Пороговое устройство Советский патент 1980 года по МПК H03K5/22 G05B1/01 

1

Пороговое устройство предназначено для использования в радиотехнических приборах, в частности в магнитометрах .

Известны пороговые устройства, используемые в радиотехнических приборах для сравнения-входных сигнгшов с заданной пороговой величиной 1. Особенностью этих пороговых устройств являются использование дифференциального усилителя с генератором тока и формирование петли гистерезиса на его базе. При формировании фронтов в момент прохождения синусоидального сигнала через ось абсциссы времени, т.е. через нулевое значение, ширина петли гистерезиса приобретает отрицательное значение, так как входит в определение фазового угла отклонения фронта на выходе устройства от точной координаты прохождения сигнала через абсциссу времени {нулевое значение), что приводит к понижению точности.

Известно пороговое устройство, содержащее первый дифференциальный усилитель на транзисторах с резисторами в цепях коллекторов и с генератором тока на транзисторе, подключенный по цепям питания между положительной

н отрицательной шинами питания, а по базовым цепям - через резисторы к земляной шине питания, при этом в первую базовую цепь и резистор подключен источник входного сигнала, второй дифференциальный усилитель, на транзисторах противоположного типа по сравнению с транзисторами первого дифференциального усилителя

10 с резисторами в цепях коллекторов,, при зтом коллектор первого транзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе первого транзистора второго дифференциального

15 усилителя, коллектор второго транзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе второго транзистора второго дифференциального усилителя, резистор в цепи ко.плек20 тора первого транзистора которого подключен к земляной шине, генератор тока на транзисторе, подк.пюченный по цепи питания к отрицательной шине, а коллектор транзистора которого 15 к резистору в цепи коллектора первого транзистора второго дифференциального усилителя, транзистор, эмиттер которого подключен к земляной шине, коллектор - к выходу устройства, а

30 база подключена через диод в обратном направлении к земляной шине и через резистор к выходу операционного усилителя, объятого по неинвергирующему входу обратной положительной связью, а инвертирующий вход подключен к резистору в цепи коллектора первого транзистора второго дифференциального усилителя, резистор Ь цепи коллектора второго транзистора которого подключен также к земляной шине, эмиттер транзисторов второго дифференциального усилителя подклю чен через резистор к положительной шине. Часто, с целью уменьшения фазовой ошибки, представляющей собой разность между фазовым углом нулевой отметки входного сигнала на оси времени и фазовым углом фронта вы- хоцнот о напряжения, т.е. .раса),в5«одное синусоидальное напряжение ограничивают по амплитуде а крутизну Фронта усиливают. В результате получается прямоугольный меандр, который подается на вход известного порогового устройства. До подачи входного сигнала напряжение на резисторе в цепи коллектора первого транзистора второго дифференциального усилителя равно нулю. После подачи входного сигнала на вход устройства напряжение на этом резисторе увеличивается, и по достижению уровня 0,7 В включается обрат ная положительная связь операционного усилителя и через транзистор начинает протекать ток 21 . К недостаткам известного порогово го устройства следует отнести недостаточную чувствительность и пониженную точность. Недостаточная чувствительность объясняется тем, что возможности вто рого дифференциального усилителя не используются полностью, так как . сигнал с него снимается только с резистора в цепи коллектора первого транзистора, второй резистор в .цепи коллектора второго транзистора просто не используется. Пониженная точность определяется тем, что, даже при подаче идеального фронта на вход 5 стройства, существуе задержка распространения сигнала аяА-васп эта задержка определяется дифференциальным усилителем, поскольку при входном сигнале, равно нулю, ток через первый транзистор второго дифференциального усилителя равен При подаче сигнала этот ток. принимает значение 21д/ что соответствует заряду в базе При смене знака напряжения на входе устройства требуется время на расса сывание заряда, накопленного в базе сигнал ботс тствиЕ сигнс ла о поскольку в этомслучае ток. через этот транзистор не протекает. Задерж ка распространения определяется самим операционным усилителем, так как даже использование операционного усилителя 544УД2 позволяет получить задержку /100 наносекунд. Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности. Поставленная цель достигается тем, что пороговое устройство, содержащее первый дифференциальный усилитель на Транзисторах с резисторами в цепях коллекторов и с генератором тока на транзисторе, подключенный по цепям питания между положительной и отрицательной шинами питания, а по базовым цепям - через резисторы к земляной шине питания, в первую базовую цепь и резистор подключен источник входного сигнгша, второй дифференциальный усилитель на транзисторах противоположного типа проводимости с резисторами в цепях коллекторов, коллектор первого транзистора первого дифференциального уйилителя подключен к базе первого транзистора второго дифференцигшьного усилителя, коллектор второго транзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе второго транзистора второго дифференциального усилителя, резистор в цепи коллектора первого транзистора которого подключен к земляной шине, генератор тока на транзисторе, подключенный по. цепи питания к отрицательной шине, коллектор транзистора которого - к резистору в цепи коллектора первого транзистора второго дифференциального усилителя, транзистор, эмиттер которого подключен к земляной шине, введены два дополнительных генератора тока, каждый на транзисторе, дополните.пьный резистор и четыре двухвходовых логических элемента И-НЕ, при этом первый дополнительный генератор тока на транзисторе подключен между точкой подключения эмиттеров транзисторов второго дифференциального усилителя и положительной шиной питания, а база его транзистора подключена к выводу дополнительного резистора, другой вывод которого подключен к положительной шине пита-, ния, и к коллектору транзистора другого дополнительного генератора тока на транзисторе,, резистор в цепи коллектора второго транзистора второго дифференциального усилителя подключен к отрицательной шине питания, а коллектор этого транзистора - . к базе транзистора генератора тока на транзисторе, база транзистора подключена к коллектору первого транзистора второго дифференциального усилителя, ко.плектор транзистора подключен к двум входам логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к двум входам второго логического элемента И-НЕ н ко входу третьего

логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к входу четвертого логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к другому входу третьего логического элемента И-НЕ, выход второго логического элемента И-НЕ подключен к другому входу четвертого логического элемента И-НЕ а его выход подключен к выходу устройства.

Устранены диод, подключенный ране к ба.эе транзистора, резистор, подклю ченный между базой транзистора и вы1ХОДОМ операционного усилителя, объятого обратной положительной связью по неинвертирующему входу и сам операционный усилитель вместе с элементс1ми обратной положительной связи

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемо го устройства; на фиг. 2 - осцилло- грамма сигналов:а) синусоидального входного сигнала, б) ограниченного с усилением фронтов входного сигнала, в) выходного сигнала; на фиг. 3- задержка распространения.

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1 на транзисторах 2 и 3 с резисторами 4 и 5 в цепях коллекторов и с генератором 6 тока на транзисторе 7, подключенный по цепям питания между положительной 8 и отрицательной 9 шинами питания, а по базовым цепям - через резисторы 10 и 11 к земляной шине 12 питания, при этом в первую базовую цепь через резистор 10 подключен источник 13 входного сигнала} второй дифференциальный усилитель 14 на транзистора 16 и 15 противоположного типа по сравнению с транзисторами 2 и 3 с резисторами 17 и 18 в цепях коллекторов, при этом коллектор транзистора 2 подключен к базе транзистора

15,коллектор транзистора 3 - к базе транзистора 16, резистор 17 - к шине 12, генератор 19 тока на транзисторе

20 по цепи питания - к шине 9, а коллектор транзистора 20 - к резистору 17, транзистор 21, эмиттер которого подключен к шине 12, дополнительные генераторы 22 и 23 тока на транзисторах 24 и 25, дополнительный резистор 26 и двухвходовые логические элементы. И-НЕ 27-30, при этом генератор 22 подключен между точкой подключения эмиттеров транзисторов

16,15 и шиной 8, а база его транзистора 24 - к выводу резистора 26, другой вывод которого подключен к; шине 8, а к коллектору транзистора

25 генератора 23, резистор- 18 подключен к шине 9, а коллектор транзистора 16 - к базе транзистора 20, база транзистора 21 подключена к коллектору транзистора 15,-коллектор транзистора 21 - к двум входам элемента 27, выход которого подключен к двум входам элемента 28

и к входу элемента 29, выход которого подключен к входу элемента 30, выход которого подключен к другому входу элемента 29, выход элемента 28 подключен к другому входу элемента 30, выход которого подключен к выходу устройства, при этом базы транзисторов 7 и 25 подключены к выходу источника 31 эталонного напряжения, подключенного по цепям питания между шинами 12 и 9.

До подачи на вход устройства входного сигнала токи коллекторов транзисторов 2, 3, 15 и 16 равны ЛрЛ, где JQ - ток генераторов 6, 22, 3. Ток reiiepaTopa 19 равен 7оД , в итоге напряжение - на резисторе 17 равно нулю. После подачи входного сигнала на вход устройства ток транзистора 15 может достичь величины j , что приведет к появлению на резисторе 17 напряжения 0,7 В, которое откроет транзистор 21 и на выходе устройства появится сигнал нормированной величины. Элементы 27-30 дополнительно уменьшат фронты выходного сигнала.

Увеличение чувствительности предлагаемого устройства достигается использованием сигналов с резисторов 17 и 18, чего нет в устройстве-прототипе, где используется только один резистор 17. Это достигается за счет подключения генератора 19 к резистоРУ 18.

Таким образом, получено увеличени чувствительности в 2 раза.

Использование генератора 22 позволило ограничить ток транзистора 15 в открытом состоянии до JQ , вместо 2Jjj в прототипе.

Таким образом, задержка распространения сигнала в усилителе 14 сократились в 2Jg/J( раза.

Исключение операционного усилителя, и включение элементов 27-30 позволило сократить фронты выходного сигнала CQ 100 наносекунд до 20 10 наносекунд.

Таким образом, получено уменьшение задержки распространения не менее чем в 2 раза. Поскольку точность устройства определяется задержкой распространения, то, получено увеличение точности не менее чем в 2 раза.

Формула изобретения

Пороговое устройство, содержащее первый дифференциальный усилитель на транзисторах с резисторами в цепях коллекторов и с генератором тока на транзисторе, подключенный по цепям питания между положительной и отрицательной шинами питания, а по базовым цепям - через резистор к земляной шине питания, в первую базовую цепь и резистор подключен

источник входного сигнала, второй дифференциальный усилитель на транзисторах противоположного типа проводимости с резисторами в цепях коллекторов, коллектор первого транзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе первого транзистора второго дифференциального усилителя, коллектор второго транзистора первого дифференциальног усилителя подключен к базе второго транзистора второго дифференциальног усилителя, резистор в цепи коллектора первого транзистора которого подключен к земляной шине, генератор тока на транзисторе, подключенный по цепи пихания к отрицательной шине, коллектор транзистора которого к резистору в цепи коллектора первого транзистора второго дифференциального усилителя, транзистор, эмиттер которого подключен к земляной шине, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности, в него введены два допблнительных генератор тока, каждый на транзисторе, дополнительный резистор и четыре двухвходовых логических элемента И-НЕ, при этом первый дополнительный генератор тока на транзисторе подключен между точкой подключения эмиттеров транзисторов второго дифференциального усилителя и положительной шиной питания, а база его транзистора под/

ключена к выводу дополнительного резистора, другой вывод которого подключен к положительной шине питания, и к коллектору транзистора другого дополнительного генератора тока ,. на транзисторе, резистор в цепи коллектора второго транзистора второго дифференциального усилителя подключен к отрицательной шине питания, а коллектор этого транзистора - к базе транзистора генератора тока на транзисторе, база транзистора подключена к коллектору первого транзистора второго дифференциального усилителя, коллектор транзистора подключен к двум входам логического 5 элемента И-НЕ, выход которого подключен к двум входам второго логического элемента И-НЕ и ко входу третьего логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к входу четвер- того логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к другому входу третьего логического элемента И-НЕ, выход второго логического элемента И-НЕ подключен к другому входу четвертого логического элемента И-НЕ, а его выход - к выходу устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3675045, кл. Н 03 К 5/20, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 546097, кл. Н 03 К 5/20, 11.05.75 (прототип).

I1

Г-an

Фиг.2

Л/л