Сравнивающее устройство Советский патент 1983 года по МПК G05B1/01 H03K5/24 

(54) СРАВНИВАЮЩЕЕ УСТРОЯСТВО

Изобретение предназначено для оп ределения знака разности между мгновенными значениями двух быстроизменяющихся напряжений или между мгновенным значением быстроизменяющёгося напряжения и постоянным сигналом и может быть использовано в области электроизмерительной и вычислительной техники.

Известно сравнивающее устройство, построенное на основе операционных усилителей 1 .

Однако эти устройства обладают сравнительно небольшим быстродействием. Полоса частот входного сигнала их; также невелика, так как она ограничивается частотной характеристикой многокаскадного усилителя,на основе которого они построены

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, состоящее из дифференциального усилительного каскада, двух переключателей тока, триггера, резисторов и конденсаторов С23.

Однако порог чувствительности известного устройства ограничивается за счет конечного значения коэффициента усиления усилителя и характеристиками элементов триггера. Полоса частот

входного сигнала сравнивающего устройства в значительной степени ограничивается конечной величиной постоянной времени. Если при неизменных емкостях увеличивать сопротивление, то чувствительность устройства повысится, однако сузится полоса частот входного сигнала. С уменьшением сопротивления расширяется полоса частот входноге сигнала, но чувствительность уменьшается. При этом чувствитель-ность снижается не только из-за уменьшения коэффициента усиления усилителя, но и из-за ускорения разряда емкостей.

Целью изобретения является повышение ч вствительности и расширение полосы частот входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в сравнивающее устройство, содержащее триггер и дифференциальный усилитель , выходы которого соединены с первыми входами устройства, а токовые выходы - с информационными входами двух переключателей, первые выходы которых подключены к первым выходам соответствующих конденсаторов, вторые выводы которых подключены к шине питания, введены компаратор, 30 два ключа, два формирователя импульсов и элемент задержки, причем выход первого формирователя импульсов чере алемен задержки подключен к управляющим входам переключателя, а вход соеддинен с вторььм входом устройства и с Входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющими входами ключей и с тактовым входом триггера, информацион1.ЫЙ вход которого подключен к выходу компаратор а, входами соединенного с первыми выходами соответствующих переключателей и с входами соответствующих ключей, выходы которых подключены к шине питания и к вторы1 { выходам переключателей, выходы триггера соединены свыходом устройства. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 диаграммы работы. Устройство содержит дифференци1 ль ный усилитель 1 с токовыми выходами переключатели 2 и 3 тока, конденсато ры С, ключи 4 и 5, компаратор 6/триг гер 7, формирователи 8 и 9 импульсов и элемент 10 задержки. Входные напряжения подаются на входы дифференциального усилителя, выходы триггера являются выходом yci ройстаа , Клемма сигнала управления U.y через :;ю1-)миг-ователь 8 имггульсов и элемент 10 )жки соединена с управля 0 щими входами переключгггелей 2 и З.Эта же ;слемма через фop v1иpoвaтeль 9 импульсов соеддинена с управляющими вхо дами ключей 4 и 5 и с синхровходом триггера 7. Ключи 4 и 5 поддключены параллельно конденсаторам С и соединены с .ами пс:рек; ючателей 2 и и с вход..л-.к компараторе 6. Выходд ком паратора соединен с информационным входом три1гера 7. Выходные токи дифферен1-;иал1..1ого усилителя в завис мости от положения пере1слючателей 2 и 3 подаются либо на емкости С,лиЗо на питстния. работает следующим об состоянии (при Uy О 4 и 5 замкнуты, а пер 3 находятся в нижнем по схеме положении. Выходные токи дифферен;;иапьного усилителя подаютс на шину питания, конденсаторы С раз ряжен . Триггер 7 находится в режим хранения информации, поступившей на него в .1дущем такте. При поступ лении сигнала по г шульсу с формиро вателя 9 им.чульсов производится раз мыкание слючей 4 и 5. Формирователь 8 импульсов формирует короткий импульс стробкрования с длительностью ,r котор|.й через время задержки элемента 10 поступает на управляющи входы пере1(лрча1-елей 2 и 3. Время з держки элемента 10 должно быть дост точным д.чч патнчания г ереходных про цессов, гк::1п;:каюь-;их при paзIvIыкaнии ключей 4 и 5. Во время действия стробирующего импульса токи с выходов дифференциального усилителя заряжают емкости. После окончания строба напряжения на входах компаратора б сохраняются почти без изменения на время задержки его срабатывания;так как ключи 4 и 6 находятся в разомкнутом состоянии. После того как компаратор б сработает, импульсом с формирователя 9 импульсов, его выходной логический сигнал переписывается в триггер 7. Одновременно замыкаются ключи 4 и 5 и схема возвращается в исходное состояние . На фиг. 2 показаны три случая,когда ли 0,ди О иди 0. Здесь t - время задержки элемента 10,t(pдлительность импульса на выходе формирователя 8 импульсов, .t - время задержки срабатывания компаратора. емкостей разряда TQ - период импульсов управления сравнивающего устройства. При условии симметрии схемы знак разности напряжений на входах компаратора буддет одинаков со знаком разности Л U . Благодаря тому, что напряжения на конденсаторах после окончания действия строба сохраняются достаточно долго, задер-чка срабатывания компаратора 6 может быть довольно большой, . при этом можно обеспечить весьма малый порог чувствительности ycTpoi cTва„ При одинаковых условиях (одинако вые дифференциальные усилители, переключатели тока, емкости) порох чувствительности известного устро; ства определяется свойствами триггера, работающего в режиме стопроцентной положительной обратной связк, построение .во многих случаях может привести к сбоям, зависимости значения порога чувствительности от частоты стробирования, т.е. в конечном итоге к снижению чувствительности. Порог чувствительности предлагаемого устройства при тех же условиях определяется свойствами точного,хотя и сравнительно медленного компаратора. Отсюда следует, что чувствительность предлагаемого устройства выше, чем у известного. Полоса частот входного сигнала предлагаемого устройства также шире, чем у известного. Во-первых, эффект Миллера здесь практически не сказывается, так как дифференциальный усилитель не работает в режиме усилителя напряжения. Во-вторых, ширина полосы входного сигнала в известном устройстве в значительной степени зависит от апертурной неопределенностя. Сравним известное и предлагаемое устройства по этой характеристике. Пусть на входе действует синусоидальный разностный бигнал вида U(i).t, Погрешность, возникающая и:-за апертурной неопределенности, равна M -t-to. Максимум ее будет составлять с, . Погрешность известного устройств возникающая из-за конечности значен t, равна , (Сравним выражения (1) и (2). Для упрО1аения и наглядности примем конк ретные цифры. Пусть частота входног сигнала равна 1 МГц, Ю не. Расчет относительной погрещности по выражению (2 ) дает ,04%. Га же погрешность в известном ус ройстве может быть получена при апе турном времени -tpCuO, нм. Или же, если принять а максимальная частота входного сигнала при «fa 0,04% составит JP.CMMru. Таким,образом, при погрешности fa - 0,04% и ширине полосы частот входного сигнала,1 МГц в известном устройстве необходимо обеспечить id 0,1 НС, что весьма затруднител но. В предлагаемом устройстве те же характеристики могут быть получены при сравнительно небольших требованиях к стробирующему импульсу (t-.ro « 10 нсХ, Следовательно, при прочих пример но равных условиях предлагаемое уст ропство обеспечивает более широкую полосу частот входного сигнала. Формула изобретения Сравниваквдее устройство, содержащее триггер и дифференциальный усилитель , выходы котороЬо соединены с первыми входами устройства, а токовые выходы о информационными входами двух переключателей, первые выходы которых подключены к первым выводам соответствующих конденсаторов, вторые выводы которых подключены к шине питания, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения полосы частот входногоСигнала,- в него введены компаратор, два ключа,два формирователя импульсов и элемент задержки , причем выход первого формирователя импульсов через элемент задержки подключен к управляющим входам переключателей, а вход соединен с вторым входом устройства и с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющими входами ключей и с тактовым входом триггера, информационный вход кo торого подключен к выходу компаратора, входами соединенного с первыми входами соответствующих, переключателей и с входами соответствующих ключей, выходы которых подключены к шине питания и к вторым выходам переключателей, выходы триггера соединены с выходом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шило В.Л. Линейные интегргшьные схемы в ргвдиоэлектронной аппаратуре, М., Сов. радио, 1979. 2.Вахтиаров Г.Д. и др. Аналогоцифровые преобразователи. М., Сов. радио-,, 1980, с. 115-121 (прототип).

и.

01

Ue(

fjL

tp

,-Uz

TO

temp

C

/

L

I r (.,

Uc7Ua ) {UU70}

a

t