Устройство для сравнения сигналов напряжения

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, саид-ву(22) Заявлено 200279 (21) 2726083/18-21с присоединением заявки Йо -(51)М, Кл,3Ц 05 В 1/01 Н 03 К 5/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ СИГНАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике .и может быть использовано для прецизионных измерений амплитудных значений импульсных и аналоговых сигналов. 5Известно устройство для сравнения сигналов напряжения, содержащее первый и второй дифференциальные усилители, первый и второй источники напряжения, первый и второй логические 10 элементы И, первый логический элемент ИЛИ, входные и выходные клеммы, при этом выход первого источника напряжения соединен с неинвертирующим входом первого диФференциального силн теля и со входом второго источника напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выходом соединенного через второй логический 20 элемент И с первым входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с выходной клеветой, а выход первого дифференциального усилителя соединен через первый логи ческий элемент И со вторым входом первого логического элемента ИЛИ, а вторые входы логических элементов И соединены с первой и второй входными клеммами, вторые входы логических элементов И использованы в качествестробируемых, а инвертирующий входпервого дифференциального усилителяи неинвертирующий вход второго дифференциального,усилителя соединяютсясо входными клеммами 11 Недостатком этого устройства является низкая точность из-за влияния теплового дифференциального эффекта, присущего быстродействующим компараторам, выполненным на основе дифференциальных усилителей. Сущность этого эффекта состоит в том, что при наличии на входе усилителя эначитель" ного дифференциального сигнала про" исходит разогрев только одного входного триода, и, как следствие этого, увеличение остаточного входного напряжения, т.е. изменения чувствительности устройства сравнения. Этот эффект обладает значительной постоянной времени (порядка нескольких миллисекунд)и не позволяет выполнять прецизионные сравнения в Любой момент времени, если до этого дифференциальный усилитель находился в состоянии разбаланса.Цель изобретения - повьхаение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сравнения сигналов напряжения, содержащее два дифференциальных усилителя, два источника напряжения, два логических элемента И, логический элемент ИЛИ, выход первого источника напряжения соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и со входом второго источника напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход которого через первый логический элемент И соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с выходной шиной, выход первого дифферен циального усилителя через второй логический элемент И соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ, вторые входы логических элементов И соединены с первой и второй шинами Щ стробирования, дополнительно введены два дифференциальных усилителя, четыре аналоговых ключа, логический инвертор, два источника напряжения, элемент задержки и логический элемент ИЛИ, причем входная шина соединена с сигнальными входами первого и второго аналоговых ключей и инвертирующим с неинвертирующим входами .соответственно третьего и четвертого дифференциальных усилителей, выходы которых через дополнительный логический элемент ИЛИ соединены со входом логического инвертора, управляющими входами первого и второго аналоговых ключей и через элемент задержЗ 5 ки с третьим входом логического элемента ИЛИ, выход первого источника напряжения соединен с сигнальным входом третьего аналогового ключа и через первый дополнительный источник 40 напряжения - с неинвертирующим входом первого дополнительного дифференциального усилителя, выход второго источника напряжения соединен с сигнальным входом четвертого аналогово го ключа и через второй дополнительныйисточник напряжения - с инвертирующим входом второго дополнительного дифференциального усилителя, а выход логического инвертора соединен с чет-вертым входом логического элемента ИЛИ и с управляющими входами третьего и четвертого аналоговых ключей, выходы четвертого и второго аналоговых ключей соединеныс неинвертирующим входом второго диФференциального уси лителя, выход первого и третьего аналоговых ключей соединены с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя.На фиг, 1 представлена структур- Щ ная схема устройства; на фиг. 2 " временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит первый 1 и второй 2 дифференциальные усилители, пер-у 5 вый 3 и второй 4 источники напряжения, первый 5 и второй 6 логические элементы И, логический элемент ИЛИ 7, первый 8 и второй 9 дополнительные дифференциальные усилители, аналоговые ключи 10-13, логический инвертор 14, первый 15 и второй 16 дополнительные источники напряжения, элемент 17 задержки, дополнительный логический элемент ИЛИ 18, входную 19 и выходную 20 шины, а также две шины стробирования 21 и 22.На Фиг. 2 обозначены напряжения 23 и 24 источников 3 и 4, входное на пряжение 25 на шине 19, напряжения 26 и 27 источников 15 и 16, выход.ной сигнал 28 элемента ИЛИ 18, выходные сигналы 29 и 30 ключей 13 и 12, выходные сигналы 31-32 усилителей 2 и 1, выходной сигнал 33 элемента 17, сигнал 34 на выходной шине 20.Устройство работает следующим образом.Уровни напряжения 23 и 24, с которыми сравнивается входное напряжение 25, задаются источниками 3 и 4. Относительно последних включены два источника 15 и 16 с напряжениями 26 и 27. Поэтому на входах усилителей 8 и 9 образуется более широкая зона сравнения, и выходной сигнал 28 элемента 18 изменяется в моменты с и с По этому сигналу ключи 10 и 11 замыкаются, а ключи 12 и 13 размыкаются, так как они управляются инверсным сигналом по отношению к сигналу 28. На неинвертирующем и инвертирующем входах усилителей 2 и 1, начиная с момента с , возникают сигналы 29 и 30, а на их выходах формируются сигналы 31 и 32.Для исключения ложных сигналов, возникающих в моменты с и с от переходных процессов при переключении ключей, в устройстве выход- ной сигнал формируется при помощи элемента 17.На его входы, кроме сигналов 31 и 32 от элементов 5 и 6, подаются сигналы 28 и 33 от элементов 18 и 17, последний из которых задерживает сигнал 28 на время, равное установлению переходных процессов на входе усилителей 1 и 2 после срабатывания ключей 10-13. Поэтому на выходной шине 20 сигнал 34 характеризует только моменты с и с совпадения входного напряжения 25 со сравниваемыми уровнями напряжения 23 и 24.Как и в известном устройстве входные шины 21 и 22 могут быть использованы для подачи сигналов стробирования, с помощью которых можно выполнять дополнительные режимы работы устройства.Таким образом, дифференциальные усилители 1 и 2, которые определяют моменты сравнения входного сигнала с задаваемыми уровнями, при рабо 789967те устройства не имеют дифференциальных сигналов, превышающих напряжения 26 и 27 источников напряжения15 и 16, так как при наличии значительных дифференциальных сигналов ихвходы закорочены ключами 12 и 13.Этофактически исключает возникновениетеплового дифференциального эффекта,вызывающего в известном устройствеизменение чувствительности и тем самым повышает точность работы устройства сравнения.Использование дополнительных элементов и взаимосвязей их с другимиэлементами выгодно отличают данноеустройство от известного, так какуменьшается влияние теплового дифференциального эффекта на точностьработы устройства сравнения,В результате использования предлагаемой схемы устройства существенно повышается точность сравнения сигналов без снижения его быстродействия. Это позволяет расширить сферу применения такого устройства, например при различных прецезионных и высокоскоростных измерениях амплитудных значений сигналов, а также при исследовании и испытании аналоговых и цифровых интегральных схем, и устраняет необходимость разработки специальных быстродействующих прецизионных компараторов и измерительных приборов.Формула изобретенияУстройство для сравнения сигналов напряжения, содержащее два дифференциальных усилителя, два источника напряжения, два логических элемента И, логический элемент ИЛИ, выход первого источника напряжения соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и со входом второго источника напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход которого через первый логический элемент И соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с вы 40 45 ключей, выходы четвертого и второгоаналоговых ключей соединены с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход первогои третьего аналоговых ключей соединены с инвертирующим входом первогодифференциального усилителя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. "Зарубежная радиоэлектроника"1976, Р 6, с. 58, рис. 25 (прототип). ходной шиной, выход первого дифференциального усилителя через второйлогический элемент И соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ,вторые входы логических элементов Исоединены с первой и второй шинамистробирования, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точ"ности, в него дополнительно введеныдва дифференциальных усилителя, четыре аналоговых ключа, логический инвертор, два источника напряжения,элемент задержки и логический элемент ИЛИ, причем входная шина соединена с сигнальными входами первогои второго аналоговых ключей, и с ин" 35 вертирующим и неинвертирующим входами соответственно третьего и четвертого дифференциальных усилителей, вы".ходы которых через дополнительный логический элемент ИЛИ соединены со вхо щ дом логического инвертора, управляющими входами первого и второго аналоговых ключей, .и через элемент задержки с третьим входом логическогоэлемента ИЛИ, выход первого источника напряжения соединен с сигнальным входом третьего аналогового ключа и через первый дополнительный источник напряжения - с неинвертирую,щим входом первого дополнительногодифференциального усилителя, выходвторого источника напряжения соединенс сигнальным входом четвертого аналогового ключа и через второй дополнительный источник напряжения - с ин"вертирующим входом второго дополни тельного дифференциального усилителя,а выход логического инвертора соединен с четвертым входом логическогоэлемента ИЛИ и с управляющими входами третьего и четвертого аналоговых789967 39/48 ное илиал ППП Патент", Ужгород,ул.Проектная,4