Компаратор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 1 01 Н 03 К 5/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВ АВТОРСК(46) 07.07.87. Бюл. Ф (71) Институт киберне ил.ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 25тики им. В.М. Глуш кова(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в системах автоматического регулирования. Изобретение обеспечивает расширение функциональных воэможностей путем сравнения сигналов, действующих в разные моменты времени. Компаратор содержит первую 1 и 2 и вторую 7 и 8 дифференциальные пары входных транзисторов,801322227 первую 3 и 4 и вторую 9 и 10 парывходных шин, управляемые генераторы5 и 11 тока, первую 6 и вторую 16шины питания, элементы 12 и 13 задержки, генератор 14 импульсов, первый15 и второй 20 полевые транзисторывыходного истокового повторителя,нагрузочный резистор 17, бистабильный элемент 18, выходную шину 19, резистор 21, ключи 22 и 24, конденсаторы 23 и 25. Компаратор выполняетсравнение разновременных сигналов сбольшой точностью в результате исключения погрешностей, вносимых ячейками выборки запоминания или АЦП. Компаратор превосходит по быстродействию известные схемы ячейки выборкизапоминания или АЦП и усредняет входные сигналы на интервале стробирования входных транзисторов за счет интегрирования коллекторных токов. 11 3222Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения аналого-цифровых преобразователей в устройствах автоматического регулирования. 5Целью изобретения является расширение функциональных возможностей эа счет обеспечения возможности сравнения сигналов, действующих в разные моменты времени. 10На чертеже представлена структурная схема компаратора.Компаратор содержит первую дифференциальную пару входных транзисторов 1 и 2, базы которых соединены с 15 первой парой входных шин 3 и 4, эмиттеры объединены и подключены через первый управляемый генератор 5 тока к первой шине 6 питания, вторую дифференциальную пару входных тран эисторов 7, 8, базы которых соединены с второй парой входных шин 9 и 10, эмиттеры объединены и подключены через второй управляющий генератор 11 тока к первой шине 6 питания, после довательно соединенные первый 12 и второй 13 элементы задержки подключены между выходом генератора 14 импульсов и управляющим входом второго генератора 11 тока, коллекторы транзис торов 1 и 7 первой и второй дифференциальных пар объединены и подключены . к затвору первого полевого транзистора 15 выходного истокового повторителя, сток первого полевого транзистора 15 подключен к второй шине 16 питания, а исток через нагрузочный резистор 17 соединен с шиной нулевого потенциала и нулевым входом бистабильного элемента 18, выход которого под ключен к выходной шине 19 компаратора, коллекторы транзисторов 2 и 8 первой и второй дифференциальных пар объединены и подключены к затвору второго полевого транзистора 20 вы ходкого истокового повторителя, сток полевого транзистора 20 подключен к шине 16 питания, а исток через нагрузочный резистор 17 соединен с шиной нулевого потенциала и единичным вхо дом бистабильного элемента 18, коллекторы транзисторов 1 и 7 соединены с второй шиной 16 питания через ключ 22 и первым выводом конденсатора 23, второй вывод которого соединен с ши ной.нулевого потенциала, коллекторы транзисторов 2 и 8 соединены с второй п 1 иной 16 питания через ключ 24 и с первым выводом конденсатора 25, вто 27 2рой вывод которого соединен с шчной нулевого потенциала, управляющие входы ключей 22 и 24 объединены и подключены к выходу генератора 14 импульсов.Компаратор работает следующим образом.В начале интервала времени, в котором производится сравнение двух входных напряжений Б , приложенногоН к входным шинам 3 и 4, и цподаваемого на входные шины 9 и 10, конденсаторы 23 и 25 заряжаются до напряжения Е источника 16 питания. Заряд конденсаторов осуществляется через ключи 22 и 24, которые замыкаются на время ". , равное длительности импульсов, периодически поступающих от генератора 14 импульсов. В остальной части периода поступления импульсов от генератора 14 импульсов выполняется сравнение мгновенных значений напряжений Уи У" . Выбор мгновенных значений входных напряжений в интервале сравнения производится в соответствии с величиной задержки импульсов генератора 14 импульсов на элементах 12 и 13 задержки. В моменты времени появления импульсов на выходах элементов 12 и 13 задержки происходит включение генераторов 5 и 11 тока на время 7 . В эмиттеры первой дифференциальной пары транзисторов 1 и 2 поступает ток 1 генератора 5 тока, а в эмиттеры второй пары 7 и 8 ток 1 " генератора 11 тока. Коллекторные токи транзисторов 1 и 2 первойпары перераспределяются в интервале времени 7, пропорционально выходно 1му напряжению Б , поскольку транзисторы работают в активном режиме. Аналогичный режим работы выполняется также для транзисторов 7 и 8 второй пары. Поскольку коллекторные токи транзисторов 1 и 2 первой пары не равны вследствие действия входного1сигнала И , то конденсаторы 23 и 25 разряжаются в интервале времени 7 до разного напряжения, Разность напряжений на конденсаторах 23 и 25, пропорциональная входному сигналу Уподдерживается неизменной до момвнта запуска генератора 11 тока на время 7 . При этом конденсаторы 23 и 25 разряжаются на величину, пропорциональную величине коллекторных токов второй пары транзисторов 7 и 8 и, следовательно, величине второго входного напряжения У. Входные шины 9где с, - величина емкости перногоконденсатора 20,Ы - коэффициент пропорциональности.Ток эмиттера второго транзистора1 г2 первой пары 1, = --ь, и изме 45 нение напряжения на втором конденсаторе 25 под воздействием коллектор- ного тока транзистора 2:,г 0 ьхП = ---- (1 - ) (2)2 с 2 2 Ч 50 где с - величина емкости второго2конденсатора 25. 55 Учитывая, что напряжение Бьх вклю 1чено встречно по отношению к Бь,получают изменение напряжения на пер 3 13222 и 10 подключаются к источнику напряжения Б так, что транзисторы 7 и 8ехвторой пары создают на конденсаторах 23 и 24 напряжение противоположной полярности по сравнению с транзисто рами 1 и 2 первой пары. Величину задержки элемента 22,определяющую интервал времени между моментами включения пар входных транзисторов, выбирают намного меньшей постоянной 10 времени разряда конденсаторов 23 и 25. Для компаратора она равна произведению емкости конденсатора на сопротивление, эквивалентное параллельному включению входного сопротивле ния истокового повторителя и сопротивления утечки двух запертых входных транзисторов. В зависимости от выбранной емкости величина постоянной времени практически находится в пре делах от нескольких микросекунд до нескольких десятков секунд.Если выходное напряжение на емкостях компаратора пропорционально разности входных напряжений, ток эмиттера первого транзистора 1 первой пары1 г1 = - + Ь 1 где 1 - ток генератор 2 з Ф Гра 5 тока, д 1 - изменение эмиттерного тока транзисторов 1 и 2 первой 30 пары, вызванное сигналом Пь . Его ве 11 1 гличина 01 " Пьгде- теплох 4 цттной потенциал.Изменение напряжения на первом 35 конденсаторе 23 под воздействием коллекторнога тока транзистора 1: 27 4ном конденсаторе 23, вызванное коллекторным током транзистора 7 второй пары11(1 -- -)(3)2 с, 2 ЧАналогично, изменение напряжения на втором конденсаторе, вызванное коллекторным током транзистора 8, равно11х с сг 1 г БЬхдБ, =- (1 + -- ) (4)2 ст 2 ЧНапряжение на перном конденсаторе 23 после ноздействия коллекторных токов обеих пар транзисторов равноПс = ЕПст ьПст(5)Напряжение на втором конденсаторе 25 равноПс= Е 40 с 2 ЛБс 2(6)Выходное напряжение на емкостях конденсаторов 23 и 25 равноПвьх = Пс (7)Выполняя подстановку равенств (1), (2) н (5) и (3), (4) и (6), а затем (5) и (6) в (7), получают с учетом обозначений 1 г =1 Г = 1 Г, с= с 2 = сл сг 1 ггде коэффициент усиления схемы К х =сс г 1 г2 с 1Усиленная разность входных напряжений через истоконые повторителипоступает на входы бистабильного элемента 18. При П = Б ьхх, Б = 0 бистабильный элемент 18 находится в неустойчивом положении. При неравенстве входных напряжений бистабильный элемент 18 устанавливается в одно иэ двух устойчивых положений.Задача сравнения двух сигналов, действующих н различных интервалах нремени, является одной из типовых задач н автоматическом регулировании, аналоговой вычислительной технике и аналого-цифровых преобразователях. Для ее решения с помощью существующих компараторон дополнительно требуются ячейки выборки запоминания или аналого-цифровые преобразователи и оперативная память. При использовании предлагаемого компаратора необходимость в дополнительньж аппаратурных затратах отпадает.Сравнение разновременных сигналонс помощью предложенного компаратора1322227 15 изобретения20 Формула Составитель Н.МаркинТехред Л.Олейник Корректор М.Демчик Редактор О.Головач Заказ 2863/43 Тираж 863 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 выполняется с большей точностью, поскольку исключаются погрешности,вносимые ячейками выборки запоминания или аналого-цифровыми преобразователями. 5Предложенный компаратор значительно превосходит по быстродействию известные схемы ячейки выборки-запоминания и аналого-цифровые преобразователи. 1 О Дополнительным преимуществом предложенного компаратора является усреднение входных сигналов на интервале стробирования входных транзисторов за счет интегрирования коллекторных токов с помощью емкостей. Компаратор, содержащий генератор импульсов и две дифференциальные пары транзисторов, базы которых соединены с входными шинами компаратора, эмиттеры попарно объединены и через25 соответственно первый и второй управляемые генераторы тока подключены к первой шине питания а коллекторы первых транзисторов первой и второй дифференциальных пар объединены, и подключены к затвору первого полевого транзистора, коллекторы вторых транзисторов первой и второй дифференпиальных пар объединены и подключенык затвору второго полевого транзистора, стоки полевых транзисторов подключены к второй шине питания, а истокичерез нагрузочные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала и подключены соответственно к единичномуи нулевым входам бистабильного элемента, выход которого соединен С выходной шиной о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что с целью расширенияфункциональных возможностей за счетвозможности сравнения сигналов,действующих в разные моменты времени,в него введены два элемента задержки, а объединенные коллекторы первыхтранзисторов дифференциальных пар иколлекторы вторых транзисторов дифференциальных пар подключены соответственно к первым выводам первогои второго конденсаторов И через управляемые ключи соединены с второйшиной питания, вторые выводы конденсаторов соединены с шиной нулевогопотенциала, причем выход генератораимпульсов подключен к управляющимвходам ключей и входу первого элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу первого генератора тока и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу второго генератора тока.