Пороговое устройство Советский патент 1981 года по МПК H03K5/22 G05B1/01 

(54) ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для квантования по уровню, измерения временных интервалов и других системах измерения и управления.

Известно пороговое устройство, содержащее инвертор, суммирующий блок, источник опорного напряжения, триггер Шмитта, дифференцирующий каскад, ограничитель полярности 1.

Однако известное устройство имеет недостаточную точность.

Цель изобретения - повышение точности при действии дестабилизирующих факторов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее инвертор, вход которого подключен к шине входных сигналов, а выход - к первому входу суммирующего блока, второй вход которого соединен с. выходом источника опорного напряжения, последовательно соединенные триггер Шмитта, дифференцирующий каскад и ограничитель полярности, введены временные селекторы прямого и инвертированного сигналов, элемент задержки, счетный триггер и блок формирования сигнала установки в «ноль, вход которого подключен непосредственно к щине входных сигналов и через временной селектор прямого сигнала к сигнальному входу триггера Шмитта, а выход к установочному входу счетного триггера счетный вход которого подсоединен к установочному входу триггера Шмитта и через 5 элемент задержки к выходу ограничителя полярности, прямой выход соединен с селектирующим входом временного селектора прямого сигнала, а инверсный выход - с селектирующим входом временного селектора инвертированного сигнала, сигнальный вход которого подсоединен к выходу суммирующего блока, а выход подключен к выходу временного селектора прямого сигнала. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - эпюры

напряжений в различных точках устройства при различной первоначальной полярности входного напряжения, где а) - входной сигнал устройства; б) - сигнал на выходе суммйрующего блока; в) - напряжение на выходе блока формирования сигнала установки в «ноль ; г) - выходной сигнал устройства; д) - сигнал на выходе временного селектора прямого сигнала; е) - сигнал на выходе временного селектора инвертированного сигнала; ж) - напряжение на входе триггера Шмитта; з) - напряже-ние на выходе триггера Шмитта; и) - напряжение, на выходе ограничителя по полярности; к) - напряжение на выходе элемента задержки. Пороговое устройство содержит последовательно соединенные временной селектор 1 прямого сигнала, триггер 2 Шмитта, дифференцирующий каскад 3, ограничитель 4 полярности, элемент 5 задержки и триггер 6 со счетным входом и входом установки в «ноль, инверсный выход которого соединен с выходом устройства, последовательно соединены инвертор 7, суммирующий блок 8 и временной селектор 9 инвертированного сигнала, выход которого соединен с си-гнальным входом триггера 2. Шмитта. К второму входу суммирующего блока 8 подключен .выход источника 10 опорного напряжения. Входная шина через блок 11 формирования сигнала установки в «ноль подключена к входу установки в «ноль триггера 6 со счетным входом и входом установки в «ноль, к сигнальному входу временного селектора 1 прямого сигнала и к входу инвертора 7. Выход элемента 5 задержки подключен к установочному входу триггера 2 Шмитта. Прямой и инверсный выходы триггера 6 со счетным входом и входом установки в «ноль подключены к селектирующим входам соответственно временного селектора 1 прямого сигнала и временного селектора 9 инвертированного сигнала. Предлагаемое пороговое устройство работает следующим образом. Пороговым уровнем устройства, с которым осуществляется сравнение величины входного сигнала, является напряжение Unop равное напряжению порога отпускания триггера 2 Шмитта. Если в момент времени ti на вход устройства поступает напряжение сигнала, изменяющегося, например по пилообразному закону, то в начальный момент времени t, входной Сигнал имеет отрицательную (фиг. 2) и положительную полярности (фиг. 3). Если входной сигнал имеет отрицательную полярность, то при подаче на вход порогового устройства сравниваемого сигнала (фиг. 2а) блок 11 формирования сигнала установки в «ноль вырабатывает сигнал, например импульс (фиг. 2в), который подается на вход установки в «ноль выходного триггера 6 со счетным входом и устанавливает его в нулевое состояние (фиг. 2г). При этом открывается временной селектор 1 прямого сигнала, на селектирующий вход которого поступает сигнал с прямого выхода триггера 6 со счетным входом (фиг. 2) и закрывается временной селектор 9 инвертированного сигнала (фиг. 2е) на селектирующий вход которого поступает сигнал с инверсного выхода триггера 6 со счетным входом. Входной сигнал устройства поступает через временной селектор 1 прямого сигнала на сигнальный вход триггера 2 Шмитта. При этом в момент времени t2 при достижении входным сигналом, имеющим положительную производную, меньшего по абсолютной величине порога переключения триггера 2 Шмитта (фиг. 2 ж) происходит отпускание триггера 2 Шмитта (фиг. 2 з). Перепад напряжения, соответствующий моменту сравнения входного сигнала с порогом отпускания триггера 2 Шмитта, поступает на дифференцирующий каскад 3, выходной импульсный сигнал которого поступает на вход ограничителя 4 полярности. Ограничитель 4 полярности пропускает на вход элемента 5 задержки только импульсы, соответствующие моменту сравнения сигнала на входе .триггера 2 Шмитта с его порогом отпускания (фиг. 2«), Элемент 5 задержки имеет малое время задержки ts, примерно равное времени установления т ., процессов при переброске триггера 2 Шмитта (тз )- которое обычно выбирается во много раз меньше величины обратной верхней частоты в спектре входного сигнала, и оно не влияет на процесс сравнения. Сигнал с выхода элемента 5 задержки (фиг. 2 к) поступает одновременно на счетный вход триггера 6 со счетным входом и входом установки в «ноль, который при этом перебрасывается в другое состояние (фиг. 2 г) и на установочный вход триггера 2 Шмитта, который перебрасывается в исходное состояние (фиг. 2з). При этом, в связи с перебросом триггера со счетным входом, закрывается временной селектор 1 прямого сигнала (фиг. 2 а) и открывается временной селектор инвертированного сигнала (фиг. 2 е). На сигнальный вход, триггера 2 Шмитта поступает сигнал с выхода суммирующего блока 8 (фиг. 26), на один вход которого через инвертор 7 поступает входной сигнал устройства, а на другой вход которого от источника 10 опорного напряжения поступает опорное напряжение Uon, равное удвоенной величине порога отпускания триггера 2 Шмитта. При достижении этого сигнала порога отпускания триггера 2 Шмитта (фиг. 2 ж) происходит переброс триггера 2 Шмитта в момент времени ts (фиг. 2з) соответствующий пересечению входного сигнала порогового уровня Uaop, равного напряжению порога отпускания триггера 2 Шмитта. Сигнал с выхода триггера 2 Шмитта, пройдя через дифференцирующий каскад 3, ограничитель 4 полярности и элемент 5 задержки, перебросит выходной триггер 6 со счетным входом и входом установки в «ноль в другое состояние. Далее процессы в устройстве повторяются. Выходной триггер со счетным входом и. входом установки в «ноль перебрасывается из одного состояния в другое в моменты времени: соответствующие моментам пересечения входным сигналом с пороговым уровнем одного триггера Шмитта, независимо от знака производного входного сигнала, вследствие чего предлагаемое пороговое устройство имеет высокую точность сравнивания входного сигнала с порогом. Предлагаемое пороговое устройство обладает высокой точностью сравнения входного сигнала с порогом, что особенно на глядно проявляется при серийном производстве аппаратуры, содержащей пороговое устройство, которая работает продолжительное время в среде, имеющей диапазон изменений. Кроме того, оно может использоваться в телемеханических системах, цифровых системах, системах управления и регулирования. Формула изобретения Пороговое устройство, содержащее инвертор, вход которого подключен к щине входных сигналов, а выход - к первому входу суммирующего блока, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, последовательно соединенные трнггер Шмитта, дифференцирующий каскад и ограничитель полярности, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности при действии дестабилизирующих факторов, в него введены, временные селекторы прямого и инвертированного сигналов, элемент задержки, счетный триггер, и блок формирования сигнала установки в «ноль, вход которого подключен непосредственно к щине входных сигналов и через временной селектор прямого сигнала к сигнальному входу триггера Шмитта, а выход к установочному входу счетного триггера, счетный вход которого подсоединен к установочному входу триггера Шмитта и через элемент задержки к выходу ограничителя поляр ности прямой выход соединен с селектирующим входом временного селектора прямого сигнала, а инверсный выход - с селектирующим входом временного селектора инвертированного сигнала, сигнальный вход которого подсоединен к выходу суммирующего блока, а вь1ход подключен к выходу временного селектора прямого сигнала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 586559, кл. G 05 В 1/01, Н 03 К 5/20, 18.07.74 (прототип).

Фиъ.2

к и

Фиг.З