Пороговое устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 030380 (21 2887141/18-21с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 231282, Бюллетень Мо 47Дата опубликования описания 231282 Р 1 М К зН 03 К 5/24 С 05 В 1/01 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ордена Трудового Красного Знамениинститут радиофизики и электроникиАН Украинской ССР(54) ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к техникерадиоизмерений, а именно к устройствам сравнения электрических величинс заданными опорными значениями, иможет быть использовано в качестведетектора с изменяемым порогом, дискриминатора импульсов, детектора перехода через нуль, приемника цифровых сигналов с высокой помехоустойчивостью и т.д.Известен компаратор напряжения,содержащий операционный усилитель,охваченный положительной обратнойсвязью, в последовательную цепь которой включены соединенные последовательно резистор и емкость. Сигнали опорное напряжение подаются черезрезисторы соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входыоперационного усилителя13,Недостатком этого устройства является то, что гибкая положительнаяобратная связь, введенная в данныйкомпаратор, так же как и жесткаяположительная обратная связь, заметно уменьшает время срабатывания иослабляет его зависимость от коэффициента усиления операционного усилителя и скорости изменения напряжения источника сигнала, поскольку положительная обратная связь действует только в переходный период,в выходной характеристике компаратора отсутствует гистереэис. Однакоэтот же механизм действия гибкойположительной обратной связи приводит и к отрицательному эффекту, заключающемуся в том, что, когда времяпрохождения сигнала через линейнуюзону операционного усилителя с разомкнутой обратной связью превышаетвремя срабатывания данного, компаратора, на выходе последнего возникаютрелаксационные колебания.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является,пороговое устройство, содержащее дифференциальный усилитель, обхваченный положительной обратной связью,в последовательную цепь которой введено вычитающее устройство, входыкоторого объединены через распределенную линию задержкиНа неинвертирующий вход дифференциального уси лителя подается сигнал, а инверти-,рующий вход нагружен на резистор.Величина порога срабатывания устройства определяется падением напряжения на резисторе от выходного тока 0 вычитающего устройства, Положитель4025 лкг;еля 4 с разомкнутой обратной связью подсоединены ко входам двухвхо-.дового логического элемента И 7.Выходы двухвходовых логическИх элементов И б и 7 соединены со входамидвухвходового логического элемента 20,ИЛИ 8, выход которого подсоединени управляющему входу коммутатора 3аналогового напряжения.Работает пороговое устройствоследующим образом.Сигнал Цс фиг. 2 а) подается на 25 вход "Вход 1" устройства. Пороговый, уровень У, (фиг. 2 а) задается подключаемым ко входу "Вход 2" внешнимисточником переменного напряжения.Б йсходном состоянии, когда ЭО ЦЦг, - ьУ, прямой выход дифференцйального усилителя 1 имеет низкийпотенциал (фиг. 2 д), а инверсныйвыход дифференциального усилителя 4 .высокий григ. 2 б), При. этом выход ное напряженке элемента И б соответствует логическому "О" (Фиг, 2 е).Аналогично, на инверсном выходе дифференциального усилителя 1 имеемвысокий потенциал (Фиг. 2 г), а на 4 О прямом выходе дифференциальногоусилителя 4 - низкий (фиг,. 2 в) . Выходное напряжение элемента И 7 также "оответствует логическому "О"(фиг. 2 ж). Значит логическому "0"соответствует и выходное напряжениеэлемента ИЛИ 8 (фиг. 2 з), Коммутатор 3 аналогового напряжения закрытпо управляющему входу. Цепь жесткойположительной обратной связи дифФеренциального усилителя 1 разомкнута. Гистерезис отсутствует,При нарастании сигнала цс до значения Ц -ЬУ (фиг. 2 а) возникаетрегенеративный процесс, переводящийдифференциальный усилитель 1 в дру гое квазиустойчивое состояние. Гибкая положительная обратная связьпри этом обеспечивается резистором5 и емкостью 2. Напряжение на прямом выходе дифференциального усилищо теля 1 резко возрастает до верхнегоуровня ограничения (Фиг. 2 д), анапряжение на его инверсном выходерезко падает до нижнего уровня ограничения (Фиг. 2 г). На выходе у элемента И б напряжение возрастает 3 98ная обратная связь в данном пороговом устройстве действует в течениевремени задержки распределенной линии. При этом на укаэанный промежуток времени в пороговое устройствовводится гистерезис и тем самымпредотвращается возникновение наего выходе реликсационных колебаний 21.Однако известное пороговое устройство имеет невысокую частоту срабатываний, определяемую временем задержки распределенной линии, котороевыбирается равным времени прохождения входного сигнала с минимальнойскоростью нарастания через линейнуюзону дифференциального усилителяс разомкнутой обратной связью.Цель изобретения - увеличениечастоты срабатываний порогового устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в пороговое устройство,содержащее основной обхваченный положительной обратноф связью и вспомогательный с разомкнутой обратнойсвязью дифференциальные усилители,инвертирующий вход основного диффе.ренциального усилителя соединен срезистором, введены два двухвходовыхэлемента И, элемент ИЛИ, аналоговыйкоммутатор и конденсатор, при этомпротивофазные выходы дифференциальных усилителей соответственно соединены с входами двухвходовых логических элементов И, выходы которыхчерез элемент ИЛИ соединены с управляющим входом аналогового коммутатора, включенного параллельно с конденсатором в цепь положительной обратной связи между входом и выходомосновного дифференциального усилителя, неинвертируемые входы дифференциальных усилителей соединены ссигнальным вхбдом а инвертируемыевходы соединены с шиной опорногосигнала и с вторым выводом резистора.На фиг,. 1 представлена принципиальная схема порогового устройства; на фиг. 2 - графики кривых, поясняющих его работу.Дифференциальный усилитель 1 обхвачен положительной обратной связью, в которую включен зашунтированный емкостью 2 коммутатор 3 аналогового напряжения. Неинвертирующие входы дифференциального усилителя 1, об-, хваченного положительной обратной связью, и дифгреренциального усилителя 4 с разомкнутой обратной связью соединены с сигнальным входом "Вход 1". Инвертирующий вход дифференциального усилителя 1, обхваченного положительной обратной связью, соединен с выводом резистора 5, второй вывод которого соединен со входом опорного напряжения "Вход 2". К соединен инвертирующий вход дифференциального усилителя 4 с разомкнутой обратной связью. Прямой выход дифференциального усилителя 1, обхваченного положительной обратной связью, и инверсный выход дифференциального усилителя 4 с разомкнутой обратной связью подсоединены ко входам двухвходового логического элемента И б. Аналогично, инверсный выход диффе-, ренциального усилителя 1, обхваченного положительной обратной связью, и прямой выход дифференциального уси,до уровня, соответствующего логической "1" (фиг. 2 е). До такого же уровня возрастает напряжение на вы-, ходе элемента ИЛИ 8 (фиг. 2 з), открывая по управляющему входу коммутатор 3 аналогового напряжения, который. замыкает цепь жесткой положительной обратной связи. При этом вводится гистерезис и тем самым предотвращается возникновение на вы-, ходе дифференциального усилителя 1 релаксационных колебаний.Жесткая положительная обратная связь действует в течение времени прохождения входного сигнала через линейную зону 2 И дифференциального усилителя с разомкнутой обратной связью (фиг, 2 а). Момент окончания прохождения входного сигнала через линейную зону определяется по переходу в другое квазиустойчивое состояние дифференциального усилителя 4 ,с разомкнутой обратной связью, имеющего такие же параметры, как и дифференциальный усилитель 1. При этом напряжение на прямом выходе дифференциального усилителя 4 возрастает,до верхнего уровня ограничения (фиг. 2 в) а напряжение на его инверсном выходе падает до нижнего уровня ограни.чения (фиг. 26). На выходе элемента И 6 напряжение падает до уровня, соответствующего логическому,"О" (фиг. 2 е), До того же уровня падает напряжение на выходе элемента ИЛИ 8 (Фиг. 2 з), закрывая по управляющему входу коммутатор 3 аналогового напряжения. Цепь жесткой положительной обратной связи размыкается.Гистерезис снимается и тем самым пороговое устройство подготавливается к обратному срабатыванию, К этому моменту входной сигнал уже прошелчерез ли. - нейную зону 260 дифференциального усилителя с разомкнутой обратной связью и релаксационные колебания выходного напряжения порогового устройства возникнуть не могут.Аналогичным образом работает пороговое устройство и при обратномсрабатывании. При уменьшении сигнала Б до значения+ 60 (Фиг. 2 а) за счет гибкой положительной обратной связи возникает регенеративный процесс, переводящий дифференциальный усилитель 1 в противоположное квазйустойчивое состояние. Напряжение. на прямом выходе дифференциального усилителя, 1 уменьшается до нижнего уровня ограничения (фиг. 2 д), а напряжение на его инверсном выходе врзрастает до верхнего уровня ограничения (фиг. 2 г). На выходе элемента И 7 напряжение возрастает до уровня, соответствующего логичес,кой "1" (фиг. 2 ж). До такого же уровня возрастает напряжение на выходе элемента или 8 (Фиг. 2 з), открывая по управляющему входу комму.татор 3 аналогового напряжения, который заьыкает. цепь жесткой положительной обратной связи. При этомснова вводится гистерезис и темсамым предотвращается возникновениена выходе дифференциального усилителя 1 релаксационных колебаний.Как и в случае прямого срабатыва-1 О ния жесткая положительная обратнаясвязь действует в течение временипрохождения входного сигнала черезлинейную зону 2 ЬО дифференциальирго усилителя с,разомкнутой обратной15 связью (фиг. 2 а). Момент окончанияпрохождения входного сигнала черезлинейную зону определяется по переходу в другое квазиустрйчивое сос-тояние дифференциального усилителя20 4 с разомкнутой обратной связью,Напряжение на прямом выходе дифференциального усилителя 3 падает донижнего уровня органичения (Фиг. 2 в),а напряжение на его инверсном вы-.25 ходе возрастает до верхнего уровняорганичеиия (фиг. 26), На выходеэлемента И 7 напряжение снижаетсядо уровня, соответствующего логическому "О" (фиг. 2 ж), До такого,жеЗО уровня снижается напряжение на выходе элемента ИЛИ 8 (фиг. 1 з), закрывая по управляющему входу коммутатор 3 аналогового напряжения, Цепьжесткой положительной обработки связи размыкается. Гистерезис снимается и тем самым порЬговое устройствоподготавливается к прямому срабатываниЮ. К этому моменту входной сигнал уже прошел через линейную зону2 дУ дифференциального усилителяс разомкнутой обратной связью ирелаксационные колебания выходногонапряжения порогового устройствавозникнуть не могут,45 Таким образом, при прямом и обратном срабатывании жесткая положительнаяобратная связь замыкается,только на время прохождения входным"сигналом линейной зоны 2 д 0 диффе 5 ОО ренциального усилителя с разомкнутойобратной связью. Этим достигаетсяпредельная для данной скоррсти из-,менения входного сигнала частота срабатываний порогового устройства. Пороговое устройство, содержащееосновной обхваченный положителЬной обратной связью и вспомогательный с разомкнутой обратной связью дифференциальные усилители, инвертирую- .щий вход основйого дифференциального усилителя соединен с резистором, 65 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 984025с целью увеличения частоты срабатывания, в него введены два двухвходовых элемента И, элемент ИЛИ, аналоговый коммутатор и конденсатор,при этом противофазные выходы дифференциальных усилителей соответственно соединены с входами двухвходовых логических элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с управляющим входом аналогового коммутатора, включенного параллельно с конденсатором в цепь положительной обратной связи между входом и выходом основного дифференциального усилителя, неинвертируемые входы дифференциальных усилителейсоецинены с сигнальным входом, аинвертируемые входы соединены с шиной опорного сигнала, и .с вторымвыводом резистора.5, Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Ленк Дж. Руководство для пользователей операционных усилителей.10 Пер. с англ. М "Связь", 1978,с. 208-213.2, Авторское свидетельство СССРР 527819, кл. С 01 В 1/01,Н 03 К 5/24, 26.01.75 (прототип).984025 ЬО Якимов.ь Корре рол ПодписССР дарственного комитет иэобретений и открыт а, Ж, Раушская на д ал ПП ен Редактор В. Лазар Заказ 9955/74ВНИИПИ Госпо делам113035, Моск Составитео Техред М.Г д, ул. Проектная,