Вероятностное реле на варикапах

Соизэ СоветскикСоциалист ическикРеспублик ОП ИСАЙ ИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ в 752804(23)приоритет яо делам изобретений и открытий(54) ВЕРОЯТНОСТНОЕ РЕЛЕ НА ВАРИКАПАХ 1Изобретение относится к определению состояния искаженного помехой непрерывного или импульсного сигнала относительно заданного порога и может быть использовано в системах телемеханики с модуляциями вида ВИМ, ШИМ, ЧИМ, КИМ в измерительной технике, радиолокации.Известно вероятностное реле, содержащее интегратор на усилителе постоянного тока с попеременно подключенными логическим устройством .отрицательными и положительными .обратными связями, четыре цепи перезаряда сглаживающей15 емкости, выполненной на полевых транзисторах и четыре нелинейные обратные связи, выходы которых соединены с затворами полевых транзисторов цепей переэаряда емкости 1) .Известно также вероятностное реле на варикапах, состоящее из нелинейнбй интерирующей Р С-цепи, образованной резистором и емкостью двух варикапов, вклю 2ченных в диагонали двух мостовыхсхем 121.Известные схемы обладают небольшойточностью определения моментов пересечения нулевого. порога искаженным помехой непрерывным разнополярным сигналомпроизвольной формы,Цель изобретения - повышение точности определения моментов пересечениянулевого порога искаженным помехой непрерывным разнополярным сигналом произвольной формы.Указанная цель достигается тем, чтоввероятностное реле на варикапах, состоящееиз нелинейной интегрирующей 7 С-цепи,образованной резистором и емкостью двухварикапов, включенных в диагонали двухмостовых схем, введена схема пороговойположительной обратной связи, подключенная входом ко входу, а выходом к выходу нелинейной и интегрирующей 7 Сцепи, схема пороговой положительнойобратной связи выполнена на двух транзисторах разного типа проводимости,752804 4 3коллектор;,аждого из которых черезпоследовательно соединенные резистор идиод подключены к интегрирующемувходу дифференциального усилителя, аего выход через рсзистор подключен кнеинвертирующему входу того же дифферечцивльного усилителя и ко входу нелинейной и интегрирующей Р С-цепи,схема положительной обратной связивыполнена на двух последовательно включенных ключевых каскадах на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых через встречно включенныедиоды подключены к эмиттерам транзисторов выходных усилителей, причем коллекторы транзисторов выходных усилителей через резисторы подключеныко входу нелинейной интегрирующейР С-цепи, а базы транзисторов выходных усилителей через эмиттерныйповторитель подключены к выходу нелинейной интегрирующей Р С-цепи,На фиг. 1 показана блок - схема вероятностного реле на варикапах, где нелинейная интегрирующаяС-цепь 1, схема пороговой положительной обратнойсвязи 2; на фиг. 2 - график измененияемкости нелинейной интегрирующей Р Сцепи; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема вероятностного реле наварикапах диапазона 100 кГц - 10 МГц,транзисторы 3, 4, резистор нелинейной .интегрирующей % С-цепи 5, варикапы 6,7, резисторы 8 - 11, ключевые транзисто-ры 12-13, резисторы 14-15, диоды 1617, дифференциальный усилитель 18, резисторы 19-20; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема вероятностногореле на варикапах, где транзисторы 21,22, резисторы 23, 24, варикапы 25, 26,резисторы 27-30, транзисторы 31-34,резисторы 35-40, транзисторы 41-46,резисторы 47-53, диоды 54-55, резистор 56,. Работа устройства основана на нелинейномизмерении параметра( О )=%С ( О ) интегрирующей . И С в це за счет изменения суммарной емкости С 1 О ) двух параллельно включенных варикапов 6, 7 по закону фиг. 2 в зависимости от значения и расположения входи о 2 ( 1 )дн О () сигналов по отношению к нулевому порогу с подключением положительной обратной связи в те моменты времени,Вероятйостное реле, приведенное нафиг. 3 работает следующим образом. 7когд входной(Ф, ) и и ходнои 1.5(сигналы находятся ио одну сторону отнулевого порога.В исходном состоянии прп действиина входе устройства сигнала ( 1 )отрицательной полярности выходное напряжение О ( 1 ) равно значению запирающего напряжения - О, на варнкапе 6(пренебрегаем падением наггря кения на 10 самом варикапе). Под действием отрицательного сигнала 7 ( ) открыт ключевой транзистор 12 и закрыт другойключевой транзистор 13. Ввиду подключения инвертирующего входа дифферен циального усилителя 18 к средней точкеисточника питания схемы эа счет откры того ключевого транзистора 12 и наличия отрицательного напряжения О ( 1 )на его неинвертирующем входе сигнал 20 О (1 ) усиливается с помощью дифференциального усилителя 18 в три разаи через резистор 19 вновь подается навыход устройства.В результате действия положительной 25 обратной связи выходной сигнал О ( 1 )удерживается в отрицательном состоянии -О, . Суммарная мкость обоих варикапов 6 и 7 в это время максимальна, т.е.С (О) -С при О(Ф, ) - -О,эо (Фиг.2) .При переходе входного непрерывногосигнала() в положительную об-ласть от нулевого порога начинает выполняться условие Х (1 ) 7 0 и О (1 )0. з 5 При этом закрывается ключевой транзистор 12 и открывается другой ключевой транзистор 13. Коэффициент передачи дифференциального усилителя в этомрежиме работы из-за отрицательного эна чения выходного напряжения О (т ) изакрытого от этого напряжения диода 17становится равным единице, что приводитк отключению положительной обратнойсвязи. Поэтому выходное напряжение 45 О ( 1 ) сначала медленно нарастаетЖиз-эв большого значения суммарной емкости С ( О ) варикапов 6 и 7 (максимального значения емкости варикапа 6,минжлального значения емкости варикапа 7). Затем, по мере уменьшения результирующей емкости С,(О) (по кривой нафиг. 2), скорость нарастания выходногонапряжения О ( 1 ) увеличивается и достигает максимального значения вблизинул вого цорогв. Такое нелинейное изменение емкости С ( О ), а следовательно, и параметра( О ) = РС ( Ц ) ингегрирующей 3 С-цепи способствует эффективному подавлению выбросов помех, на 752804ложенных на полезный сигнал, когда он находится ниже нулевого порога. В результате этого достигается высокая точность определения моментов пересечения непрерывным полезнымсигналом нулевого 5 порога при переходе из отрицательной в положительную область,В момент превышения. выходным сигналом О ( 1 ) нулевого порога оба сиг нала ,7 ( 1 ) и О ( 1 ) оказываются по одну сторону (в положительной области) от этого порога, т.е. Е (1 ) ) 0 и Ц (1 ) ) О. Смена полярности выходного сигнала 0 ( Е ) с отрицательной 15 на положительную и открытое в это время состояние ключевого транзистора 13 цод действием входного положительного сигнала Е ( т, ) способствует возрастанию коэффициента усиления дифференциаль ного усилителя 18 до значения, равного К=З, Вследствие этого образуется положительная обратная связь через резистор19, под действием которой вероятностное реле быстро переходит в положительное состояние О ()=О . Одновременно происходит увеличение значения параметра %; ( О ) интегрирующей Р С-цепи(по кривой фиг.2) иэ-за увеличения результирующей емкости С ( Ц ) варика- З 0пов 6,7, со значения Сц при О("с )=О до значения См при О (1 )=О на котором затем и происходит стабилизация .выходного сигнала О ( ) за счет открытия варикапа 7 в прямом направлении.Переход вероятностного реле в противоположное (отрицательное) состояние начинается в том случае, когдавходной сигнал 2 ( Е ) вновь оказывается ниже уровня нулевого порога. . т.е, начинает выполняться условие2 (1) ( 0 и О(1 О. Вэтом случае закрывается ключевой транзио-. тор 13 и открывается другой ключевой 45 транзистор 12. Коэффициент передачи дифференциального усилителя 18 из-за положительности выходного сигнала О ( 1 ) и закрытого от этого напряжения диода 16 становится равным едини це, что приводит к отключению положительной обратной связи в этом режиме работы. Значение емкости С (ц ) интегрирующей Р С-цепи вновь уменьшается (по кривой на фиг. 2) от максимального 55 См при 0 (1 )-О до минимального Сщи при О ( 1 ) = 0 значений, способствуя тем самым эффективному подавлению выбросов помех., наложенных ня полезный сигнал, когда он находится выше нулевого порога. В результате этого достигается высокая точность определения моментов пересечения нулевого уровня непрерывным сигналом при его переходе из отрицательной области в положительную.В момент снижения выходного сигнала О (Е) за нулевой уровень оба сигнала (Й) и 0( 1 ) оказываются по одну сторону (в отрицательной области) от нулевого порога, т.е. 7 ( 1 )0 и 0 (Й)( О. В этом режиме из за открытия диода 16 под действием отрицательного выходного сигнала О ( Й ) и открытого ключевого транзистора 12 от отрицательного входного сигнала 2 ( .Ь ) коэффишхент усиления дифференциального усилителя 18 вновь увеличивается до К=З. В результате этого образуется положительная обратная связь, под действием которой вероятностное реле быстро переходит в отрицательное состояние О ( 1 ) = - О.Одновременно происходит увеличение емкости С ( О ) с минимального Сдн при О (1 ) =0 до максимального Ссс при О (С ) = - О значений с последующей стабилизацией выходного сигнала О ( 1 ) на уровне - Оиз-за открытия варикапа 7 в прямом направлении.Вероятностное реле на варикапах(фиг.4) работает следующим образом.В исходном состоянии при наличии на входе устройства отрицательного сигнала Е (1) выходное напряжение О ( Ь ) отрицательно и равно 0 ( т ) = - О где О - запирающее (опорное) напряжение на варикапе 25. Транзисторы 31, 32, 41, 42, 43 и диод 55 открыты, а диод 54 закрыт. Выходной сигнал О(1), усиленный в три раза усилителем на транзисторах 42, 43 через резистор 52, вновь подается на вход устройства. В результате действия этой положительной обратной связи выходной сигнал О ( 1 удерживается в отрицательном состоянии -- Ц . При этом емкость С ( 0 ) максимальна. (фиг. 2).При переходе входного непрерывного сигнала 2 (т, ) в положительную область закрываются транзисторы 21, 22 и открываются транзисторы 33, 34, что приводит к открытию диода 54 и закрытию диода 55. Под действием открытого диода 54 на эмиттер транзистора подается запирающее напряжение, которое отключает положительную обратную связь,7 7528 образованную транзисторами 42, 43. При этом другая положительная обратная связь, образованная транзисторами 45 и 46 также отключена ввиду закрытых транзисторов 44, 45, 46 под действием5 отрицательного выходного напряжения (,) (1 ) (хотя и открыт в это время диод 55 и снято запирающее напряжение с эмиттера транзистора 46), В результате отключения положительных обратных связей выходное напряжение Д( 1 ) также, как и в устройстве, приведенном на фиг. 3, сначала медленно изменяется изза большого значения емкости С ( 0 ) фильтра вблизи напряжения - 0 (фиг. 2), а затем, по мере, приближения выходного напряжения к нулю, увеличивает свою скорость изменения, Нелинейный характер изменения емкости С ( О ) интегрирукицей 7 С-цепи способствует подавлению выбросов помех, наложенных на полезный сигнал отрицательной полярности.При превышении выходным сигналом О (1 ) нулевого порога оба сигнала( 1 ) и О ( 1 ) оказываются по одну сторону от этого порога. Под действием положительной полярности выходного сигнала О () открываются транзисторы 44, 45, 46 и ввиду отсутствия в это время запирающего напряжения на эмиттере транзистора 46 из-за закрытого диода 55 под действием открытого транзистора 34 образуется положительная обратная связь, которая через резистор 53 переводит вероятностное реле в положительное состояние Д ( 1 ) = ООдновременно происходит увеличение емкости С ( О ) (по кривой на фиг.2) с См при ) (1 ) = 0 до С цпри( т ) = 1. Стабилизация выходного напряжения И ( 1 ) на уровне О осуществляется за счет открытия варикапа6 в прямом направлении.Переход вероятностного реле в отрица тельное состояние О ( Ф ) =-О начинаетсяв случае, когда входной сигнал Е () оказывается вновь ниже нулевого порога. В этом случае закрываются транзисторы 33, 34 и открывается диод 55, через50 который к эмиттеру транзистора 46 прикладывается запирающее напряжение отрицательной полярности, отключающее положительную обратную связь на транзисторах 44, 45, 46. Одновременно от 55 крываются транзисторы 31, 32 и закрывается диод 54, под действием которого снимается запирающее напряжение положительной полярности с эмиттера тран 04 81 зистора 43. Однако положительная обратная связь, образованная транзисторами 41, 42,43 в этом режиме отключается из-за положительного значения выходного сигнале О ( 1 ), которое удерживает в закрытом состоянии транзисторы 41, 42 с прямой проводимостью. В этом режиме значение емкости С ( О ) интегрирующейС-цепи вновь уменьшается (по кривой на фиг. 2) с максимального См,до минимальногО СМРАД значений, способствуя тем самым эффективному подавлению выбросов помех, наложенных на сигнал положительной полярности.При снижении выходного сигнала О(1) за уровень нулевого порога открываются транзисторы 41, 42, 43. Одновременно из-за отсутствия запирающего напряжения на эмиттере транзистора 43 при , (1)(0 образуется положительная обратная связь, которая быстро переводит вероятностное релев противоположное состояние О (1 ) = -Ц .При этом емкость С (Ц) увеличивается с минимального С, щ до максимального См значения с последующей . стабилизацией выходного сигнала О () на уровне - Циз - за открытия варикапа 25 в прямом направлении.формула изобретения1. Вероятностное реле на варикапах, состоящее иэ нелинейной интегрирующейС-цепи, образованной регистром иемкостью двух варикапов, включенных в диагонали двух мостовых схем, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения моментов пересечения нулевого порога искаженным помехой непрерывным раэнополярным сигналом произвольной формы, в него введена схема пороговой положительной обратной связи, подключенная входом ко входу, а выходом к выходу,.нелинейной интегрирующей 2 С-цепи.2. Реле по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что схема пороговой положительной обратной, связи выполнена на двух транзисторах разного типа проводимости, коллектор каждого иэ которых через последовательно соединенные резистор и диод подключены к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а его выход через резистор подключен к неинвертирующему входу того же дифференциального усилителя и ко,9. 7 5280410входу нелинейной интегрирующей % С- ной интегрирующейС-цепи, а базыцепи. транзисторов выходных усилителей черезЭ, Реле по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- эмиттерный повторитель подключены кс я тем, что схема пороговой положитель- выходу нелинейной интегрирующейЯСной обратной связи выполнена на двухцепи.последовательно включенных ключевых Источники информации,каскадах на транзисторах разного типа принятые во внимание при экспертизепроводимости коллекторы которых черезвстречно включенные диоды подклю. Авторское свидетельство СССРчены к эмиттерам транзисторов вы а % 605317, кл. Н 03 К 17/60, 09.03.76.ходных усилителей, причем коллекторы 2. авторское свидетельство СССРтранзисторов выходных усилителей через Ж 403038 Н 03 К 5/08, 7.12,70резисторы подключены ко входу нелиней- (прототип) .ставитель В. Трубнико 5224 Тираж 995 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Ра