Пороговое устройство

Союз Советскив Социалистических Республик(22) Заявлено 2512.78 (21) 2700544/18-21с присовдммением заявим Мо(51)М. Кл. Н 03 К 5/22 дС 05 В 1/01 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Научно-производственное объединение "Геофизика" Министерства геологии СССР 64) ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО Пороговое устройство предназначено для использования в радиотехнических приборах, в частности в магнитометрах.Известны пороговые устройства, 3 используемые в радиотехнических приборах для сравнения. входных сигналов с заданной пороговой величиной 11).Особенностью этих пороговых устройств являются использование дифференциаль ного усилителя с генератором тока и формирование петли гистерезиса на его базе. При формировании Фронтов в момент прохождения синусоидального сигнала через ось абсциссы времени, 15 т.е. через нулевое значение, ширина петли гистереэиса приобретает отрицательное значение, так как входит в определение фазового угла отклонения фронта на выходе устройства от точ ной координаты прохождения сигнала через абсциссу времени нулевое значение, что приводит к понижению точности.Известно пороговое устройство, со- с 5 держащее первый дифференциальный усилитель на транзисторах с резисторами в цепях коллекторов и с генератором тока на транзисторе, подключенный по цепям питания между положительной 30 2и отрицательной шинами питания, а по базовым цепям - через резисторы к земляной шине питания, при этом в первую базовую цепь и резистор подключен источник входного сигнала, второй дифференциальный усилитель на транзисторах противоположного типа по сравнению с транзисторами первого дифференциального усилителя с резисторами в цепях коллекторов при этом коллектор первого транзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе первого транзистора второго дифференциального усилителя, коллектор второго транзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе второго транзистора второго дифференциального усилителя, резистор в цепи коллектора первого транзистора которого подключен к земляной шине, генератор тока на транзисторе, подключенный по цепи питания к отрицательной шине, а коллектор транзистора которого - к резистору в цепи коллектора первого транзистора второго дифференциального усилителя, транзистор, эмиттер которого подключен к земпяной шине, коллектор - к выходу устройства, а база подключена через диод в обратном направлении к земляной шине ичерез резистор к выходу операционного усилителя, объятого по неинвертирующему входу обратной положительной связью, а инвертирующий входподключен к резистору в цепи коллектора первого транзистора второгодифференциального усилителя, резисторв цепи коллектора второго транзистора которого подключен также к земляной шине, эмиттер транзисторов второго дифференциального усилителя подключен через резистор к положительнойшине. Часто, с целью уменьшенияФаэовой ошибки, представляющей собойразность между Фаэовым углом нулевойотметки входного сигнала на осивремени и Фаэовым углом Фронта выходного напряжения, т.е.ЬЧ=о ЪыР-зад.роев,),входное синусоидальноенапряжение ограничивают по амплитуде,а крутизну Фронта усиливают. В результате получается прямоугольныймеандр, который подается на входизвестного порогового устройства.До подачи входного сигнала напряжение на резисторе в цепи коллекторапервого транзистора второго дифференциального усилителя равно нулю.После подачи входного сигнала навход устройства напряжение на этомрезисторе увеличивается, и по достижению уровня 0,7 В включается обратная положительная связь операционного усилителя и через транзистор начинает протекать ток 2 .К недоСтаткам известного порогового устройства следует отнести недостаточную чувствительность и пониженйую точность,Недостаточная чувствительностьобъясняется тем, что возможности второго дифференциального усилителя неиспользуются полностью, так каксигнал с него снимается только срезистора в цепи коллектора первоготранзистора, второй резистор в .цепиколлектора второго транзистора просто нв используется.Пониженная точность определяетсятем, что, даже при подаче идеальногоФронта на вход устройства, существуезадержка распространения сигналаЭта задержка определяетсявтоЯым дифференциальным усилителем,авнопоскольку при входном сигнале, равнулю ток через первый транзисторвторого дифференциального усилителГел яавен 3При подаче сигнала этотТ ок, принимает значение 21 О, чтоа .21 .с Оответствует заряду в базе Об1 О .П и смене знака напряжения иа вход еустройства требуется время на рассасывание заряда, накопленного в базе: питания, а по базовым цепям - черезрезисторы к земляной шине питания,в первую базовую цепь и резисторподключен источник входного сигнала,второй дифференциальный усилительна транзисторах противоположного20 типа проводимости с резисторами вцепях коллекторов, коллектор первоготранзистора первого дифференциального усилителя подключен к базе первого транзистора второго днфференциаль 5 ного усилителя, коллектор второготранзистора первого дифференциальногоусилителя подключен к базе второготранзистора второго дифференциального усилителя, резистор в цепи коллектора первого транзистора которогоподключен к земляной шине, генератортока на транзисторе, подключенный по.цепи питания к отрицатеьной шине,коллектор транзистора которого - крезистору в цепи коллектора первоготранзистора второго дифференциальногоусилителя, транзистор, эмиттер которого подключен к земляной шине,введены два дополнительных генераторатока, каждый на транзисторе, допол 40 нительный резистор и четыре двухвходовых логических элемента И-НЕ, приэтом первый дополнительный генератортока на транзисторе подключен междуточкой подключения эмиттеров транзисторов второго дифференциальногоусилителя и положительной шиной питания, а база его транзистора подключена к выводу дополнительногорезистора, другой вывод которогоподключен к положительной шине пита-.ния, и к коллектору транзисторадругого дополнительного генератора мтока на транзисторе, резистор вцепи коллектора второго транзисторавторого дифференциального усилителяподключен к отрицательной шине питания, а коллектор этого транзистора - .к базе транзистора генератора токана транзисторе, база транзистораподключена к коллектору первого тран 40 эистора второго дифференциальногоусилителя, коллектор транзистораподключен к двум входам логическогоэлемента И-НЕ, выход которого подключен к двум входам второго логическо 5 го элемента И-НЕ и ко входу третьего б "дсиэпм ботсзтствие сичинава- опоскольку в этом случае ток,черезэтот транзистор не протекает. Задерж ка распространения определяется самим операционным усилителем, так какдаже использование операционногОусилителя 544 УД 2 позволяет получитьзадержку ) 100 наносекунд.Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности.Поставленная цель достигаетсятем, что пороговое устройство, содержащее первый дифференциальныйусилитель на транзисторах с рези сторами в цепях коллекторов и сгенератором тока на транзисторе, подключенный по цепям питания междуположительной и отрицательной шинамиУстройство содержит дифференциальный усилитель 1 на транзисторах 2 и 3 с резисторами 4 и 5 в цепях коллекторов и с генератором б тока на транзисторе 7, подключенный по цепям питания между положительной 8 и отрицательной 9 шинами питания, а по базовым цепям - через резисторы 10 и 11 к земляной шине 12 питания, при этом в первую базовую цепь через резистор 10 подключен источник 133 входного сигнала, второй дифференциальный усилитель 14 на транзисторах 16 и 15 противоположного типа по сравнению с транзисторами 2 и 3 с резисторами 17 и 18 в цепях коллекторов, при этом коллектор транзистора 2 подключен к базе транзистора 15, коллектор транзистора 3 - к базе транзистора 16, резистор 17 - к шине 12, генератор 19 тока на транзисторе 20 по цепи питания - к шине 9, а коллектор транэиетора 20 - к резистору 17, транзистор 21, эмиттер которого подключен к шине 12, дополнительные генераторы 22 и 23 тока на транзисторах 24 и 25, дополнительный резистор 26 и двухвходовые логические элементы И-НЕ 27-30, при этом генератор 22 подключен между точкой подключения эмиттеров транзисторов 16, 15 и шиной 8, а база его транзистора 24 - к выводу резистора 26, другой вывод которого подключен к шине 8, а к коллектору транзистора 25 генератора 23, резистор: 18 подключен к шине 9, а коллектор транзистора 16 - к базе транзистора 20, база транзистора 21 подключена к коллектору транзистора 15,.коллектор транзистора 21 - к двум входам элемента 27, выход которого подключен к двум входам элемента 28 логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к входу четвертогологического элемента И-НЕ, выходкоторого подключен к другому входутретьего логического элемента И-НЕ,выход второго логического элементаИ-НЕ подключен к другому входучетвертого логического элемента И-НЕ,а его выход подключен к выходу устройства.Устранены диод, подключенный ранеек базе транзистора, резистор, подключенный между базой транзистора и вы 1 ходом операционного усилителя, обья)гого обратной положительной связьюпо неинвертирующему входу и сам опе.рационный усилитель вместе с элементами обратной положительной связи.На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемо-го устройства; на фиг. 2 - осциллограмма сигналов:а) синусоидальноговходного сигнала, б) ограниченногос усилением фронтов входного сигнала, в) выходного сигнала; на фиг. 3 задержка распространения,5 )О 15 20 25 ЗО 40 45 50 и к входу элемента 29, выход которого подключен к входу элемента 30,выход которого подключен к другомувходу элемента 29, выход элемента28 подключен к другому входу элемента 30, выход которого подключен квыходу устройства, при этом базытранзисторов 7 и 25 подключены квыходу источника 31 эталонного напряжения, поцключенного по цепям питания между шинами 12 и 9.До подачи на вход устройства входного сигнала токи коллекторов транзисторов 2, 3, 15 и 16 равны 3 р/где 2, - ток генератооов 6, 22, 13,Ток генератора 19 равен 1 р/, в итогенапряжение на резисторе 17 равнонулю. После подачи входного сигналана вход устройства ток транзистора15 может достичь величины, чтоприведет к появлению на резисторе 17напряжения 0,7 В, которое откроеттранзистор 21 и на выходе устройствапоявится сигнал нормированной величины. Элементы 27-30 дополнительноуменьшат фронты выходного сигнала.Увеличение чувствительности предлагаемого устройства достигаетсяиспользованием сигналов с резисторов17 и 18, чего нет в устройстве-прототипе, где используется только одинрезистор 17. Это достигается за счетподключения генератора 19 к резистору 18,Таким образом, получено увеличениечувствительности в 2 раза.Использование генератора 22 позволило ограничить ток транзистора 15в открытом состоянии до 7 , вместо21 О в прототипе.Таким образом, задержка распространения сигнала в усилителе 14сократились в 9 д /3 =2 раза,Исключение ойерационного усилителя.и включение элементов 27-30 позволило сократить Фронты выходногосигнала С ) 100 наносекунд до 20 -10 наносекунд.Таким образом, получено уменьшение задержки распространения не менее чем в 2 раза. Поскольку точностьустройства определяется задержкойраспространения, то, получено увеличение точности не менее чем в 2раза.Формула изобретенияПороговое устройство, содержащее первый дифференциальный усилитель на транзисторах с резисторами в цепях коллекторов и с генератором тока на транзисторе, подключенный по цепям питания между положительной и отрицательной шинами питания, а по базовым цепям - через резисторы к земляной шине питания, в первую базовую цепь и резистор подключенисточник входного сигнала, второйдифференциальный усилитель на транзисторах противоположного типапроводимости с резисторами в цепяхколлекторов, коллектор первого тран.зистора первого дифференциальногоусилителя подключен к базе первоготранзистора второго дифференциального усилителя, коллектор второготранзистора первого дифференциальногоусилителя подключен к базе второготранзистора второго дифференциального оусилителя, резистор в цепи коллектора первого транзистора которого подключен к земляной шине, генератортока на транзисторе, подключенныйпо цепи питания к отрицательной шине,. 5коллектор транзистора которого -к резистору в цепи коллекторапервого транзистора второго дифференциального усилителя, транзистор, эмиттер которого подключен щк земляной шине, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличениячувствительности и точности, в неговведены два дополнительных генераторатока, каждый на транзисторе, дополнительный резистор и четыре двухвходовых логических элемента И-НЕ, приэтом первый дополнительный генератортока на транзисторе йодключен междуточкой подключения эмиттеров транзисторов второго дифференциальногоусилителя и положительной шиной питания, а база его транзистора подключена к выводу дополнительногорезистора, другой вывод которогоподключен к положительной шине питания, и к коллектору транзистора другого дополнительного генератора токана транзисторе, резистор в цепи коллектора второго транзистора второгодифференциального усилителя подключен к отрицательной шине питания,а коллектор этого транзистора - кбаэе транзистора генератора токана транзисторе, база транзистораподключена к коллектору первого транзистора второго дифференциальногоусилителя, коллектор транзистораподключен к двум входам логическогоэлемента И-НЕ, выход которого подключен к двум входам второго логического элемента И-НЕ и ко входу третьегологического элемента И-НЕ, выходкоторого подключен к входу четвертого логического элемента И-НЕ, выход которого подключен к другомувходу третьего логического элементаИ-НЕ, выход второго логического элемента И-НЕ подключен к другому входучетвертого логического элемента И-НЕ,а его выход - к выходу устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3675045,кл. Н 03 К 5/20, 1972.2. Авторское свидетельство СССР9 546097, кл, Н 03 К 5/20,11.05.75 (прототип ).785981 Яраса Фиг. Р в Муска оррект Тираж 995Осударственного комитетаелам изобретений и откратиква, З, Рауюская наб.,Патеитф, г. Ужгород, Ул. Проектная,4 Филиал Составитель А,актор Г.Петрова Текред ПИ.Пет