Пиковый детектор Советский патент 1982 года по МПК H03D1/06 

(5k) ПИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР

1

Изобретение относится к радиотех- . нике, в частности к пиковым детекторам, и может использоваться в устройствах определения момента достижения входным сигналом пикового значе- g ния.

Известен пиковый детектор, содержащий последовательно соединенные конденсатор и инвертор, охваченный цепью обратной связи, выполненной в ю виде полупроводникового переключателя 1.

Однако в пиковом детекторе длительность выходного импульса соот- J5 ветствует интервалу между последовательными пиками противоположной полярности и точная регистрация пикового значения затруднительна и требует увеличенТ1я числа компонентов 20 схемы.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения момента достижения входным сигналом пикового значения.25

Для достижения цели в пиковом детекторе, содержащем последовательно соединенные конденсатор и первый инвертор, охваченный цепью обратной связи, выполненной в виде полупроводникового переключателя, инвертор выполнен на униполярных транзисторах разного типа проводимости, включенных последовательно по цепи питания, управляющие электроды которых объединены и являются входом инвертора, место соединения двух других электродов униполярных транзисторов является выходом инвертора, при этом полупроводниковый переключатель выполнен однонаправленным.

К выходу первого инвертора подключен второй инвертор, полу проводниковый переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий канал .. которого включен между источником питающего напряжения и входом первого инвертора, а управляющий электрод подключен к выходу второго инвертора.

Полупроводниковый переключатель содержит дополнительный биполярный транзистор, коллектор которого соединен с источником питающего напряжения, а переход база-эмиттер включен между токопроводящим каналом униполярного транзистора и входом первого инвертора. К выходу первого инвертора подключен второй инвертор.

Полупроводниковый переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий каНчЭЛ которого включен между входом и выходом первого инвертора, а управляющий электрод подключен к выходу второго инвёр7Ора

К выходу второго инвертора гюдключен третий инвертор, параллельно полупроводниковому переключателю подключен дополнительный полупроводниковый переключатель, выполненный на унполярном транзисторе противоположного типа проводимости, а его управляющий вход соединен с выходом третьего инвертора.

На фиг,1-5 представлены электрические схемы пикового детектора при различном выполнении полупроводникового переключателя.

Пиковый детектор содержит конденсатор 1 , первый инвертор 2 на униполярных трназисторах 3 и 4, полупроводниковый переключатель 5, второй инвертор 6 на униполярных транзисторах униполярный 7 и дополнительный биполярный 8 транзисторы полупроводникового переключателя 5 третий инвертор 9 на униполярных транзисторах, униполярный транзистор 10 дополни-, тельного полупроводникового переключателя 11 .

Пиковый детектор работает следующим образом.

В исходном состоянии вход первого инвертора 2 находится под относительно отрицательным напряжением, Токопроводящий канал транзистора 3 имеет низкое сопротивление, а токопроводящий канал транзистора 4 высокое сопротивление. Под воздействием питающего напряжения ток течет через токопроводящий канал транзистора 3 и полупроводниковый переключатель 5-6 результате этого напряжение на входе первого инвертора 2 становится относительно положительным, т.е. оно меньше напряжения на выходе первого инвертора на величину падения напряжения на полупроводниковом переключателе 5. Параметры схемы таковы, что это смещение не приводит к изменению состояния. Транзистор k открывается, но и транзистор 3 продолжает оставаться открытым, так как его исток имеет достаточно положительное напряжение по отношению к затвору. Следовательно, схема допускает статическое состояние, при котором оба транзистора 3 и находятся в проводящем состоянии.. Для уменьшения напряжения питания необходимо, чтобы ширина токопроводящего канала транзистора была больше ширины токопроводящего канала транзистора 3, При подаче на вход пикового детектора постепенно меняющегося напряжения, например синусоидального, в течение первой отрицательной полуволны входного напряжения конденсатор 1 заряжается через полупроводниковый переключатель 5 и транзистор 3, В результате между входом пикового детектора и входом первого инвертора 2 возникает разность потенциалов, причем потенциал входа первого инвертора относительно положителен, Когда входное напряжение проходит свое минимальное отрицательное значение и начинает возвозрастать, полупроводниковый переключатель 5 закрывается и потенциал точки входа первого инвертора падает и приближается к потенциалу точки входа пикового детектора. Незначительное положительное увеличение потенциала в точке входа первого инвертора приводит к быстрому изменению состояния. Рабочая точка транзисторов первого инвертора находится на вертикальной части характеристики вблизи верхнего изгиба и незначительное увеличение потенциала в точке входа первого инвертора вызывает гораздо большее уменьшение потенциала в точке выхода первого инвертора. Транзистор 3 быстро запирается, а транзистор t отпирается,При этом на выходе второго инвертора потенциал становится положительным.

Если постоянная времени входной цепи велика по сравнению с периодом входного напряжения, то единичный сигнал (положительный потенциал) на выходе второго инвертора 6 остается до тех пор, пока входное напряжение снова не станетотрицатель5ным. Переключение на нулевой сигнал происходит только 8 момент, когда входное напряжение имеет минимальное значение. При положительном максимуме входного сигнала транзистор 3 заперт, а транзистор - отперт. Но, так как входное напряжение пикового детектора уменьшается, уменьшается и потенциал точки входа первого инвертора. Параметры схемы выбираются так, чтобы при достижении входным напряжением своего максимального отрицательного значения изменились состояния транзисторов: транзистор 3 переходит в открытое состояние, а транзистор -в запертое. В это состояние схема переходит при отрицаг тельном пике входного сигнала. Когда входное напряжение пикового детектора начинает увеличиваться после прохождения своего максимального отрицательного значения, все процессы в схеме повторяются: полупроводниковый переключатель 5 запирается, транзистор 3 запирается, а транзистор отпирается.

Таким образом, изображенная на фиг.1 схема формирует на выходе короткий отрицательный импульс, по времени совпадающий с отрицательным пиком входного сигнала. Длительность выходного импульса может регулироват ся путем изменения постоянной времени входной цепи. При уменьшении постоянной времени конденсатор 1 будет разряжаться более быстро и длительность выходного импульса при определенной входной частоте будет увеличиваться. При увеличении постоянной времени входной цепи происходит обратное. Увеличивать постоянную аре мени целесообразно при малых значениях входных частот.

Если гк лупроводниковый переключатель 5 выполнен в виде полупроводникового диода или перехода эмиттербаза биполярного транзистора, он будет нагружать схему и при определенных режимах работы может вызвать преждевременное переключение второго инвертора 6.

На фиг.2 представлена схема пикового детектора, свободная от этого недостатка. Здесь цепочка обратной связи содержит униполярный МДП-транзистор 7Р -типа. Управляющий электрод транзистора 7 соединен с выходом второго инвертора 6. Токопроводйщий канал включен между источником питающего напряжения и входом первого инвертора 2. На схеме (фиг.2) показан условно диод, являющийся паразитным элементом, который включен

между подложкой и стоком МДП-транзистора (подложка Соединена с положительным выводом источника питания }. Отрицательное напряжение с выхода второго инвертора 6 является начальным смещением для униполярного МДП-транзистора 7.

Однако, так как входное сопротивление униполярного МДП-транзистора высокое, он не нагружает второй инвертор. Токопроводящий канал этого транзистора имеет низкое сопротивление, и потенциал точки входа первого инвертора 2 становится относительно положительным. Параметры схемы выбраны так, что первый инвертор 2 продолжает пропускать ток, и схема находится в устойчивом состоянии. Если сопротивление канала транзистора 7 выбрать достаточно высоким, то цепочка сопротивление канала- конденсатор t имеет большую постоянную времени, в результате чего напряжение на входе первого инвертора 2 увеличивается медленно.

На фиг.З представлена схема пикового детектора, предназначенная для таких применений, когда паразитный диод нежелателен. Сток униполярного МДП-транзистора 7 соединен с базой дополнительного биполярного транзистора 8, коллектор которого соединен с положительным выводом источника питания, а эмиттер подключен к входу первого инвертора 2, Когда транзистор 8 заперт, он отсоединяет вход первого инвертора от источника питания, при этом паразитный диод f отсоединяется от входа первого инвертора. Биполярный транзистор 8 не нагружает схему.

Схемы, представленные на фиг,2 и 3, требуют тщательного выбора сопротивления канала униполярного транзистора 7, мтобы постоянная времени цепочки сопротивление канала-конденсатор 1 была достаточна велика. Это обеспечивает медленное повышение напряжения на выходе первого инвертора 2 в течение интересующего периода времени. Эти схемы нельзя использовать при больших колебаниях температуры и напряжения источника питания.

На фиг, представлена схема пикового детектора, в которой не требуется точно выбирать сопротивление канала униполярного НДП-транзистора р-типа. В этой схеме и сток унипо лярного МДП-транзистора 7 соединен 7 с входом первого инвертора, как и в схеме на фиг.2. Однако исток униполярного транзистора 7 соединен с вы ходом первого инвертора, а не с положительным выводом источника питания, как в схеме на фиг.2 Включенны подобным образом транзистор работае как трансмиссионный вентиль. Напряжение на выходе первого инвертора 2 более положительно, чем напряжение на его входе в течение того пер ода времени, когда униполярный тран зистор 7 открыт. Но токопроводящий канал униполярного МДП-транзистора имеет определенное сопротивление, и падение напряжения при незначительном токе может быть ниже падения напряжения на диоде. Преимущество этой схемы заключается в отсутствии необходимости согласования размеров униполярных транзисторов 3 первого 2 и второго 6 инверторов. Целесообразно сделать униполярны транзистор р-ТФ1па с более низким сопротивлением, чем транзистор п-ти па. Это обеспечивает максимальное напряжение между входом и выходом второго инвертора 6. Кроме того,обе печивается возможность упрощения сх мы путем применения технологическог процесса, используемого для производства кремниевых вентильных МДПтранзисторов. 8 схеме пикового детектора, пред ставленной на фиг.5, паралелльно трансмиссионному вентилю р -типа включен дополнительный полупроводниковый переключатель 11 на униполярном МДП-транзисторе 10 п -типа. Управляющий электрод транзистора 10 подключен к выходу третьего инвертора 9, выполненного на униполяр ных транзисторах. В схемах, показанных на фиг. и 5, подложки МДП-транзисторов р -типа должны быть соединены с источником питания. Поэтому эти схемы имею такие же ограничения по применению, как и схема, показанная на фиг.2, т.е. они не могут быть использованы для дискриминирования последовательных минимумов. Эти схемы можно применять, когда не требуется, чтобы схема реагировала на последовательные минимумы незначительной величины. При этом кон денсатор 1 разряжается через паразитный диод во время между двумя по следовательными минимумами. 7 Предлагаемый пиковый детектор может найти применение в часовых схемах для управления работой шаго вого мотора. Для выделения различных минимумов или максимумов входного сигнала в пиковый детектор можно ввести дополнительный переключатель, размыкающий цепь обратной связи при достижении сигналом задержки определенного уровня. Применение такой модификации пикового детектора в часовых схемах позволяет более экономично управлять шаговым мотором путем прерывания работы самого шагового двигателя по достижении некоторого пика. Таким образом, предлагаемый пиковый детектор по сравнению с извест- ным обеспечивает увеличение чувствительности и позволяет повысить точность определения момента достижения входным сигналом пикового значения. Формула изобретения 1.Пиковый детектор, содержащий последовательно соединенные конденсатор и первый инвертор, охваченный цепью обратной связи, выполненный в виде полупроводникового переключателя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности определения момента достижения входным сигналом пикового значения, инвертор выполнен на униполярных транзисторах разного типа проводимости, включенных последовательно по цепи питания, управляющие электроды которых объединены и являются входом инвертора, место соединения двух других электродов униполярных транзисторов является выходом инвертора, при этом полупроводниковый переключатель выполнен однонаправленным. 2.Детектор по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что к выходу первого инвертора подключен второй инвертор, полупроводниковый переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий канал которого включен между источником питающего напряжения и входом первого инвертора, а управляющий электрод подключен к выходу второго инвертора. 3.Детектор по п.2, отличающий с я тем, что полупроводниковый переключатель содержит дополнительный биполярный транзистор, коллектор ко99Toporo соединен с источником питакмдего напряжения, а переход база-эмиттер включен между токопроводящим каналом униполярного транзистора и входом первого инвертора. 4. Детектор по п.1, о т щийся тем, что к выходу первого инвертора подключен второй инвертор, полупроводниковый переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий канал которого включен между входом и выходом первого инвертора, а управляющий электрод подключен к выходу второго инвертора. чаю75. Детектор поп., отличающийся тем, что к выходу второго инвертора подключен третий инвер тор, параллельно полупроводниковому переключателю подключен дополнительный полупроводниковый переключатель, выполненный на униполярном транзисторе противоположного типа проводимости, а его управляющий электрод соединен с выходом третьего инвертора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США (Г Зб7829б, кл. 307-231, 18.07.72 (прототип).

Й1.

41

ж

Щ

Дг.

Вых.

ВбЛ

4t

x.

Sb/x.

u.V

i/.3

Ч

xi