл. 307-297, 1973.; 2. Патент ФРГ № 244685О, кл. Q 01 R 19/10, 1976 (прототип).

i fcij feggat Bb r.Tmaac.ALa

J

&ил

в w /28

фие.2 в