Следящий многоустойчивый компаратор напряжений

ОПМСАНИЕЙЗОБРЕТЕИИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскна Соцмапистичжкюк Республнк(23) ПриоритетОпубликовано 300479. Боллетень1 ьДата опубликований опиеання 3004.79(53) М. Кл.Н 03 К 5/20 б 05 В 1/01 Государствеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088.8) В.И.Ковальков и Ю.К.Филипский Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(54) СЛЕДЯЩИЙ МНОГОУСТОЙЧИВЫЙ КОМПАРйТОР НАПРЯЖЕНИЙИзобретение относится к области импульсной техники, следящий много- устойчивый компаратор может быть использован для построения быстродействующих следящих аналого-цифровых преобразователей, а также в устройствах автоматического контроля, регулирования и в некоторых радиоизмерительных приборах в качестве амплитудного анализатора следящего типа,Быстродействие следящих аналогоцифровых преобразователей значительно повышается при поразрядном принципе отслеживания, осуществляемого 5 в несинхронизированных параллельно- последовательных преобразователях.Однако построение таких преобразователей затрудняется отсутствием дос". а- точно простых, но вместе с тем ста- ф бильных и чувствительных компарато;ов напряжения с потенциальным выхбдов и непрерывным режимом сравнения входного напряжения с заданнымупорным уровнем. 25 Известны компараторы, содержащиерезистивный делитель, регулируемыйисточник постоянного напряжения,входное устройство, например трансформатор, П идентичных пороговых элементов, причем входы ороговых элементов подключены к входному устройству через последовательные звенья резисторного делителя, подключенного к регулируемому источнику постоянного напряжения 1 . Компараторне позволяет решить указанную техническую задачу.Известны компараторы, содержащие 11 дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие, объединенные, - с источником преобразуемого напряжения 21.Это устройство имеет недостаточную надежность, в нем возможны неопределенные состояния, сбои.Целью изобретения является повышение надежности.С указанной целью в устройство, содержащее И дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие, объединенные - с источником преобразуемого напряжения, в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи сравниваюдих транзисторов дифференциальных каскадов выходные транзисторныеключи, дополнительные транзисторы,резисторы,источник смещаюшего напряжения,причем коллекторы сравнивающихтранзисторов каждого дифференциального каскада, подключенных к источникамопорных напряжений, и сравнивающихтранзисторов, подключенных .к источникам преобразуемого напряжения соседних с ним дифференциальных каскадов с большим опорным напряжением,попарно объединены и через общиерезисторы подключены к мине источ Оника питания, коллекторы выходныхтранзисторных ключей, базы которыхсоединены с резисторами, а эмиттерыобъединены и подключены к источникусмещающего напряжения, через реэисторы соединены с базами дополнительных транзисторов, коллекторыкоторых через резисторы соединеныс базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры - с токозадаюшимирезисторами генераторов тока соседних дифференциальных каскадов с меньшим опорным напряжением.На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2диаграммы, поясняющие его работу.. Устройство содержит П дифференциальных каскадов 1=1-1=п на сравнивающих транзисторах 2 и 3, один иэкоторых подключен к источнику 4 опорного напряжения, а другой - к источнику 5 преобразуемого напряжения,генератор 6 тока, выходной транзисторный ключ 7, дополнительный тран -эистор 8, резисторы 9-12, источник13 смешающего напряжения. 35Устройство работает следующимобразом,Генераторы токов вырабатываютстабильные и одинаковые по величинепостоЯнные токи Эг, величина котоРых 40определяется напрякением смещенияЕсг и величиной сопротивлениятокозадающих резисторов 12. Токв зависимости от разности действующих на входах дифференциального каскада преобразуемого напряжения О ки опорного напряжения Б распределяется между транзисторами 2 и 3Л=(+ 1Допустим, что разница между со.седними опорными напряжениями неменьше напряжения переключения дифференциальных каскадов Б и, т.е.минимальной разности О-О, вызывающей полное переключение каскада,при котором один иэ его сравнивающих транзисторов закрыт, а через. другой протекает практически весьток гейеРатоРа 3 г. НапРЯжение Опне превышает обычно 250-300 мВ.На фиг.2 представлены зависимости входных напряжений выходных транзисторных ключей О=К(О) и коллекторных токов сравнивающих транзисторовЙ(Б ) от величины преобра 4эуемого напряжения Ок,Если напряжения Ох( Ол, то разность входных напряжений всех дифференциальных каскадов большеи они работают в режиме переключателей .тока.Коллекторные токи транзистоИров 2 максимальны 1 =1, -- 1, - -=,7(второй индекс обозначает номер каскада).Протекая через общие резисторы 9,коллекторные токи создают падениянапряжений на нихО=О =О =" =О =3 й= - Екк н к г к 3 лгде Як - сопротивление резистора 9.Напряжения .к, приложенные к базамвыходных транзисторных ключей 7,меньше (по абсолютному значению)напряжения Есм и они все закрыты.На всех выходах компаратора находятся нули.Пусть напряжение Ох повышается.Когда О начнет приближаться к значению Ол , то токи 1 и 14 первогокаскада начинают перераспределяться.С током (г = дг, протекающим черезВк, суммируют нарастающии ток г,налпряжение О =й(О)также растет (фиг.2,а)Как только оно превысит Е сд, выходной транзисторный ключ начинаетприоткрываться. Его коллекторныйток вызывает отпирание дополнительного транзистора 8, который, в своюочередь, способствует еще большемуотпиранию выходного транзисторногоключа. Развивается регенеративныйпроцесс, ускоряющий переключениевыходного транзисторного ключа,компаратор переходит в новое устойчивое состояние, а на вых 4 появляется 1. Это состояние не иэ"меняется до тех пор, пока О О 02Скачок напРЯжениЯ Охл пРи Ох: Ол(Фиг.2,а). обусловлен действием регенеративной обратной связи.Затем его величина ограничиваетсяна уровне Е м, несмотря на дальнейшее увеличение 1 г 4 .Приближение О к уровню О вызывает перераспределение коллекторныхтоков 1 лг и 1 г транзисторов 2 и 3второго каскада (фиг. 2, б)Ток начинает нарастать, вызывая рост В момент равенства О 1,= Ог напряжение ОКЕ р приоткрывается выходной транзйсторный ключ второго каскада. Регенеративная связь, транзисторный ключ первого каскада, отключается, хотя за счет своей регенеративной связи (дополнительного тока) он мог бы при =Оудерживаться в еще открытом состоянии. Отклю; чение вызвано тем, что отпирание дополнительного транзистора, управля емого вторым каскадом, вызывает запирание его генератора б тока, обра.660226 х 12 к (Ест 5 1 О 15 Формула изобретения Следящий многоустойчивый компаратор напряжений, содержащий и дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие,. объединенные, - с источником преобразуемого напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи сравнивающих транзисторов дифференциальных каскадов, выходные транзисторные ключи, дополнительные транзисторы, резисторы, источник смещаю- щего напряжения, причем коллекторы сравнивающих транзисторов каждого дифференциального каскада, подключенных к источникам опорных напряжений, и сравнивающих транзисторов, подключенных к источникам преобразуемого напряжения соседних с ним дифференциальных каскадов с большим опорным напряжением, попарно объединены и через общие резисторы подключены к. шине источника питания, коллекторы выходных транзисторных ключей, базы которых соединены с резисторами, а эмиттеры объединены и подключены к источнику смещающего напряжения, че" рез резисторы соединены с базами дополнительных транзисторов, коллекто" ры которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры - с токозадающими резисторами генераторов тока соседних дифференциальных каскадов с меньшим опорным напряжением.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельствоР 372666, кл. Н 03 К 5/153, 24,03.71.2. Касйерович А.И., Шалыгинов Ю.В. Быстродействующие многопороговое устройство сравненияфАвтометрия В 3, 1973. 60 зующего с дополнительным транзисторомбалансную (сравнивающую) пару. Ток(г.( - 3 Г исчезает, напряжение Выходной транзисторный ключ первого каскада запирается, и на первом выходе компаратора вновь появляется 0, Компаратор переходит в третье устойчивое состояние, когда 1 находится на его втором выходе.На фиг.2,в показано перераспреде ление токов 14, 1 третьего каскада и переключение компаратора в чет вертое устойчивое состояние, когда 1 появляетсч на его третьем выходе. Это состояние сохраняется до тех пор, пока ЦЭБПя. Отключение второго каскада вызывает и за" пирание управляемого им дополнительного транзистора, подключенного к токозадающему резистору генератора тока первого дифференциального каскада. Ток (г вновь скачком достигает максимума Э,- (фиг.2,а) . Однако это не вызываетотпирания выходного транзисторного ключа первого каскада, так как ( кдостигаетвсего хг/Э Ес,.Аналогичным образом происходитс срабатывание и остальных каскадов, те. переключение компаратора в другие устойчивые состояния. На фиг.2,г показано срабатывание П -го каскада, когда преобразуемое (измеряемое) напряжение превышает его опорное значение Оп . Если напряжение О,(начинает уменьшаться, то отключение каскадов (и-каскада, фиг.2,г) происходит левее точки их срабатывания, За счет регенеративной обратной связи через резистор Вк и вход выходного транзисторного ключа протекает дополнительный ток Эр, который необходимо скомпенсировать уменьшением тока,"г ( "ги=др)После этого начинает уменьшаться напряжение Ок относительно Ес , чтовызывает подзапирание выходного тран.ъ зисторного ключа, Дополнительный транзистор 8 также начинает запираться.Вновь развивается регенеративный процесс, вызывающий полное запирание обоих транзисторов. Генератор тока соседнего каскада с меньшим опорным напряжением отпирается и вызывает срабатывание выходного транзисторного ключа (исчезает 1 на И-ом выходе и появляется на (и)-ом выходе компаратора). Величина напряже ния гистерезиса Б г зависит от сопро" тивления резисторов 10 и 11 регенеративной связи что накладывает .определенные условия на их выбор. Ю 25 30 35 40 45 Если напряжение О скачком изменить, то сработает лишь только тот (-ый каскад, для которого О(У(П, (, Лишь для него выполнится условие включения выходного транэис торного ключа: О; Есм и только на 1-ом выходе компаратора появится 1. При произвольном изменении напряжения Ок вслед за ним перемещается и 1, появляясь только на том выходе компаратора, для которого преобразуемое напряжение О превышает в данный момент соответствующее ему опорное напряжение, но остается меньше соседнего большего опорного напряжения. Таким образом, компаратор непрерывно отслеживает входное (преобразуемое) напряжение.660226 си Г игТираж 1059 Подписное ПИ Заказ 2099ППП Патент,г.Ужгород,ул.Проектная,4 Фили