Частотный компаратор

 

Компаратор относится к устройствам сравнения аналоговых сигналов, формирующих результат сравнения в виде импульсного сигнала, частота которого пропорциональна разности входных сигналов, и может найти применение при сравнении сигналов, поступающих от двух независимых встречно включенных источников, имеющих общую точку. Целью изобретения является повышение выходной мощности компаратора. Это достигается тем, что в компараторе два независимых электрических сигнала встречно подаются на его входы. Разность этих сигналов перераспределяет потенциальные барьеры диодов блока сравнения . ЭДС полоткительной и отрицательной обратных связей, индуцированные вторичной обмоткой трансформатора в блокинг-генераторе, снимаются с вторичных обмоток трансформатора в блоке сравнения и прикладьгоаются встречно через соответствующие диоды блока сравнения и проходные конденсаторы к базам транзисторов элемента ИЛИ. Этот элемент усиливает поступающие на его входы напряжения, затем суммирует их на общей коллекторной нагрузке и подает суммарное напряжение на вход триггера Шмитта. Усиленное в нем напряжение через конденсатор поступает на базу транзистора блокинг-генератора. Этот транзистор формирует лавинно нарастакщие фронты сигналов при критических значениях ЭДС обратных связей. Такие значения ЭДС принимают в процессе разряда конденсатора блокинг-генератора , заряд которого осуществляется импульсом отрицательной полярности при срабатьшании триггера Шмитта в процессе формирования лавинно нарастающего фронта сигнала на выходе компаратора . Перераспределение потенциальных барьеров диодов блока сравнения приводит к изменению сравниваемых напряжений и к изменению коэффициентов обратных связей, изменяющих частоту следования импульсов на выходе комцаратора. 2 ил. с W с 1чэ со со С35 оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15Р 4 G 05 В 1/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3627727/24-24 (22) 26,07.83 (46) 23.06.86. Бюл. ¹- 23 (72) Б.Б.Иванов (53) 621.374.335(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 696405, кл. G 05 В 1/01, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 6!7772, кл. С 05 В 1/01, 1976. (54) ЧАСТОТНЬП1 KOMIIAPATOP . (57) Компаратор относится к устройствам сравнения аналоговых сигналов, формирующих результат сравнения в виде импульсного сигнала, частота которого пропорциональна разности входных сигналов, и может найти применение при сравнении сигналов, постуПающих от двух независимых встречно включенных источников, имеющих общую точку. Целью изобретения является повьппение выходной мощности компаратора. Это достигается тем, что в компараторе два независимых электрических сигнала встречно подаются на его входы. Разность этих сигналов перераспределяет потенциальные барьеры диодов блока сравнения, ЭДС положительной и отрицательной обратных связей, индуцированные вторичной обмоткой трансформато„„SU„„1239681 ра в блокинг-генераторе, снимаются с вторичных обмоток трансформатора в блоке сравнения и прикладываются встречно через соответствующие диоды блока сравнения и проходные конденсаторы к базам транзисторов элемента

ИЛИ. Этот элемент усиливает поступающие на его входы напряжения, затем суммирует их на общей коллекторной нагрузке и подает суммарное напряжение на вход триггера Шмитта.

Усиленное в нем напряжение через кон" денсатор поступает на базу транзистора блокинг-генератора. Этот транзистор формирует лавинно нарастающие фронты сигналов при критических значениях ЭДС обратных связей. Такие значения ЭДС принимают в процессе разряда конденсатора блокинг-генератора, заряд которого осуществляется импульсом отрицательной полярности при срабатывании триггера Шмитта в процессе формирования лавинно нарастающего фронта сигнала на выходе компаратора. Лерераспределеиие потенциальных барьеров диодов блока сравнения приводит к изменению сравниваемых напряжений и к изменению коэффициентов обратных связей, изменяющих частоту следования импульсов на выходе компаратора. 2 ил.,1, !2

Йзобретение относится к устройствам сравнения аналоговьгх сигналов, формирующих результат сравнения в виде импульсного сигнала, частота которого пропорциональна разности входных сигналов, и может найти примене— ние при сравнении сигналов, поступающих от двух независимых встречновключенных источников, имеющих общую точку.

Цель изобретения — поньппение выходной мощности компаратора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема компаратора; на фиг.2 — функциональная схема компаратора с дополнительным компенсирующим входом.

Компаратор содержит первую 1 и вторую 2 входные клеммы, блок 3 сравнения, блокинг-генератор 4, четвертый 5 и третий 6 конденсаторы, элемент ИЛИ 7, триггер 8, первый 9 и нторой 10 диоды, трансформатор 11, первую 12, вторую 13 и третью 14 обмотки трансформатора 11, транзистор

15, второй 16 и первый 17 конденсаторы, первый 18 и второй 19 резисторы, транзисторы 20 и 21, резисторы

22 — 24, транзисторы ?5 и 26, резисторы 27 и 28, конденсатор 29, резисторы 30 и 31, источник 32 напряжения питания, первую 33 и вторую 34 клеммы питания, первую 35 и вторую 36 входные и выходная 37 клеммы элемента ИЛИ 7, первую 38 и вторую 39 клеммы питания, входную 40 и выходные 41 и 42 клеммы триггера 8, компенсирующий вход 43, стабилизирующий элемент 44, усилитель 45, буферный усилитель 46, транзистор 47, резистор

48, транзистор 49, резисторы 50 и 51 конденсатор 52, резисторы 53 — 55 и конденсатор 56.

Блок 3 сравнения содержит первый

9 и второй 10 диоды, соединенные с первой 1 и второй 2 входными клемма— ми чаСтотного компаратора, а также с первыми выводами первой 12 и второй 13 обмоток (т.е. обмоток положительной и отрицательной обратньгх связей) трансформатора 11, вторые выводы которых соединены между собой согласно в общей точке.

Блокинг-генератор 4 содержит третью обмотку 14 (т.е. обмотку положительной обратной связи) трансформатора ll, нагруженную на транзистор !

5, второй (зарядный) конденсатор

16, формирующую Rc-цепь, содержащую первый конденсатор 17, первый резисэ второй резистор 19

Я2

=CU, где С вЂ” постоянный коэффициент.

50 Зависимость между динамическим коэффициентом усиления по напряжению

К и запирающим напряжением U вы9 ражается формулой

U, = К„С ZÄ(p-1), (2) где Z — сопротивление коллекторной нагрузки;

39 68! тор 18 и смещения.

В качестве триггера 8 применяют триггер П!митта, содержащий транзисторы 25 и 26, резисторы 27, 28 и 30

5 коллекторной и общей эмиттерной нагрузок, зарядный конденсатор 29 и резистор .31 смещения.

Стабилизирующий элемент 44 выполнен на транзисторе по схеме с общим коллектором, выходом с эмиттера и базой, соединенной с компенсирующим входом 43.

Усилитель 45 собран на транзисто ре 47 и резисторе 48 коллекторной нагрузки.

Буферный усилитель 46 выполнен на транзисторе 49 и содержит входной делитель на резисторах 50 и 51, конденсатор 52„ резистор 53 коллекторной нагрузки, выходной делитель из реэис. торов 54 и 55 и конденсатор 56, соединяющий коллектор с выходом.

Техническим приемом дпя эффективного аналого-частотного преобразования, т.е. для снижения энергии сигналов, к электрическим потенциалам которых известный компаратор имеет предельную чувствительность, является использование закономерности, объясняемой применением кинетической теории к носителям зарядов, преодолевшим противодействующий суммарный потенциал приложенного запирающего нап. ряжения и барьерного потенциала контактирующих поверхностей полупроводников базового перехода. Статистичес. кая активность таких зарядов, т.е. достаточность запасенной энергии для

40 преодоления противодействующего суммарного потенциала, принодит к появлению тока через базовый переход: электронный для р-и-р — транзистора и дырочный для A --0 h-транзистора. Зависимость базового тока Хр от запирающе45 го базового напряжения U> выражается формулой

1 12396 коэффициент передачи тока, т.е. при убывании запирающего напряжения 11 коэффициент усиления Кн возрастает по параболическому закону.

Коэффициент обратной связи блокинг-генератора 4 является произведением коэффициента усиления транзистора 15 блокинг-генератора 4 при его заданном базовом смещении в невозбужденном состоянии на результирующий коэффициент трансформации трансформатора ll и на коэффициенты усиления всех усилительных звеньев в компараторе. Если коэффициент обратной связи превьппает единичное значение, то блокинг-генератор 4 возбуждается и начинает генерировать импульсы. Увеличение коэффициента об- . ратной связи блокинг †генерато 4 в

20 силу закономерности (2) приводит к ускорению моме««та достижения коэффициентом обратной связи своего критического значения, которое незначительно превьппает единицу. При уменьшении коэффициента обратной связи блокинг-генератора 4 до величины, меньшей единицы, проходит срыв регенерации, ".е. дегенерация. Генерация импульсов с возможностью их дегене30 рации характеризует данный компаратор как регенера1ивный.

Компаратор работает следующим образом.

Два независимых электрических сигнала подаются встречно на входные клеммы 1 и 2 частотного компаратора.

Разность потенциалов этих сигналов перераспределяет потенциальнь«е барье ры первого и второго (сравниваюших) диодов 9 и 10, ЗДС передаточных связей, индуктированные с третьей обмотки 14 трансформатора Il, снимаются с первой и второй обмоток 12 и 13 положительной и отрицательной связей и встречно прикладываются через соот. 4 ветственно диодь1 9 и 10, третий и четвертый (проходные) конденсаторгп

6 и 5 на базы транзисторов 21 и 20 элемента ИЛИ 7. Элемент ИЛИ 7 усили— вает поступившие на его входы сигналы, суммирует их на общей коллектор— ной нагрузке-резисторе 22. Выходной сигнал элемента ИЛИ 7 с резистора 22 поступает на вход триггера 8, т.е. на базу транзистора 25. Вь«ходной сиг- нал триггера 8 с его выходной клеммы

41 поступает через второй конденсатор 16 на базу транзистора 15 бло—

8I 4 кинг-генератора 4. Транзистор 15 формирует лавинно на13астающие фронты импульсов при критических значениях ко3фф«ппиентов обратных связей через первую и втору«о обмотки 12 и 13 трансформатора ll, которые достигаются в процессе разряда второго конденсатора 16. Заряд второго конденсатдра 1б осуществляется импульсом отрицательной полярности, формируемым на выходной клемме 41 триггера 8 в момент его срабатывания.

Перераспределение потенциальных барьеров первого и второго диодов 9 и 1О приводит к изменению сигналов на входах элемента ИЛИ 7. Это изменение приводит к изменению коэффициента обратной связи компаратора, который изменяет частоту следования импульсов в выходном сигнале триггера

8, т.е. осуществляет их регенерацию на выходе частотного компаратЬра.

Частотнь«й компаратор (фиг.2) до— полнительно управляется по компенсирлощему входу 43. Сигнал, поступивший на вход стабилизирующего элемента 44, задает амплитуду импульсов на выходе усилителя 45, работающего в кл«очевом режиме. Входной ключевой режим усилителя 45, а также согласование по фазе сигналов, снимаемых с выходом триггера 8, осуществляет буферный усилитель 46. Входной ключевой режим буферного усилителя 46 и прохождение указанных сигналов обеспечивается делителем из резисторов

50 и 51 и конденсаторов 52, а выходной ключевой режим — резисторами 54 и 55 и конденсатором 56, Уменьшение амплитуды отрицательных импульсов, приложенных к второму конденсатору

16 блокинг-генератора 4, вызывает ускорение моментов наступления крити. ческих значений коэффициентов обратных связей через обмотки 12 и 13 трансформатора 11 и увеличение частоты следования импульсов выходного сигнала компаратора, снимаемого с коллектора транзистора 49 буферного усилителя 46.

Указанные отличительные особенности позволяют примерно на порядок повЫсить выходную мощность компаратора

Указанный положительный эффект позволяет снизить требования к энергии входных сигналов, к электрическим поте«щиалам которых компаратор имеет предельную чувствительность, Достиг. нутый эффект повьппает технические

39681

5 12 возможности компаратора, что дает ему преимущества при использовании в; автоматическом комплексе по перера-,. ботке информации в виде электрических сигналов от материальных источников.

Введение компенсирующего входа в компаратор расптиряет его технические возможности до применения в автоматических компенсирующих устройствах с целью получения аналогового сигнала

I в прямой функции от разности входных сигналов, что означает усиление сигнала.

Формула изобретения

Частотный компаратор, содержащий элемент ИЛИ, триггер, источник напряжения питания, подключенный клеммами к клеммам питания элемента ИЛИ и триггера, первый и второй диоды, подключенные катодами соответственно к первой и второй входным клеммам частотного комларатора„ а анодами — к первым выводам, соответственно, первой и второй обмоток трансформатора, вторые выводы которых соединены между собой и с первой обкладкой первого конденсатора, соединенного второй обкладкой с первым выводом первого резистора, соединенного вторым asianдом с первой клеммой источника напр жения питания, и третью обмотку трансформатора, соединенную первым выводом с коллектором транзистора, отличающийся тем, что, с целью повьппения выходной мощности компаратора, в нем дополнительно установлены второй, третий и четвертый

10 конденсаторы и второй резистор, соединенный первым выводом с вторым выводом первого резистора, а вторым выводом — с первой обкладкой второго конденсатора и базой транзистора, со15 единенного эмиттером с первой обкладкой первого конденсатора, подключенного второй обкладкой к второму выводу третьей обмотки трансформатора, вторая клемма источника напряжения

20 питания соединена с вторым выводом первой обмотки трансформатора, вторая обкладка второго конденсатора соединена с выходной клеммой триггера, соединенного входной клеммой с выходной клеммой элемента ИЛИ, подключенного первой и второй входными клеммами к первым обкладкам соответственно третьего и четвертого конденсаторов, подключенных вторыми обЗ0 кладками соответственно к первой и второй входным клеммам частотного к омпар атор а.

1239681

Составитель 10. Гладков

Техред О.Гортвай Корректор В.Бутяга

Редактор Н.Рогулич

Заказ 3395/48

Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4