Двухполярный дискриминатор уровня Советский патент 1981 года по МПК H03K5/08 

(54) ДВУХПОЛЯРНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР УРОВНЯ

1

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам формирования прямоугольных импульсов из переменного напряжения, и может быть использовано при построении устройств автоматики, измерительной техники, исследования шумовых сигналов, где имеется необходимость в пороговых устройствах, срабатывающих от сигналов как положительной, так и отрицательной полярности, причем уровни срабатывания должны быть с высокой точностью одинаковыми в широком температурном диапазоне.

Известен двухполярный дискриминатор уровня, содержащий предварительный усилитель, выпрямитель, дискриминатор на туннельном диоде, охваченные отрицательной обратной связью 1.

Однако при значительной сложности дискриминатор .имеет большую величину минимального порога срабатывания (20 мВ) и низкую температурную стабильность порога ( в диапазоне температур 20-40°С).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трехпозиционное реверсивное реле, каждая из симметричных половин которого представляет собой

релейный усилитель с положительной обратной связью, со своей нетермозависимой цепью смещения 2.

Однако известное полупроводниковое реле не обеспечивает высокой и одинаковой чувствительности к обеим полярностям входного сигнала вследствие нестабильности параметров схемы.

Цель изобретения - обеспечение высокой и одинаковой чувствительности двухполярного дискриминатора уровня к обеим полярностям входного сигнала в широком тем0пературном диапазоне.

Поставленная .достигается тем, что в двухполярный дискриминатор уровня, содержащий два усилителя с положительной обратной связью и цепь смещения, допол5нительно введены резисторы связи, причем входы усилителей с положительной обратной связью через дополнительные резисторы соединены с соответствующими разноименными полюсами источника входного сигнала, а оба вывода цепи смещения подключены к соответствующим положительной и отрицательной цепям питания усилителей с положительной обратной связью, средняя точка цепи смещения соединена со средней ТОЧКОЙ источника входного сигнала с разноименными полюсами, а цепь смещения выполнена в виде последовательно соединенных первого резистора, диода и второго резистора, причем средней точкой является точка соединения между первым резистором и диодом. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема двухполярного дискриминатора уровня, на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу. Двухполярный дискриминатор уровня содержит усилитель 1 и 2 с положительной обратной связью, входные каскады которых выполнены соответственно на транзисторах-3 и 4, а выходные - на транзисторах 5 и 6, дополнительные резисторы 7 и 8 связи, входные щины 9 и 10 источника входного сигнала со средней точкой 11, образованн й -р|езисторам 1 12 и 13, цепь 14 смещения выполненную в виде делителя, верхнее плечо которого образовано резистором 15, нижнее - последовательно соединенными диодом 16 и резистором 17, резисторы 18 и 19, обеспечивающие положительную обратную связь усилителей 1 и 2, резисторы 20-24, диоды 25 и 26, шину 27 питания усилителей, выходную щину 28. Двухполярный дискриминатор уровня работает следующим образом. . При отсутствии входного сигнала транзисторы 3 и 4 входных каскадов усилителей открыты положительным напряжением смещения, поступающим на их базы с нижнего плеча делителя цепи 14 смещения, образованного резистором 17 и диодом 16, через цепь источника сигнала (резисторы 12 и 13) и резисторы 7 и 8 связи. Транзисторы 5 и 6 выходных каскадов усилителей при этом закрыты, и выходной сигнал дискриминатора снимаемый с резистора 20 отсутствует. При подаче входного сигнала срабатывает один из усилителей, например 1, для которого полярность полюса источника сигнала, подключенного через дополнительный резистор 7 связи к базе транзистора 3, отрицательна по отнощению к средней точке 11 источника сигнала. Усилитель 1 срабатывает в тот момент, когда мгновенное значение напряжения на резисторе 12 равно порогу срабатывания усилителя 1 (точка 1, фиг. 2а). При этом транзистор 3 закрывается, транзистор 5 вгкрывается, на резисторе 20 начинает формироваться выходной импульс (фиг. 26). Высокая и заданная чувствительность дискриминатора к данной полярности входного сигнала, т. е. малая величина порога срабатывания, обеспечивается тем, что входной сигнал подведен к базе транзистора 3 через дополнительный резистор 7 связи, от величины которого зависит порог срабатывания усилителя 1, а также тем, что последовательно с входным сигналом включено напряжение смещения, снимаемого с нижнего плеча делителя цепи 14 смещения. Эта высокая чувствительность остается постоянной в щироком температурном диапазоне, благодаря тому, что напряжение смещения на нижнем плече делителя из-за наличия диода 16 изменяется при изменении температуры и компенсирует основную составляющую дрейфа усилителя 1 - температурное изменение напряжения, на переходе эмиттер-база входного транзистора 3. Формирование выходного импульса заканчивается при достижении мгновенным значением напряжения сигнала на резисторе 12 величины порога отпускания усилителя 1 (точка 2, фиг. 2а; фиг. 26). При этом транзистор 3 открывается, транзистор 5 закрывается, напряжение на резисторе 20 нагрузки равно нулю. По тем же причинам, что и для порога срабатывания, обеспечивается малая и постоянная в щироком,температурном диапазоне величина порога отпускания усилителя 1. В этот полупериод входного напряжения полярность полюса источника сигнала, подключенного через дополнительный резистор 8 связи к базе транзистора 4 усилителя 2, положительна по отношению к средней точке 1 Г источника сигнала. Напряжение сигнала, снимаемого с резистора 13 включено согласно с напряжением смещения и обеспечивает надежное отпирание транзистора 4, благодаря чему усилитель 2 не срабатывает, транзистор 6 закрыт. В другой полупериод входного напряжения полярность полюса источника сигнала, подключенного через дополнительный резистор 8 связи к базе транзистора 4 усилителя 2, отрицательна по отнощению к средней точке 11 Источника сигнала. Усилитель 2 срабатывает в тот момент, когда-мгновенное значение напряжения на резисторе 13 равно порогу срабатывания усилителя 2 (точка 3, фиг. 2а). При этом транзистор 4 закрывается, транзистор 6 открывается, на резисторе 20 нагрузки начинает формироваться выходной импульс (фиг. 26). Высокая чувствительность дискриминатора к данной полярности входного сигнала, т. е. малая величина порога срабатывания в точке 3 (фиг. 2а) одинаковая с чувствительностью к другой полярности входного сигнала, т. е. выполнение условия обеспечивается тем, что входной сигнал подведен к базе транзистора 4 усилителя 2 через дополнительный резистор 8 связи, а последовательно с входным сигналом включено то же, что и для усилителя 1, напряжение смещения, снимаемого с нижнего плеча делителя, подключенного к общей щине питания усилителей 27. Регулировкой одного из резисторов связи 7 или 8 обеспечивается одинаковая чувствительность дискриминатора к обеим полярностям входного . Постоянная и одинаковая чувствительность дискриминатора к обеим полярностям ВХОДНОГО сигнала в широком температурном диапазоне достигается за счет того, что цепь 14 смещения выполнена в виде делителя, подключенного к общей шине питания усилителей 27, а нижнее плечо, с которого снимается термозависимое напряжение, включаемое последовательно с входным сигналом, является общим для обоих усилителей. Формирование выходного импульса заканчивается при достижении мгновенным значением напряжения сигнала на резисторе 13 величины порога отпускания усилителя 2 (точка 4, фиг. 2а; фиг. 26). При этом транзистор 4 открывается, транзистор 6 закрывается, напряжение на резисторе 20 нагрузки равно нулю. По тем же причинам, что и для порога срабатывания, обеспечивается малая и постоянная в щироком температурном диапазоне и одинаковая с порогом отпускания усилителя 1 величина порога отпускания усилителя 2. В этом полупериоде входного напряжения полярность полюса источника сигнала, подключенного через дополнительный резистор 7 связи к базе транзистора 3 усилителя 1, положительная по отношению к средней точке 11 источника сигнала. Напряжение сигнала, снимаемое с резистора 12, включено согласно с напряжениемсмещения и обеспечивает надежное отпирание транзистора 3, благодаря чему усилитель 1 не срабатывает, транзистор 5 закрыт. Таким образом, на выходной щине 28 двухполярного дискриминатора уровня в каждый полупериод входного напряжения переменного тока будет формировать прямоугольные импульсы одинаковой длительности, что обеспечит высокие метрологические характеристики устройств автоматики и измерительной техники, создаваемых на его основе, при эксплуатации щиро ком температурном диапазоне. Формула изобретения 1. Двухполярный дискриминатор уровня, содержащий источник входного сигнала с разноименными полюсами, два усилителя с положительной обратной связью и цепь смещения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой и одинаковой чувствительности к обеим полярностям входного сигнала в щироком диапазоне температур, дополнительно введены резисторы связи, причем входы усилителей с положительной обратной связью через дополнительные резисторы связи соединены с соответствующими разноименными полюсами источника входного сигнала, а оба вывода цепи смещения подключены к соответствующим положительной и отрицательной цепями питания усилителей с положительной обратной связью. Средняя точка цепи смещения соединена со средней точкой источника входного сигнала с разноименными полюсами. 2. Дискриминатор по п. 1, отличающийся тем, что цепь смещения выполнена в виде последовательно соединенных первого резистора, диода и второго резистора, причем средней точкой является точка соединения между первым резистором я диодом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ПТЭ. 1972, № 6, с. 90-91. 2.Липман Р. А. Полупроводниковые реле. М., Госэнергоиздат, 1963, с. 63, рис. 26 (прототип).