Пороговое устройство Советский патент 1982 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

(54) ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к технике радиоизмерений, а именно к устройствам сравнения электрических величин с заданными опорными значениями, и .может быть использовано в качестве детектора с изменяемым порогом, дискриминатора импульсов, детектора перехода через нуль, приемника цифровых сигналов с высокой помехоустойчивостью и т.д.

Известен-компаратор напряжения,. содержащий операционный усилитель, охваченный положительной обратной связью, в последовательную цепь которой включены соединенные последовательно резистор и емкость. СигНсШ и опорное напряжение подаются через резисторы соответственно на инвертирующий и неинвертируювшй входы операционного усилителя t 3

Недостатком этого устройства является то, что гибкая положительная обратная связь, введенная в данный компаратор, так же каки жесткая положительная обратная сззязь, заметно уменьшает время срабатывания и ослабляет его зависимость от коэффициента усилений операционного усилителя и скорости изменения напряжения источника сигнала, поскольку

положительная обратная связь действует только в переходный период, в выходной характеристике кслшаратора отсутствует гистерезис. Однако этот же механизм действия гибкой положительной обратной связи приводит и к отрицательному эффекту, заключающемуся в том, что, когда время прохождения сигнала через линейную

10 зону операционного усилителя с разомкнутой обратной связью превышает время срабатывания данного компаратора, на выходе последнего возникают релаксационные колебания.

15

Наиболее близким по тез нической сущности к изобретению является дороговоё устройство, содержащее дифференциальный усилитель, обхваченный положительной обратной связью,

20 в последовательную цепь которой введено вычитающее устройство, входы которого объединены через распределенную линию задержки. На неинвертирующий вход дифференциального уси25лителя подается сигнал, а инверти- . рующкй вход нагружен на резистор. Величина порога срабатывания устройства определяется падением напряжения на резисторе.от выходного тока

50 вычитающего устройства. Положительная обратная связь в данном пороговом устройстве действует в течение времени задержки распределенной линии. При этом на указанный промежуток времени в пороговое устройство вводится гистерезис и тем саг-.5ым предотвращается возникновение на его выходе реликсационных колебаний С 2 . Однако известное пороговое устройство имеет невысокую частоту ера батываний, определяемую временем за держки распределенной линии, которо выбирается равным времени прохождения входного, сигнала с минимальной скоростью нарастания через линейную зону дифференциального усилителя с разомкнутой обратной связью. Цель изобретения - увеличение частоты срабатываний порогового уст ройства. Поставленная цель достигается тем, что в пороговое устройство, содержащее основной обхваченный положительыой обратно связью и вспомогательный с разомкнутой обратной связью .дифференциальные усилители, инвертирующий вход основного дифференциального усилителя соединен с .резистором, введены два двухвходовы элемента И, элемент ИЛИ, аналоговый коммутатор и конденсатор, при этом противофазные выходы дифференциальных усилителей соответственно соединены с входами двухвходовых логических элементов И,., выходы которых через элемент ИЛИ соединены с управ ляющим входом аналогового коммутатора, включенного параллельно с кон денсатором в цепь положительной обрат.ной связи между входом и выходом основного дифференциального усилите ля, неинвертируемые входы дифференциальных усилителей соединены с сигнальным входом, а инвepтйpye /Iыe входы соединены с цшной опорного сигнала и с вторым вьгаодом резистора. . На фиг. 1 представлена принципиальная схема порогового устройства j на фиг. 2 - графики кривых, поясняющих его работу. Дифференцигшьный усилитель 1 об-, хвачен положительной обратной .связь в которую включен зашунтированный емкостью 2. коммутатор 3 аналогового напряжения. Неинвертирующие входы дифференциального усилителя 1, об-, хваченного положительной обратной связью., и дифференциального усилите ля 4 с разомкнутой обратной связью соединены с сигнальным входом Вход 1. Инвертирующий вход дифференци ального усилителя li/ обхваченного положительной обратной связью, соел нен с выводом резистора 5, второй вывод которого соединен со входом опорного напряжения Вход 2. К этому же входу Вход 2 подсоединен инвертирующий вход дифференциального усилителя 4 с разомкнутой обратной связью. Прямой выход дифференциального усилителя 1, обхваченного полохштельной обратной связью, и инверсный вь1ход дифференцисшьного усилителя 4 с разомкнутой обратной связью подсоединены ко входам двухБходового логического элемента И б. Аналогично, инверсный выход диффе-. ренциального усилителя 1, обхваченного положительной обратной связью, и прямой выход дифференциального усилихеля 4 с разомкнутой обратной связью подсоединены ко входам двухвхо:дового логического элемента И 7. Выходы двухвходовых логических элементов И б и 7 соединены со входами двухвходового логического элемента ИЛИ 8, выход которого подсоединен и управляющему входу коммутатора 3 аналогового напряжения. Работает пороговое устройство следующим образом. Сигнал Uc (фиг. .2а) подается на вход Вход 1 устройства. Пороговый уровень Uy (фиг. 2а) задается подключаемглм ко входу Вход 2 внешним источником переменного напряжения. В исходном состоянии, когда U-J, и - ли, прямой выход дифференциального усилителя 1 имеет низкий потенциал (фиг. 2д), а инверсный вь1ход дифференциального усилителя 4 .высокий (фиг. 2б) . При. этом выходное напряжение элемента. И 6 соответствует логическому О (фиг. 2е) , Аналогично, на инверсном выходе дифференциального усилители 1 имеем высокий потенциал (фиг. 2г), а на прямом выходе дифференциального усилителя 4 - низкий (фиг,. 2в) . Выходное напряжение элемента И 7 также соответствует логическому О (фиг. 2ж). Значит логическому О соответствует к выходное напряж.ение элемента ИЛИ 8 (фиг. 2з). Коммутатор -3 аналогового напряжения закрыт по управляющему входу. Цепь жесткой положительной обратной связи диффере.нциального усил11теля 1 разомкну- та. Гистерезис отсутствует. При нарастании сигнала до значения Uy, -ли (фиг. 2а) возникает регенеративный процесс, переводящий дифференциальный усилитель 1 в другое квазиустойчивое состояние. Гибкая положительная обратная связь. при этом обеспечивается резистором 5 и емкостью 2. Напряжение на прямом выходе дифференциального усилителя 1 резко возрастает до верхнего уровня ограничения (фиг. 2д), а напряжение на его инверсном выходе, резко падает до нижнего уровня ограничения (фиг, 2г). На выходе элемента И б напряжение возрастает

;до уровня, соответствующего логи ческой 1 (фиг. 2е), До такого же уровня.возрастает напряжение на выходе элемента ИЛИ 8 (фиг. 2з), открывая по управлякэдему входу комму.татор 3 аналогового напряжения, котЬрьай. замыкает цепь жесткой положительной обратной связи. При этой вводится гистерезис и тем самьдм предотвращается возникновение на вы-, ходе дифференциального усилителя 1 релаксационных колебаний.

Жесткай положительная обратная связь действует в течение времени прохождения входного сигнала через линейную зову 2ДИ дифференциального усилителя с разомкнутой обратной связью (фиг. 2а). Момент окончания прохождения входного сигнала через линейную зону определяется по переходу в другое квазиустойчивое состояние дифференциального усилителя 4 -С разомкнутой обратной связью, имеющего такие же параметры, как и дифференциальный усилитель 1. При этом напряжение на прямом выходе дифферециального усилителя 4 возрастает,до верхнего уровня ограничения (фиг. 2в а напряжение на его инверсном выходе Псщает до нижнего уровня ограни.чения (фиг. 2б) . На выходе элемента И б напряжение падает до уровня, соответствующего логическому 1 О (фиг. 2е). До того же уровня падает напряжение на выходе элемента-ИЛИ 8 (фиг. 2з), закрывая- по управляющему входу коммутатор 3 аналогового Напряжения. Цепь жесткой положительной обратной связи размыкается.Гистерезис снимается и тем самым пороговое устройство подготавливается к обратному срабатыванию. К этому моменту входной сигнал уже прошел через -ли.нейную зону 2uU дифференциального усилителя с разомкнутой обратной связью и релакссщионные колебания выходного напряжения порогового устройства возникнуть не могут.

Аналогичным образом работает.пороговое устройство и при обратном срабатывании. При уменьшении сигнала Up; до значения U + UU (Фиг-. 2а) за счет гибкой положительной обрат,ной связи возникает .реге1 еративный процесс, переводящий дифференциальный усилитель 1 в противоположное квазйустойчивое состояние. Напряжение на прямом выходе дифференциального усилителя, 1 уменьшается до нижнего уровня ограничения (фиг. 2д), а напряжение на его инверсном выходе врзрастает до верхнего уровня ограничения (фиг. 2г). На вьзходе элемента И 7 напряжение возрастает до уровня, соответствующего логичес.кой 1 (фиг. 2ж) . До такого же уровня возрастает напряжение на выходе элемента ИЛИ 8 (фиг. 2з), открывая по управляющему входу коммутатор 3 аналогового напряжения, который замыкает цепь жесткой положительной обратной связи. При этом

снова вводится гистерезис и тем

самым предотвращается возникновение на выходе дифференциального усилителя 1 релаксационнькс колебаний.

Как и в случае прямого срабатывания жесткая положительная обратная связь действует в течение времени прохождения входного сигнала через линейную зону 2 ДО дифференциального усилителя с«разомкнутой обратной

5 связью (фиг. 2а). Момент окончания прохождения входного сигнала через линейную зону определяется по переходу в другое квазиуфтойчивое состояние дифференциального усилителя

0 4 с разомкнутой обратной связью. Напряжение на прямом выходе дифференциального усилителя 3 падает до нижнего уровня органичения (фиг. 2в), а напряжение на его инверсном йы-,

25 ходе возрастает до верхнего уровня

органичения (фиг. 2б) ., На выходе элемента И 7 напряжение снижается до уровня, соответствующего логическому О (фиг. 2ж). До такого.же

30 уровня снижается напряжение на выходе элемента ИЛИ 8 (фит. з), зак- рывая по управл;1Ю11ему входу коммутатор 3 аналогового напряжения. Цепь жесткой положительной обработки связи размыкается. Гистерезис снимается и тем самым пор&говое устройство подготавливается к прямому срабатыванию. К этому моменту входной сигнал уже прошел через линейную зону 2 ли дифференциального усилителя

0 с разомкнутой обратной связью и релаксационные колебания выходного напряжения порогового устройства возникнуть не могут..

45 Таким образом, при прямом и обратном срабатывании жесткая положительная обратная связь замыкается. только на время прохождения входным сигналом линейной зоны 2лU риффесл ренциального усилителя с разомкнутой обратной связью. Этим достигается предельная для данной скоррсти изменения входного сигнала частота срабатываний порогового устройства.

55

Формула изобретения

Пороговое устройство, содержащее основной обхваченщлй положительной обратнойсвязью и вспомогательный с разомкнутой обратной связью дифференциальные усилители, инвертирую- щий вход основного дифференциального усилителя соединен с резистором, 65от, личающееся тем, что,

С целью увеличения частоты срабатнвания, в него введены два двухвходовых элемента И, элемент ИЛИ, аналоговый коглмутатор и конденсатор, при этом противофазные выходы дифференциальных усилителей соответственно соединены с входами двухвходовых лргйческих элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом аналогового коммутатора, включенного параллельно с конденсатором в цепь положительной обратной связи между входом и выходом основного дифференциального усилителя, неинвертируемые

входы дифференциальных усилителей сое 1щнены с сигнгшьным входом, а инвертируемые входы соединены с шиной опорного сигнала, и с вторым выводом резистора. ., Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

neff. с англ. М. , Связь, 1978, с. 208-213.

Н 03 К 5/24, 26.01.75 (прототип).

быход

лff