Компаратор с коррекцией смещения нуля

Союз Советских Социалистицеских РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нц 783748 Ж ф 1 у/(22) Заявлено 290179 (21) 2718521/18-24с присоединением заявки Йо(51)М. Кл.з 6 05 В 1/01 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) КОМПАРАТОР С КОРРЕКЦИЕЙ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ Изобретение относится к областиизмерительной техники и электроникии может быть использовано в компараторах, аналого-цифровых преобразователях, где требуется высокая точность 5сравнения напряжений.Известны компараторы с периодической коррекцией смещения нуля, выполненные на операционных усилителяхс цепями коррекции смещения нуля 1 Ц 21, 1,0Известные компараторы имеют недостаточную точность.Наиболее бликзим по техническойсущности к предложенному являетсякомпаратор с коррекцией смещения нуля 15содержащий дифференциальный усилитель,буферный усилитель, конденсатор иключи 3,Основные недостатки прототипа за ключаются в следующем. При появлении больших сигналов на входе компаратора входной каскад его выходит иэ линейного режима и конденсатор на входе перезаряжается, Кроме этого, конден сатор шунтирует один из входов компаратора, что приводит к снижению коэффициента подавления синфазного сигнала. Все это ведет к потере точности сравнения напряжений. Поскольку ем кость запоминающего конденсатора неможет быть выбрана слишком большойиз-за указанных недостатков, то вкомпараторе отношение рабочего циклак корректирующему невелико. При коррекции смещений необходимо отдельновцделять и компенсировать потенциальную и токовую составляющие, т.е. необходимы две различные схем,т коррекции, С целью уменьшения влияния конденсатора на точность сравнения напряжений, включают схемы развязки между конденсатором и входом компаратрра.Но такие схеьы не решают кореннымобразом задачу повышения точностисравнения, так как один из входов компаратора оказывается зашунтированнымсхемой коррекции, которая также оказывает влияние на точность сравненияеще и эа счет снижения коэффициентасинфазного подавления сигнала.Цель изобретения - повышение точности сравнения напряжений,Эта цель достигается тем, что вкомпаратор с коррекцией смещения нуля,содержащий дифференциальный усилитель,входной каскад которого выполнен наполевых транзисторах, включенных подифференциальной схеме с нагруэочными резисторами в цели стоков поле 783748вых транзисторов, выход дифференциального усилителя соединен со входомбуферного усилителя, ключ на полевом транзисторе, сигнальный вход которого через ограничивающий резисторподключен к выходу буферного усилителя, выход через накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, а управляющий вход связан сшиной управляющих сигналов, и источник питания, введены резистор разбалаиса, резисторный делитель напряжейия, управляемый резистор на полевом транзисторе и согласующий каскадна полевом транзисторе, выход которого подключен к управляющему входууправляемого резистора на полевом 5транзисторе, включенного между плюсовой шиной источника питания и средним выводом резисторного делителя напряжения, подключенного параллельнанагрузочному резистору в цепи стока Щодного из полевых транзисторов входного каскада дифференциального усилитеЛя, параллельно нагрузочному резистору в цепи стока другого полевоготранзистора входного каскада котсрого включен резистор раэбаланса, причем вход согласующего каскада на полевом транзисторе соединен с выходомклЮча на полевом транзисторе.Схема предложенного компаратораприведена на чертеже.Компаратор содержит дифференциальный усилитель 1,входной каскад которого выполнен на полевых транзисторах2 и 3, в стоковые цепи которых включены нагрузочные резисторы 4 и 5.Па- З 5раллельно нагрузочному резистору 4включен резистор 6 разбалансаПараллельно нагрузочному резистору 5 включен реэисторный делитель напряжения на двух после Одовательно соединенных резисторах7 и 8, между общим выводом которых и шиной питания +Е подсоеди.нен управляемый резистор на полевомтранзисторе 9 с изолированным затвором, затвор которого подсоединяетсяк стоку полевого транзистора 10 согласующего каскада и через управляемыйрезистор 11 на шину питания +Ея ,Исток полевого транзистора 10 соединенчерез резистор 12 с шиной питания-Еп, а к затвору транзистора 10 подсоединен накопительный конденсатор 13,который через ключ на полевом транзисторе 14 с изолированным затвором иограничивающий резистор 15 подсоединяется к выходу буферного усилителя 16.Вход буферного усилителя 16 подключается к выходу дифференциального усилителя 1,Работает устройство следующим об- Щразом.Резистор 6 разбаланса параллельностоковой нагрузке на резисторе 4транзистора 2 обеспечивает смещениенУлЯ только оДного знака Ео +еРи пРи 65 условии, что 1 Е 7 ф 1 . При этом резистор разбаланса выбирают такой величины, чтобы имелся запас Бц по смещению от температурных влияний,старения элементов компаратора. Если теперь параллельно резистору 5 нагрузки подсоединить какое-то сопротивление и менять его, то при каком-то его значении можно добиться нуля на выходе компаратора, скомпенсировав полностью напряжение смещения на его входе,так как транзисторы 2 и 3 представляют собой дифференциальный входной каскад. Эту функцию выполняет управляемый резистор на полевом транзисторе 9 с изолированным затвором, при этом резисторы 7 и 8 служат для создания режима управляемого резистора, кроме того, резистор 7 предотвращает выход из строя компаратора при случайном пробое полевого транзистора 9 с изолированным затвором. В исходном состоянии с помощью резистора 11 выставляется напряжение смещения на выходе, близкое к нулю, В режиме коррекции, когда отсутствуют входные сигналы, на затвор полевого транзистора 14 с изолированным затвором поступает отрицательное напряжение О ,которое открывает этот транзистор. В результате резистор 15 соединяется с конденсатором 13 и компаратор оказывается охваченным отрицательной обратной связью по следующей цепи: выход компаратора, буферный усилитель 16, резистор 15, конденсатор 13, согласующий каскад на полевом транзисторе 10, затвор полевого транзистора 9 с изолированным затвором управляемого резистора, резисторы 7 и 8 и сток транзистора 3. В этом случае напряжение смещения будет скомпенсировано с точностьюсмЬв,к,к ) (1)где К - коэффициент усиления компа 1ратора,К - статический коэффициент усиления цепи обратной связи; напряжение компаратора на входе, обусловленное дрейфами,Ю - остаточное напряжение смещения компаратора, приведенное ко входу.Из выражения (1) видно, что принципиально можно скомпенсировать смещение с любой точностью путем выбора коэффициента К при неизменном К 1 В режиме коррекции резистор 15 и конденсатор 13 образуют демпфирующую цепочку, которая препятствует возбуждению компаратора на высоких частотах. Согласующий каскад на полевом транзисторе 10 "привязывает" напряжение управления управляемого резистора на полевом транзисторе с изолированным затвором к напряжению управления от783748 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 8547/50Тираж 956 ПодписнОе Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 носительно земли. Описанная системакомпаратор плюс отрицательная обратнаясвязь - представляет собой системурегулирования са статической ошибкой,т.е, на выходе компаратора напряжение очень небольшое, которое будучи усиленным, запоминается на конден 5саторе 13,В рабочем режиме ключ на полевомтранзисторе 14 с изолированным затвором закрывается и конденсатор 13,который запомнил напряжение, медленноразряжается на затвор полевого транзистора 10. Таким образом, путем выбора емкости конденсатора 13 и типаполевого транзистора можно получитьбольшое время рабочего режима. Путемвыбора коэффициента усиления усилителя 16 можно изменять статический коэффициент обратной связи К и темсамым добиваться необходимой точноСти компенсации напряжений смещений . 20 Компаратор с коРРекцией смещения нуля, содержащий дифференциальный усилитель, входной каскад которого выполнен на полевых транзисторах, включенных по дифференциальной схеме с нагрузочными резисторами в цепи стоков полевых транзисторов, выход дифференциального усилителя соединен со входом буферного усилителя, ключ на полевом транзисторе, сигнальный вход которого через ограничивающий резистор подключен к выходу буферного усилителя, выход через накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, а управляющий входсвязан с шиной управляющих сигналов,и источнйк питания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияточности сравнения напряжений, в неговведены резистор разбаланса, резисторный делитель напряжения, управляежйрезистор на полевом транзисторе исогласующий каскад на полевом транзисторе, выход которого подключенк управляющему входу управляемогорезистора на полевом транзисторе,включенного между плюсовой шиной источника питания и средним выводом резисторного делителя напряжения, подключенно"го параллельно нагрузочному резистору в цепи стока одного из полевыхтранзисторов входного каскада дифференциального усилителя, параллельнонагруэочному резистору в цепи стокадругого полевого транзистора входного каскада которого включен резисторразбаланса, причем вход согласующего каскада на полевом транзисторе соединен с выходом ключа на полевомтранзисторе,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гутников В. С. Применение операционных усилителей в измерительнойтехнике,Л., "Энергия", 1975.2, Рудковски Дж. "Интегральные операционные усилители". М., "Мир", 1978,3, Смолов В, Б. и др. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи информации.Л "Энергия", 1976, с. 81-83 (прототип),