Пороговое устройство Советский патент 1980 года по МПК H03K5/08 H03K5/153 

1

Изобретение относится к импульсной технике и монет быть использовано в системах автоматического контроля.

Известны транзисторные пороговые устройства, в которых порог переключения задается внутренними параметрами схемы 1.

Общий недостаток этих устройств низкая термостабильность.

Известно пороговое устройство, содержащее.операционный усилитель с цепью знакопеременной обратной связи, включенной с выхода усилителя на его инвертирующий вход,и резистор в цепи входного управляющегонапряжения 2 .

Недостатком этого устройства является сложность и низкая тертстабильность.

Цель изобретения - упрощение и повышение термостабильности порогового устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в пороговом устройстве, содержащем операционный усилитель с цепью знакопеременной обратной связи, включенной с выхода усилителя на его инвертирующий вход, и. резистор в цепи входного управляющего напряжения, в цепь обратной связи .включена лямбда-структура, а упомянутый резистор подключен к инвертирующему входу усилителя.

сущность изобретения заключается в использовании лямбда-структуры для формирования сигнала обратной связи операционного усилителя.

fO

На 4epTg 5e представлена схема предлагаемого устройства.

Пороговое устройство содержит операционный усилитель 1, охваченный

45 знакопеременной обратной связью, и резистор 2 в цепи входного управляющего напряжения, одним концом подключенный к источнику входного управляющего напряжения, а вторьдй20 к инвертируюи ему входу операционного усилителя 1. Цепь знакопеременной обратной связи содержит лямбда-диод собранный на ИЬлевых транзисторах 3 и 4, и подключена одним концом к

25 выходу операционного усилителя 1, а другим - к инвертирующему входу.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на операционный усилитель подается питание.

Upx« 0. Поскольку входной ток

V- bv/T. (i)

равен нулю, то ток в цепи обратной связи, определяекый вольт-амперной характеристикой лямбда-диода, равен нулю. Здесь R 0х величина резистора 2. Напряжение на выходе операционного усилителя 1 равно нулю.

При увеличении входного напряжения входной ток порогового устройства растет г вызывая рост тока в цепи обратной связи. В пределах О чос- Jjftcinc WOKC максимальный ток лямбда-диода, поддерживается соотношение

V

где ос т:ок в цепи обратной связи Объясняется это тем, что на указанном участке своей вольт-амперной ; характеристики лямбда-диод имеет положительное дифференциальное сопротивление и обратная сёязь,эквивалентна отрицательной обратной связи В этом режиме напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 1 близко к нулю. Напряжение на .выходе операционного усилителя 1 также близко к нулю и определяется выражением

. ( где R диф - дифференциальное сопротивлениелямбда-диода на участке . вольт-амперной характеристики

- макс

При постепенном увеличении вход,ного напряжения наступает такой момент, когда

. (.пор. )

При этом достаточно малейшего увеличения входного тока для нарушения равенства (2), так как ток в цепи обратной связи не может быть

больше 3 максПри увеличении входного напряжения свыше Ццх пор нарушается баланс токов и на инвертирующем входе операционного усилителя 1 появляется напряжение б 0ц . На выходе, соответственно, появляется напряжение

,(1

Vw.r-.

где Кц - коэффициент усиления ра«зомкнутого усилителя.

Теперь к лямбда-диоду приложено напряжение

u..cu;

где и Пик напряжение максимума тока лямбда-диода.

Ток в цепи обратной связи еще уменьшается, вызывая незначительное увеличение напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя 1 и значительное увеличение его выходного напряжения. Иными словами, развивается лавинообразный процесс изменения выходного напряжения операционного усилителя 1 от нуля до максимальной величины. Обратная , связь в этом режиме эквивалентна положительной обратной связи.

По окончании переходного процесса лямбда-диод находится в состоянии отсечки, и TOJK, проходящий через него (а значит, в цепи обратной связи), равен нулю.

-ч При уменьшении И вх обратное переключение лямбда-диода происходит при

(8)

где и отс - напряжение отсечки лямбда-диода.

Как видно из в ражений (1), (3), (5), в качестве управляющей входной величины используется напряжение вх Р постоянном значении; R g или меняющаяся величина R g Р неизменном значении Upx- Для последнего случая выражение (5) имеет вид

(}

BI-WP- Змаух Термостабильность устройства зависит от величины температурных изменений ) ддо1,(ч и сопротивления резистора 2. Полная компенсация температурных изменений порога срабатывания устройства достигается при

где ОС - температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора 2;/Ы/ 1/град; 5 2 температурный коэффициент

изменения , ;/ у| . 1/град;

- диапазон изменения температуры.

Q Поскольку для всех лямбда-приборов О, резистор 2 подбирается такого типа, чтобы выполнялось (хотя бы приближенно) равенство (10), при этом обеспечивается высокая термостабильность устройства в заданном диапазоне температур (номенклатура типов выпускаемых резисторов о беспеч 1вает такой подбор) .

Как видно из вьалесказанного, термостабильность устройства определяется термостабильностью напряжения включения положительной обратной связи.В известном устройстве стабилизация этого напряжения невозможна из-за нестабильности напряжения 5 диодов. В предлагаемом устройстве

стабилизация напряжения включения положительной обратной связи достиггается правильным.выбором типа резистора 2. Термостабильность предлагаемого устройства в 5-6 раз выше, чем у известного.

Кроме того, за счет существенного упрощения цепи знакопеременной обратной связи устройство упрощается вдвое (по количеству элементов), а вес и габариты его уменьшаются в несколько раз.

При использовании лямбда-транзистора устройство обретает возможность регулирования порога срабатывания. Подавая на управляющий электрод лямбда-транзистора опорное напряжение, можно в широких пределах изменять максимальный ток () лямбда-транзистора, а следовательно, и порог срабатывания устройства.

Формула изобретения

Пороговое устройство, содержащее ойерационный усилитель с ;цепью знакопеременной обратной связи, включенной с выхода усилителя на его инвертирующий вход, и резистор в цепи входного управляющего напряжения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повы1чения термостабильности, в цепь обратной связи включена лямбда-структура, а упомя нутый резистор- подключен к инверти рующему входу усилителя.

Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе

5

1.Акцептованная заявка Японии № 51-17272, кл. 98 (5), с. 112, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР № 310362, кл. Н 03 К 3/15, 04О8.72.