Пороговое устройство

 

„„SU„„103720

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

31Ю 6 0 В 1/01

»»: . 1» »

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ -НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

: ° ° 1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЯТЕЛЬСТБУ (54)(57). ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее операционный усилитель, первый вход которого подключен к источнику входного напряжения, двухполярный источник питания, выводы которого связаны с соответствующими выводами питания операционного усилителя, а

Фиг.1 (21) 3426171/18-24 (22) 19,04.82 (46) 23.08.83, Вюл. N 31 (72) В.А.Конофьев, В.Н.Рябоконь и А.И.Уразов (53) 62-.50(088.8) (56) 1. Грейм. Изменение гистерезиса компаратора независимо. от порогового ° уровня. - "Электроника", N 10, M., "Нир", 1973, с.59.

2. Авторское свидетельство СССР

N 459847, кл.. G 05 В 1/01 1975 (прототип) ° общая точка - с общим выводом устройства, источник опорного напряжения, между первым и вторым выводами которого включены последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, а второй вывод источника опорного напряжения связан с общим выводом устройства, и ключ, первый вывод которого соединен с выходом операцион ного усилителя, второй " с общим выводом устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и стабильности соотношения порогов во всем диапазоне входного сигнала, в него введен четвертый резистор, включенный между общей точкой соеди- а нения первого и второго резисторов и третьим выводом ключа, а общая точка соединения второго и третьего резисторов подключена к второму входу операционного усилителя, C

1037203 2 рован ключом, управляемым сигналом с выхода операционного усилителя, Недостатками известного устройства являются невысокая точность и стабильность соотношения порогов в области малых значений входного сигнала, ограниченный диапазон возможных значений соотношения порогов и формирование выходной характеристики только

0 гистерезисного вида.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в автоматических системах регулирования и контроля.

Одним из путей повышения помехоустойчивости автоматических систем управления и контроля при сохранении их быстродействия является использование пороговых устройств с выходными характеристиками гистерезисного вида. 1

Возможность повышения точностных характеристик таких систем в значительной степени определяется достижимыми точностью и стабильностью ко-. эффициента возврата (Кв) пороговых устройств, определяемого как соотношением напряжения порога отпускания (Uö ) к напряжению порога срабатываййЯ (U ) и К g= 0<)тп /U

Величина коэффициента возврата может устанавливаться в пределах

0 (1Кв! 1, При этом устанавливаемый диапазон допусков на величину коэффициента возврата в относительных единицах обычно в несколько раз 25 меньше диапазона допусков на напряжение порога срабатывания.

Известно пороговое устройство на основе операционного усилителя, использующее положительную обратную З0 связь для формирования гистерезисной характеристики (1 )

Однако это устройство характеризуется недостаточной точностью установки коэффициента возврата, требую35 щеи индивидуальной регулировки после изготовления устройства или замены неисправного элемента схемы, .и недостаточной стабил ьност ью коэффициента возврата в процессе эксплуатации (погрешность коэффициента возврата превышает 73), Наиболее близким по технической сущности к изобретению является поро" говое устройство на основе операцион45 ного усилителя, содержащее ключ, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, один вход которого соединен с источником входного сигюала, а второй - с резистивным делителем напряжения и через один.из

50 резисторов делителя напряжения - с источником опорного напряжения Г23 .

В известном устройстве, с целью устранения влияния регулировки поро- 55

roe на режимы работы схемы и повышения стабильности порогов, один из ре" зисторов делителя напряжения зашунтиЦель изобретения - повышение точности и стабильности соотношения порогов во всем диапазоне изменения входного сигнала, расширение возможного диапазона значений соотношения порогов и обеспечение возможности формирования выходной характеристики как гистерезисного вида, так и вида допусковоro контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в пороговом устройстве, содержащем операционный усилитель, первый вход которого подключен к источнику входного напряжения, двухполярный источник питания, выводы которого связаны с соответствующими выводами питания операционного усилителя, а общая точка - с общим выводом устройства, источник опорного напряжения, между первым и вторым выводами которого включены последовательно соединенные. первый, второй и третий резисторы, а второй вывод источника опорного напряжения связан с общим выводом устройства, и ключ, первый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, второйс общим выводом устройства, введен четвертый резистор, включенный между общей точкой соединения первого и второго резисторов и третьим выводом ключа, а общая точка соединения второго и третьего резисторов подключена к второму входу операционного усилителя, I

На фиг.1 представлена схема предложенного устройства; на фиг.2 — выходная характеристика порогового устройства с гистерезисом; на фиг.3 схема предложенного устройства с характеристикой допускового контроля; на фиr.4 - выходная характеристика порогового устройства допускового контроля.

Пороговое устройство (фиг.1, фиг;3) содержит операционный усилитеЛь 1, ключ 2 на транзисторе 3 и резисторе 4, делитель напряжения на резисторах 5-7

03 ф

UÄ„- остаточное напряжение на замкнутом ключе 2; йв - сопротивление резистора 8.

При уменьшении амплитуды входного сигнала до напряжения О. „ усилитель 1 скачком изменяет floBHpHocTb выходного напряжения, ключ 2 размыкается и на инвертирующем входе усилителя 1 вновь устанавливается опорное напряжение порога срабатывания

U, т.е. восстановилось исходное состояние устройства.

Пороговое устройство (фиг .3) с выходной характеристикой вида допуско" .вого контроля (фиг.4) работает следующим образом, При достижении входным напряжением (совпадающей с напряжением Е пои лярностью) величины напряжения U ср усилитель 1 скачком изменяет полярность выходного напряжения, При этом ключ 2 открывается и шунтирует через резистор 8 резисторы 6 и 7 делителя, уменьшая опорное напряжение на входе усилителя 1 до напряжения порога отпускания

"отп . "от п.ною+ где

RqR рт цю г1

RsR a а=и

3 10372 и резистор 8, двухполярный источник

9 питания, источник 10 опорного напряжения, источник 11 входного напряжения.

Пороговое устройство (фиг.1) с выходной характеристикой гистерезисного вида (фиг.2) работает следующим образом.

Выбор полярности источника 10 опорного напряжения определяет по- 10 лярность выходного напряжения усилителя 1 в исходном "остоянии и тип проводимости транзистора 3. При положительной полярности используется транзистор и-р-и типа и выходное напряжение усилителя 1 в исходном состоянии имеет отрицательную полярность. При отрицательной полярности используется транзистор р-и-р типа и выходное напряжение усилителя 1 в исходном состоянии имеет положительную полярность.

Таким образом, в исходном состоянии на выходе усилителя 1 устанавливается напряжение, запирающее ключ 2. г5

При этом на инвертирующем входе усилителя 1 опорное напряжение порога срабатывания определяется выражением

U = Е

R. т сР пр6+ 6+

30 где R>, Й и R>- соответственно сопротивления резисторов 5, 6 и 7;

Е„- напряжение опорного источни ка.

В данной формуле по тем же соображениям, что и для известного устройства не учтено шунтирующее влияние

Ю конечного сопротивления разомкнутого 40 ключа 2.

В данной схеме, как и в предыдущем варианте, при положительной полярности напряжения Е„ используется транзистор и-р-и типа, а при отрицательной - транзистор р-и-р типа. Отличие состоит в том, что полярность ..выходного напряжения усилителя 1 в йсходном состоянии соответствует полярности напряжения Е„.

В исходном состоянии на выходе усилителя 1 устанавливается напряжение, отпирающее ключ 2. При этом на. неинвертирующем входе усилителя 1 ус тановится опорное напряжение меньшего порога Uî„

При достйжении входным сигналом (совпадающей с напряжением E„ полярностью) величины напряжения U ампотп литуда выходного напряжения усилителя 1 уменьшается до прямого напряжения эмиттер-база транзистора 3. Дальнейшее увели чение входного си гнала вызывает уменьшение выходного напряжения усилителя 1. При этом транзистор 3, находясь в линейном режиме работы, обеспечивает соответствие опорного напряжения величине входного сигнала за счет уменьшения шунтирующего воздействия на резисторы 6 и T делителя напряжения. Таким образом, усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью и находится в линейном режиме работы. Линейный режим работы усилителя 1 сохраняется до тех пор, пока его выходное напряжение не уменьшиться до напряжения порога нечувствительности транзистора 3. При этом обратная связь размыкается и усилитель 1 переходит в компараторный режим работы, При этом на неинвертйрующем входе усилителя 1 установится напряжение большего порога срабаты1037203 вания Qp . При превышении входным сигналом опорного напряжения Ос„выходное напряжение скачком нарастает до максимального значения и имеет полярность, противоположную полярнос- 5 ти этого напряжения в исходном состоянии устройства. При уменьшении входного сигнала до напряжения U . выходное напряжение усилителя 1 скачком уменьшается и усилитель работает в линейном режиме. При уменьшении вход" ного сигнала до напряжения U „ выходное напряжение усилителя 1 скач" ком нарастает до максимального значения и имеет полярность, соответствующую полярности в исходном состоянии устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется повышенной точностью и стабильностью соотношения порогов в области малых значений входного сигнала, расширенным диапазоном возможных значений соотношения. порогов и обеспечивает возможность формирования выходной характеристики двух видов-- гистерезисного вида и вида допускового контроля, чем и обеспечивается достижение поставленной цели, Технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с известным состоит: в повышении точности и стабильности соотношения порогов на один-два порядка при работе с входными сигналами малого уровня (за счет уменьшения влияния технологического разброса и нестабильности остаточного напряжения ключа и нестабильности напряжения опорного источника); в расширении диапазона возможных значений соотношения порогов; в расширении функциональных воэможностей за счет обеспечения универ- . сальности устройства, позволяющей формировать выходную характеристику как гистереэисного вида, так и вида допускового контроля.

1037203

Составитель Г.Нефедова

Редактор В,Лазаренко Техред H.Надь Корректор В.Бутяга

Заказ 6008/48 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4