Пороговое устройство

(22) 1 30 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть примененов автоматических системах регулиро-.вания и контроля. Целью изобретенияявляется повышение точности и стабильности формируемых порогов. Устройство содержит биполярный источникопорных напряжений, операционныйусилитель 1, резистивные делители2,5, диодно-резистивные цепочки 8,11, вентильный элемент 14 с,разнополярными выходами 16,17. Введейие дополнительных диодно-резистивных цепочек 32, 35 позволило практически полностью скомпенсировать влияние прямых напряжений диодов диодно-резистивных цепочек 8, 11 на точность. Погрешность формирования дополнительных порогов меньше соответствующей погрешности прототипа за счет исключения влияния нестабильности выходного напряжения операционного усилителя (ОУ) на формирование порогов срабатывания описываемого устройства. Использование транзисторов для построения вентильного элемента 14 позволило исключить погрешность, вноси- Еа мую нестабильным предельным напряже" нием ОУ, и повысить достоверность ин 4 орманни о соотнонении ннонного сигнала и допуска на него.з.п. ф-лы, 4 ил.5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в автоматических системах регулирования и контроля.Цель изобретения - повьппение точности и стабильности формируемых порогов путем исключения влияния нестабильности выходного напряжения операционного усилителя и повьппения достоверности информации о соотношении входного сигнала и допуска на него.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема порогового устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема вентиль- ного элемента; на Фиг. 3 - выходная характеристика допускового контроля; на фиг, 4 - выходная характеристика гистерезисного вида. Пороговое устройство содержит операционный усилитель 1, входы которогб подключены к выходу первого резистивного делителя 2, выполнен" ного на резисторах 3 и 4 и выходу ,второго резистивного делителя 5, выполненного на резисторах б и 7, при этом первые выводы реэистивных делителей 2 и 5 подключены к общей шине, а второй вывод первого реэистивного делителя 2 - к диодному выводу первой диодно-резистивной цепочки 8, содержащей последователь" но сэединенные резистор 9 и диод 10, и диодному выводу второй диодно-резистивной цепочки 11, содержащей последовательно соединенные резистор 12 и диод 13, причем выход операционного усилителя 1 подключен к входу вентильного элемента 14 и выходной шине 15, а выходы вентильного элемента 14 соединены так, что отрицательный выход 16 соединен с анодом диода 10 первой диодно-резистивной цепочки 8, а положительный выход 17 - с катодом диода 13 второй диодно-резистивной цепочки 11, при этом вентильный элемент 14 выполнен на основе двух пар транзисторов 18- 21 разного типа проводимости и двух цепочек, содержащих соответственно последовательно соединенные диоды 22 и 23 и резисторы 24 и 25, причем диод 22 первой цепочки соединен с резистором 24 катодом, а диод 23 второй цепочки соединен с резистором 25 анодом, а последовательно соединенные резисторы 26-27 и 28,29 образуют соответственно первый и второй резистивные делители напряжений,при этом свободный вывод резистора27 подсоединен через последовательносоединенные резистор 24 и первыйрезистор 30 к базе р-и-р-трансзистора 18 первой пары, свободныйвывод резистора 29 подсоединенчерез последовательно соединенныерезистор 25 и второй резистор 31к базе и -р- И -транзистора 20 второйпары,а диодные выводы третьей диоднорезистивной цепочки 32,выполненной напоследовательно соединенных диоде33 и резисторе 34 и четвертой диоднорезистивной цепочке 35, выполненнойна последовательно соединенных дио-де 36 и резисторе 37, подсоединенык второму выводу первого резистивного делителя 2, причем второй вывод резистивного делителя 5 соединен с входной шиной 38. Пороговое устроиство с выходнои характеристикой допускового контроля (фиг, З,сплошная линия) работает следующим образом. Данный вид выходной характеристики обеспечивается подсоединением инвертирующего хода операционного усилителя 1 к вьг ходу (точке соединения резисторов 3 и 4) первого делителя 2 напряжения, а;неинвертирующего входа - к выходу (точке соединения резисторов 6 и 7) второго делителя 5 напряжения (для,указанного варианта построения устройства входы операционного усилителя 1 на фиг. 1 показаны без скобок). Пусть при этом заземленный полюс источника входного сигнала Бсоединен с резистивными выводами диодно-резистивных цепочек 32 и 35, а потенциальный полюс - с входом делителя 5 напряжения,как показано на фиг,Вентильное,. устройство по фиг, 2 работает следующим образом.В исходном состоянии на базу транзистора 18 через диодно-резистивную цепочку из диода 22 и резистора 24 поступает открывающий потенциал от отрицательного полюсаа на базу транзистора 20 через диодно-резистивную цепочку из диода 23 и резистора 25 - открывающий потенциал от положительного полюса + Еопорного источника. При этом коллекторный ток открытого транзистора 18 создает на резисторе27 открывающий потенциал для базаэмиттерного перехода транзистора 19, а коллекторный так открытого транзистора 20 в свою очередь, создает на резисторе 29 открывающий потенциал для база-эмиттерного перехода транзистора 21. В результате на отрицательном выходе 16 вентипьного элемента 14 присутствует потенциал - Г а на положительном Ооп, 2выходе 17 - потенциал + Е.При паступлении,на вход вентиль- ного элемента 14 управляющего сигнала положительной полярности транзистор 18 призакрывается,что приводит к уменьшению потенциала на отрицательном выходе 16, а транзистор 20 приоткрывается и на положительном выходе 17 вентильного элемента 14 сохраняется потенциал + Ем 1С нарастанием управляющего сигнала, когда результат суммирования входного сигнала с потенциалом - Е опорного источника уменьОпшается да напряжения отсечки транзистора 18, последний закрывается и на отрицательном выходе 16 элемента 14 отсутствует потенциал - Г опорного источника, При этом для закрывания транзистора 18 достаточно уровня управляющего сигнала, не превышающего прямого напряжения база-эмиттерного перехода этого транзистора,При поступлении на вход отрицательного управляющего сигнала происходит обратная работа вентильнога элемента 14, т.е. потенциал отрицательного выхода 16 не изменяется, а потенциал положительного выхода 17 изменяется от величины +, до нуля.40С учетом принципа работы вентиль- ного элемента 14 пороговое устройство работает следующим образом.В исходном состоянии на разнополярных выходах 16 и 17 вентильного элемента 14 присутствуют соответст 45 венно потенциалы - Ги + Гв результате чего диоды 10 и 13 резистивных цепочек 8 и 11 закрыты, потенциал на инвертирующем входе усилителя 1 равен нулю и на выходе50 устройства потенциал отсутствует (точка 0 на Фиг. 3). При поступлении на вход устройства нарастающего входного напряжения 55 положительной полярности на выходе усилителя 1 нарастает выходное напряжение положительной полярности, 19134 + Р 416("Эюф" доз) Р 34гДе Ь 1:09+ Ф абсолютная погрешность порогового напряжения на входе делителя 2, обусловленная прямыми напряжениями 0,ОО 5, диодов 10 и 33;К 6,К 7, КЗ,К 4,К 9,К 34 - сопротивления резисторов 6,7,3,4,9 и 34 соответственноПоскольку транзистор 19 полностью закрыт, что соответствует компараторному режиму работы усилителя 1 с разомкнутой отрицательной обратной связью, превышение входным сигналом величины 0вызывает срабатавание которое поступает на вход вентильнаго элемента 14, В результате на отрицательном выходе 16 элемента 14отрицательный потенциал уменьшается.При этом выходное напряжение усилителя 1 нарастает да тех пор, пока врезультате увеличения проходногосопротивления закрывающегося транзистора 19 потенциал анода диода 10диадно-резистивнай цепочки 8 не станет положительным и равным величине,необходимой для создания положительного потенциала на инвертирующемвходе усилителя 1, равнага потенциалу на его неинвертирующем входе.Таким образом, вентильный элемент14 образует совместна с диодно-резистивной цепочкой 8 цепь отрицательной обратной связи операционногоусилителя 1,Дальнейшее увеличение входногосигнала приводит к закрыванию транзистора 19 и увеличению положительного потенциала на инвертирующемвходе со скоростью нарастания, соответствующей скорости нарастаниявходного сигнала до тех пор, покатранзистор 19 вентильного элемента14 не закроется полностью. В этотмомент на инвертирующем входе усилителя 1 установится пороговое нап 1ряжение Ц ,Допустим, ток через делитель 2напряжения имеет пренебрежимо малуювеличину относительно тока черездиадно-резистивную цепочку 32, Тогдапороговое напряжение определится выражением:1251019 8 1 О 50 При достижении входным сигналомуровня 0 , (при котором обеспечивается напряжение 0 , на инвертирующем входе усилителя), выходное напряжение усилителя. 1 уменьшается,что 5приводит к приоткрыванию транзистора19 вентильного элемента 14 и уменьше/иию потенциала на неинвертирующем входе относительно потенциала инвертирующего входа и т.д. В результателавинообразного процесса измененияпотенциалов на дифференциальных входах усилителя 1 последний перебрасывается в состояние с отрицательнымвыходным напряжением (участок 8 С 15на фиг. 4), транзистор 19 при этомполностью открывается, а транзистор21 вентильного элемента 14 закрывается. При этом на неинвертирующемвходе усилителя 1 формируется потен1циал 0от протекания через диодно"резистивные цепочки 11 и 35 токаисточника - Г щ. Изменение входного сигнала до уровня Ц(при котором обеспечивается напряжение 025на инвертирующем входе усилителя 1)не вызывает изменения состояния устройства (участок ЗГ на фиг; 4),Придостижении входным сигналом значения0 д устройство перебрасывается в 30исходное состояние (участок Е Р нафиг. 4).Рассмотренный вариант построенияустройства характеризуется теми жеточностными характеристиками, чтои рассмотренный ранее.Таким образом, погрешность формирования дополнительных порогов мень"ше соответствующей погрешности прототипа поскольку исключено влияние 4 Онестабильности выходного напряженияоперационного усилителя на формирование порогов срабатывания заявленного устройства,Введение дополнительных диоднорезистивных цепочек позволило прак"тически полностью скомпенсироватьвлияние прямых напряжений диодовдиодно-резистивных цепочек. 8 и 11на точность. Кроме того, использование транзисторов для построения вентильного элемента 14 позволяет, с одной стороны. исключить погрешность, вносимую нестабильным предельным напряжением операционного усилителя, а с другой стороны повысить достоверность информации о соотношении входного сигнала и допуска на него. Это обеспечивается как ограничением выходного напряжения усилителя на границах линейного участка работы устройства уровнями прямых напряжений база-эмиттер транзисторов (участок 40 на фиг. 3) при одновременном исключении зависимости этих уровней от величины формируемых пороговых уровней, так и повышением крутизны выходной характеристики в точках ее излома (участки 1 б и Р Г на фиг3), так как обрыв отрицательной обратной связи усилителя 1 происходит на участке диапазона входного сигнала, суженном враз относительно устройства -2прототип (где 3 - коэффициент передачи тока транзисторов транзисторных пар вентильного элемента 14). Формула изобретения 1. Пороговое устройство, содержащее биполярный источник опорных напряжений, операционный усилитель с дифференциальными входами, первый вход которого соединен с выходом первого реэистивного делителя, соединенного первым выводом с общей шиной, второй вход усилите.я соединен с выходом второго резистивного делителя, соединенного первым выводом с общей шиной, вторым выводом - с шиной источника входного сигнала, две диодно-резистивные цепочки из соединенных последовательно диода и резистора, причем диод первой цепочки соединен с резистором анодом, а диод второй цепочки - катодом, другие диодные выводы обеих цепочек соединены при этом между собой,другой резистивный вывод первой цепочки соединен с положительным полюсом, а другой резистивный вывод второй цепочки - с отрицательным полюсом биполярного источника опорных напряжений, и вентильный элемент с разно- полярными выходами, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, выходы подсоединены так, что положительный выход вентильного элемента соединен с катодом диода второй диодно-резистивной цепочки, а отрицательный выход - с анодом диода первой диодно-резистивной цепочки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности формируемых порогов,транзисторов разного типа проводимости, двух резисторов, двух резистивных делителей напряжения и двухдиодно-резистивных цепочек, причемдиод первой цепочки соединен срезистором катодом, а диод второйцепочки - анодом, другой резистивный вывод первой цепочки соединенпри этом с отрицательным, а другойрезистивныи вывод второй цепочки -с положительным полюсами биполярноЗО 125101в него введены дополнительные третья и четвертая диодно-резистивные цепочки из соединенных последовательно диода и резистора, причем диод третьей цепочки соединен с резистором катодом, а диод четвертой цепочки - анодом, другие диодные выводы третьей и четвертой цепочек соединены при этом между собой и подсоеди." иены к общим диодным выводам первой 10 и второй диодно-резистивных цепочек и второму выводу первого резистивного делителя напряжения, а вторые резистивные выводы третьей и четвертой диодно-резистивных цепочек подсоединены к общей шине,2. Устройство по и. 1, о т л и-" ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности информации о :оотношении входного сигнала и 20 допуска на него, в нем вентильный элемент выполнен на основе двух пар 9. 1 Ого источника опорных напряжений,другие диодные выводы обеих диоднорезистивных цепочек соединены междусобой и являются входом вентильногоэлемента, причем катод диода первой,циодно-резистивной цепочки через первый резистор подсоединен к базе-О-Р-транзистора первой пары, эмиттер которого соединен с общей шиной,а коллектор - с первым выводом первого резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединенс отрицательным полюсом источникаопорного напряжения и эмиттеромП-Ртранзистора первой пары, базакоторого соединена с выходом первогорезистивного делителя, а коллекторявляется отрицательным выходом вентильного элемента, анод диода второйдиодно-резистивной цепочки черезвторой резистор подсоединен к базеии-транзистора второй пары,эмиттер которого соединен с общей шиной,а коллектор - с первым выводом второго резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединенс положительным полюсом источникаопорного напряжения и эмиттеромр-итранзистора второй пары, базакоторого соединена с выходом второгорезистивного делителя, а коллекторявляется положительным выходом вентильного элемента,1251019 Заказ 4409/4 Тирам 836 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 1 13035, Москва, 3-35, РаПодписноекомитета СССРоткрытийущская наб., д. 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уагород Проектная Составитель Н.МаркинРедактор Л.Пчелинская Техред Н,Боикало Корректор А.Тяск