Компаратор с коррекцией смещения нуля Советский патент 1980 года по МПК G05B1/01 

(5.:

КОМПАРАТОР С КОРРЕКЦИЕЙ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ

1

Изобретение относится к области измерительной техники и электроники и может быть использовано в компараторах, аналого-цифровых преобразователях, где требуется высокая точность 5 сравнения напряжений.

Известны компараторы с периодической коррекцией смещения нуля, выполненные на операционных усилителях, с цепями коррекции смещения нуля (1(2,.0

Известные компараторы имеют недо- статочную точность.

Наиболее бликзим по технической сущности к предложенному является компаратор с коррекцией смещения нуля 15 содержащий дифференциальный усилитель, буферный усилитель, конденсатор и ключи 3.

Основные недостатки прототипа за- 20 ключаются в следующем. При появлении больших сигналов на входе компаратора входной каскад его выходит из линейного режима и конденсатор на входе перезаряжается. Кроме этого, конден- 25 сатор шунтирует один из входов компаратора, что приводит к- снижению коэффициента подавления синфазного сигнала. Все это ведет к потере точности сравнения напряжений. Поскольку ем- 30

кость запоминающего конденсатора не может быть выбрана слишком большой из-за указанных недостатков, то в компараторе отношение рабочего цикла к корректирующему невелико. При коррекции смещений необходимо отдельно выделять и компенсировать потенциальную и токовую составляющие, т.е. необходимы две различные схемл коррекции. С целью уменьшения влияния конденсатора на точность сравнения напряжений, включают схемы развязки между конденсатором и входом компаратрра. Но такие схемы не решают коренным образом задачу повышения точности сравнения, так как один из входов компаратора оказывается зашунтированным схемой коррекции, которая также оказывает влияние на точность сравнения еще и за счет снижения коэффициента синфазного подавления сигнала.

Цель изобретения - повышение точности сравнения напряжений.

Эта цель -достигается тем, что в компаратор с коррекцией смещения нуля, содержащий дифференциальный усилитель, входной каскад которого выполнен на полевых транзисторах, включенных по дифференциальной схеме с нагрузочными резисторами в цепи стоков полевых транзисторов, выход дифференциального усилителя соединен со входом буферного усилителя, ключ на полевом транзисторе, сигнальный вход кото| ого через ограничивающий резистор подключен к выходу буферного усилите ля выход через накопительный конден сатор соединен с шиной нулевого поте циала, а управляющий вход связан с шиной управляющих сигналов, и источник питания, введены резистор разбалайса, резисторный делитель напряже(ия, управляемой резистор на полевой транзисторе и согласующий каскад на полевом транзисторе, выход которого подключен к управляющему входу уп)авляемого резистора на полевом тр0.нзисторе, включенного между плюсорой шиной источника питания и сред ний выводом резисторного делителя на пряжения, подключенного параллельно на;грузочному резистору в цепи стока одного из полевых транзисторов входного каскада дифференциального усили теля, параллельно нагрузочному резистору в цепи стока другого полевого транзистора входного каскада которого включен резистор разбаланса, пр чем вход согласующего каскада на пол вом транзисторе соединен с выходом клЬча на полевом транзисторе. Схема предложенного компаратора приведена на чертеже. Компаратор содержит дифференциаль ный усилитель 1,входной каскад котор го выполнен на полевых транзисторах 2 и 3,в стоковые цепи которых включены нагрузочные резисторы 4 и 5.Параллельно нагрузочному резистору 4 включен резистор б разбаланса . Параллельно нагрузочному резистору 5 включен резисторный делитель напряжения на двух последовательно соединенных резисторах 7 и 8, между общим выводом, которых и шиной питания +Е подсоед нен управляемый резистор на полевом транзисторе 9 с изолированным затвором, затвор которого подсоединяется к стоку полевого транзистора 10 согл сующего каскада и через управляемый резистор 11 на шину питания +Е .Исток полевого транзистора 10 соединен через резистор 12 с шиной питания -Ej, а к затвору транзистора 10 подсоединен накопительный конденсатор 1 который через ключ на полевом транзи сторе 14 с изолированным затвором и ограничивающий резистор 15 подсоединяется к выходу буферного усилителя вход буферного усилителя 16 подключа ется к выходу дифференциального усил теля 1. Работает устройство следующим образом. Резистор 6 разбаланса параллельно с;токовой нагрузке на резисторе 4 транзистора 2 обеспечивает смещение нуля только одного знака Е ± в пр условии, что lEol / При этом резистор разбаланса выбирают такой величины, чтобы имелся запас jMl по смещению от температурных влияний,старения элементов компаратора. Если теперь параллельно резистору 5 нагрузки подсоединить какое-то сопротивление и менять его, то при каком-то его значении можно добиться нуля на выходе компаратора, скомпенсировав пол ностью напряжение смещения на его входе, так как транзисторы 2 и 3 представляют собой дифференциальный входной, каскад. Эту функцию выполняет управляемый резистор на полевом транзисторе 9 с изолированным затвором, при этом резисторы 7 и 8 служат для создания режима управляемого резистора, кроме того, резистор 7 предотвращает выход из строя компаратора при случайном пробое полевого транзистора 9 с изолированным затвором. В исходном состоянии с помощью резистора 11 выставляется напряжение смещения на выходе, близкое к нулю. В режиме коррекции, когда отсутствуют входные сигналы, на затвор полевого транзистора 14 с изолированным затвором поступает отрицательное напряжение UMhpi OTopoe открывает этот транзистор. В результате резистор 15 соединяется с конденсатором 13 и компаратор оказывается охваченным отрицательной обратной связью по следующей цепи: выход компаратора, буферный усилитель 16, резистор 15, конденсатор 13, согласующий каскад на полевом транзисторе 10, затвор полевого транзистора 9 с изолированным затвором управляемого резистора, резисторы 7 и 8 и сток транзистора 3. В этом случае напряжение смещения будет скомпенсировано с точностью г.м CiS--коэффициент усиления компаратора, -статический коэффициент усиления цепи обратной связи; - напряжение компаратора на входе, обусловленное дрерфами;Ci© - остаточное напряжение смещения компаратора, приведенное ко входу. Из выражения (1) видно, что принципиально можно скомпенсировать смещение с любой точностью путем выбора коэффициента К при неизменном К . В режиме коррекции резистор 15 и конденсатор 13 образуют демпфирующую цепочку, которая препятствует возбуждению компаратора на высоких частотах. Согласующий каскад на полевом транзисторе 10 привязывает напряжение управления управляемого резистора на полевом транзисторе с изолированным затвором к напряжению управления от