Пороговое устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик ()984025. т .

//: —" г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030380 (21) 2887141/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 231282, Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 231282

)са) М g+ з

Н 03 К 5/24

Гэ 05 В 1/01

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3) УДК 621. 374. . 34 (088. 8) А.В. Антонов, В.В. Будников и В.N. Герасийов э э э

4» (72) Авторы изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиофизики и электроники

АЕ1 Украинской CCP (71) Заявитель (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. Сигнал и опорное напряжение подаются через резисторы соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя (13.

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

J положительная обратная связь действует только в переходный период, в выходной характеристике компаратора отсутствует гистереэис. Однако этот же механизм действия гибкой положительной обратной связи приводит и к отрицательному эффекту, заключающемуся в том, что, когда время прохождения сигнала через линейную зону операционного усилителя с разомкнутой обратной связью превышает время срабатывания данного, компаратора, на выходе последнего возникают релаксационные колебания.

15 Наиб ее близким по теХиической сущности к изобретению является,пороговое устройство, содержащее дифференциальный усилитель, обхваченный положительной обратной связью, в последовательную цепь которой введено вычитающее устройство, входы которого объединены через распределенную линию задержки ° На неинвертирующий вход дифференциального усилителя подается сигнал, а инверти- . рующий вход нагружен на резистор.

Величина порога срабатываяия устройства определяется падением напряжения на резисторе от выходного тока

®0 вычитающего устройства. Положитель4025 лк целя 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

20, ИЛИ 8, выход которого подсоединен и управляющему входу коммутатора 3 аналогового напряжения.

Работает пороговое устройство следующим образом.

Сигнал Uc (Фиг..2а} подается на

2- вход "Вход 1" устройства. Пороговый, уровень U» (фиг. 2а} задается подключаемым ко входу "Вход 2" внешним источником переменного напряжения.

B йсходном состоянии, когда

3Î U < U» — йУ, прямой выход дифференцйального усилителя 1 имеет низкий потенциал (фиг. 2д}, а инверсный выход дифференциального усилителя 4высокий (фиг. 2б}. При. этом выход35 ное напряженке элемента И б соответствует логическому "0" (фиг. 2е}.

Аналогично, на инверсном выходе дифференциального усилителя 1 имеем высокий потенциал (Фиг. 2г}, а. на

4п прямом выходе дифференциального усилителя 4 — низкий (фиг., 2в} . Выходное напряжение элемента И 7 также соответствует логическому "0" (фиг. 2ж}. Значит логическому "0" соответствует и выходное напряжение элемента ИЛИ 8 (фиг. 2з}. Коммутатор 3 аналогового напряжения закрыт по управляющему входу. Цепь жесткой положительной обратной связи дифференциального усилителя 1 разомкнута. Гистерезис отсутствует, При нарастании сигнала Бс до зна чения Ц -b,U (фиг. 2а} возникает регенеративный процесс, переводящий дифференциальный усилитель 1 в дру55 гое квазиустойчивое состояние. Гибкая положительная обратная связь при этом обеспечивается резистором

5 и емкостью 2. Напряжение на прямом выходе дифференциального усилиgg теля 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 у элемента И б напряжение возрастает

Ф

3 98

1 ная обратная связь в данном пороговом устройстве действует в течение времени задержки распределенной линии. При этом на укаэанный промежуток времени в пороговое устройство вводится гистерезис и тем самым предотвращается возникновение на

его выходе реликсационных колебаний 2 1.

Однако извес. гное пороговое устройство имеет невысокую частоту срабатываний, определяемую временем задержки распределенной линии, которое 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 устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в пороговое устройство, содержащее основной обхваченный положительной обратной связью и вспомогательный с разомкнутой обратной связью .дифференциальные усилители, инвертирующий вход основного диффе.ренциального усилителя соединен с резистором, введены два двухвходовых элемента И, элемент ИЛИ, аналоговый коммутатор и конденсатор, при этом противофазные выходы дифференциальных усилителей соответственно соединены с входами двухвходовых логи ческих 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 соединены с сигнальным вхбдом„ а инвертируемые входы соединены с шиной опорного сигнала и с вторым выводом резистора.

На фиг,. 1 представлена принципиальная схема порогового устройства; на фиг. 2 — графики кривых, поясняющих его работу.

Дифференциальный усилитель 1 обхвачен положительной обратной связью, в которую включен зашунтированный емкостью 2 коммутатор 3 аналогового напряжения. Неинвертирующие входы дифференциального усилителя 1, об-, хваченного положительной обратной связью., и дифференциального усилителя 4 с разомкнутой обратной связью соединены с сигнальным входом "Вход

1". Инвертирующий вход дифференциального усилителя 1i, обхваченного положительной обратной связью, соединен 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 положительной обратной связью, и инверсный выход дифференциального усилителя 4 с разомкнутой обратной связью подсоединены ко входам двухвходового логического элемента И б.

;1налогично, инверсный выход диффе-, ренциального усилителя 1, обхваченного положительной обратной связью, и прямой выход дифференциального уси 984025. до уровня, соответствующего логической "1" (фиг. 2е). До такого же уровня возрастает напряжение на вы- . ходе элемента ИЛИ 8 (фиг. 2з), открывая по управляющему входу коммутатор 3 аналогового напряжения, который. замыкает цепь жесткой положительной обратной связи. При этой вводится гистерезис и тем самым предотвращается возникновение на вы-, ходе дифференциального усилителя 1 релаксационных колебаний.

Жесткая положительная обратная связь действует в течение времени прохождения входного сигнала через линейную зону 2 И 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 х<е -параметры, как и дифференциальный усилитель 1. При этом напряжение на прямом выходе дифференциального усилителя 4 возрастает,-до верхнего уровня ограничения (фиг. 2в) а напряжение на его инверсном выходе падает до нижнего уровня ограни.чения (фиг. 2б). На выходе элемента

И 6 напряжение падает до уровня, соответствующего логическому,"0" (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 25U дифференциального усилителя с разомкнутой обратной связью и релаксационные колебания выходного напряжения порогового устройства возникнуть не могут.

Аналогичным образом работает пороговое устройство и при обратном срабатывании. При уменьшении сигнала U до значения U + 6U (Фиг-. 2a) за счет гибкой положительной обратной связи возникает регеМеративный процесс, переводящий дифференциальный усилитель 1 в противоположное квазнустойчивое 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 выходе 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 комму.татор 3 аналогового напряжения, который заьыкает- цепь жесткой положительной обратной связи. При этом снова вводится гистерезис и тем самым предотвращается возникновение на выходе дифференциального усили1 теля 1 релаксационных колебаний.

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

35 связью (фиг. 2а). Момент окончания прохождения входного сигнала через линейную зону определяется по переходу в другое- квазиудтрйчивое сос- тояние дифференциального усилителя

Щ 4 с разомкнутой обратной связью.

Напряжение на прямом выходе диффе» ренциального усилителя 3 падает до нижнего уровня органичения (Фиг. 2в), а напряжение на его инверсном вы-. ходе возрастает до верхнего уровня органичеиия (фиг. 26) . На выходе элемента И 7 напряжение снижается до уровня, соответствующего логическому "0" (фиг. 2ж) . До такого,же

ЗО уровня снижается напряжение на выходе элемента ИЛИ 8 (фиг. 1з), зак- . рывая по управляющему входу комМутатор 3 аналогового напрят<ения. Цепь жесткой положительной обработки связи размыкается. Гистерезис снимается и тем самым порЬговое устройство подготавливается к прямому срабатываниго. К этому моменту входной сигнал уже прошел через линейную зону

2 bU дифференциального усилителя 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 2 д U диффе5О

О ренциального усилителя с разомкнутой обратной связью. Этим достигается предельная- для данной скоррсти из-, менения входного сигнала частота срабатываний порогового устройства.

Формула изобретения

Пороговое устройство, содержащее основной обхваченный положителЬной обратной связью и вспомогательный с разомкнутой обратной связью дифференциальные усилители, инвертирую-щий вход основйого дифференциального усилителя соединен с резистором, 45 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 984025 с целью увеличения частоты срабаты-вания, в него введены два двухвходощас элемента И, элемент ИЛИ, аналоговый коммутатор и конденсатор, при этом противофазные выходы дифференциальных усилителей соответст. венно соединены с входами двухвходовых логических 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 соецинены с сигнальным входом, а инвертируемые входы соединены с шиной опорного сигнала, и с вторым. выводом резистора.

5, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ленк Дж. Руководство для пользователей операционных усилителей.

30 Пер. с англ. М,, "Связь", 1978, с. 208-213.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 527819, кл. G 01 В 1/01, H 03 К 5/24, 26.01.75 (прототип).

Фиг. 2

Составитель В. Якимов.

Редактор В. Лазаренко Техред М.Гергель КоррЕктор,.Н. Король

Заказ 9955/74 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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