Пиковый детектор

Союз Советскии Соцналнстическни РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ(51) М. Кл. Н 03 О 1/06 1 Ъаударстееииый комитет сср ив делам изобретений и открытий(53) УДК 621.376, ,234 (088. 8) Дата опубликования описання 30.06.82 ИностранецРоджер Томас Гриффин(72) Автор изобретения Иностранная фирма "РКА Корпорейшн"(54) ПИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР Изобретение относится к радиотехнике, в частности к пиковым детекторам, и может использоваться в устройствах определения момента достижения входным сигналом пикового значения.Известен пиковый детектор, содержащий последовательно соединенные конденсатор и инвертор, охваченный цепью обратной связи, выполненной в виде полупроводникового переключателя 13,Однако в пиковом детекторе длительность выходного импульса соответствует интервалу между последовательными пиками противоположной полярности и точная регистрация пикового значения затруднительна и требует увеличения числа компонентов схемы.Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения момента достижения входным сигналом пикового значения,Для достижения цели в пиковомдетекторе, содержащем последовательно соединенные конденсатор и первыйинвертор, охваченный цепью обратнойсвязи, выполненной в виде полупровод.никового переключателя, инвертор выполнен на униполярных транзисторахразного типа проводимости, включенных последовательно по цепи питания, 1 О управляющие электроды которых объединены и являются входом инвертора,место соединения двух других электродов униполярных транзисторов являетсявыходом инвертора, при этом полупро 1 а водниковый переключатель выполненоднонаправленным. К выходу первого инвертора подключен второй инвертор,полупроводниковый 20 переключатель выполнен на униполярномтранзисторе, токопроводящий каналкоторого включен между источником питающего напряжения и входом первогоинвертора, а управляющий электрод под ключен к выходу второго инвертора.3 94065Полупроводниковый переключательсодержит дополнительный биполярныйтранзистор, коллектор которого соединен с источником питающего напряжения, а переход база-эмиттер включенмежду токопроводящим каналом униполярного транзистора и входом первогоинвертора. К выходу первого инвертора подключен второй инвертор.Полупроводниковый переключательвыполнен на униполярном транзисторе,токопроводящий канал которого включен между входом и выходом первогоинвертора, а управляющий электродподключен к выходу второго инвертора.К выходу второго инвертора пюдключен третий иняертор, параллельнополупроводниковому переключателю подключен дополнительный полупроводниковый переключатель, выполненный на уни-ополярном транзисторе противоположного типа проводимости, а его управляющий вход соединен с выходом третьего инвертора.,На фиг. 1-5 представлены электрические схемы пикового детектора приразличном выполнении полупроводникового переключателя.Пиковый детектор содержит конденсатор 1, первый инвертор 2 на униполярных трназисторах 3 и 4, полупроводниковый переключатель 5, второй инвертор б на униполярных транзисторах,униполярный 7 и дополнительный биполярный 8 транзисторы полупроводнико 35вого переключателя 5, третий инвертор 9 на униполярных транзисторах,униполярный транзистор 10 дополни-,тельного полупроводникового переключателя 11,оПиковый детектор работает следующим образом.В исходном состоянии вход первогоинвертора 2 находится под относительна отрицательным напряжением, Токо 45проводящий канал транзистора 3 имеетнизкое сопротивление, а токопроводя-щий канал транзистора 4 высокое сопротивление, Под воздействием питающегонапряжения ток течет через токопро 5 аводящий канал транзистора 3 и полупроводниковый переключатель 5,В результате этого напряжение на входе первого инвертора 2 становится относительно положительным, т.е. оно меньше напряжения на выходе первого инверторана величину падения напряжения наполупроводниковом переключателе 5.Параметры схемы таковы, что это сме 4щение не приводит к изменению состояния. Транзистор 4 открывается, но итранзистор 3 продолжает оставатьсяоткрытым, так как его исток имеетдостаточно положительное напряжениепо отношению к затвору. Следовательно, схема допускает статическоесостояние, при котором оба транзистора 3 и 4 находятся в проводящем состо.янии., Для уменьшения напряжения питания необходимо, чтобы ширина токопроводящего канала транзистора 4была больше ширины токопроводящегоканала транзистора 3. При подаче навход пикового детектора постепенноменяющегося напряжения, например синусоидального, в течение первой отрицательной полуволны входного напряжения конденсатор 1 заряжается черезполупроводниковый переключатель 5 итранзистор 3, В результате междувходом пикового детектора и входомпервого инвертора 2 возникает разность потенциалов, причем потенциал входа первого инвертора относительно положителен, Когда входноенапряжение проходит свое минимальноеотрицательное значение и начинает воз.возрастать, полупроводниковый переключатель 5 закрывается и потенциалточки входа первого инвертора падаети приближается к потенциалу точкивхода пикового детектора, Незначительное положительное увеличение потенциала в точке входа первого инвертора приводит к быстрому изменениюсостояния. Рабочая точка транзисторов первого инвертора находится навертикальной части характеристикивблизи верхнего изгиба и незначительное увеличение потенциала в точкевхода первого инвертора вызываетгораздо большее уменьшение потенциала в точке выхода первого инвертора, Транзистор 3 быстро запирается,а транзистор 4 отпирается.При этомна выходе второго инрертора потенциал становится положительным,Бсли постоянная времени входнойцепи велика по сравнению с периодомвходного напряжения, то единичныйсигналположительный потенциал)на выходе второго инвертора 6 остается до тех пор, пока входное напряжение снова не станет отрицательным. Переключение на нулевой сигналпроисходит только в момент, когдавходное напряжение имеет минимальное значение. При положительном макмежду подложкой и стоком МДП-транзистора ( подложка соединена с положительным выводом источника питания ), Отрицательное напряжение с выхода второго инвертора 6 является начальным смещением для униполярного МДП-транзистора 7Однако, так как входное сопротивление униполярного МДП-транзистора высокое, он не нагружает второй ин- . вертор. Токопроводящий канал этого транзистора имеет низкое сопротивление, и потенциал точки входа первого инвертора 2 становится относительно положительным, Параметры схемы выбраны так, что первый инвертор 2 продолжает пропускать ток, и схема находится в устойчивом состоянии. Если сопротивление канала траязистора 7 выбрать достаточно высоким, то цепочка сопротивление канала-конденсатор 1 имеет большую постоянную времени, в результате чего напряжение на входе первого инвертора 2 увеличивается медленно.На Фиг.3 представлена схема пикового детектора, предназначенная для таких применений, когда паразитный диод нежелателен. Сток униполярного МДП-транзистора 7 соединен с базой дополнительного биполярного транзистора 8, коллектор которого соединен с положительным выводом источника питания, а эмиттер подключен к входу первого инвертора 2. Когда транзистор 8 заперт, он отсоединяет вход первого инвертора от источника питания, при этом паразитный диодотсоединяется от входа первого инвертора. Биполярный транзистор 8 не нагружает схему.Схемы, представленные на фиг.2 и 3, требуют тщательного выбора сопротивления канала униполярного транзистора 7, чтобы постоянная времени цепочки сопротивление канала-конденсатор 1 была достаточна велика. Это обеспечивает медленное повышение напряжения на выходе первого инвертора 2 в течение интересующего периода времени. Эти схемы нельзя использовать при больших колебаниях темпера-. туры и напряжения источника питания.На фиг.4 представлена схема пикового детектора, в которой не требуется точно выбирать сопротивление канала униполярного ИДП-транзистора-типа. В этой схеме и сток унипо"лярного МДП-транзистора 7 соединен 5 940657 б симуме входного сигнала транзистор3 заперт, а транзистор 4 - отперт.Но, так как входное напряжение пикового детектора уменьшается, уменьшается и потенциал точки входа первогоинвертора. Параметры схемц выбираются так, чтобы при достижении входным напряжением своего максимальногоотрицательного значения изменилисьсостояния транзисторов: транзистор 163 переходит в открытое состояние, атранзистор 4 "в запертое. В это состояние схема переходит при отрицательном пике входного сигнала. Когдавходное напряжение пикового детектора начинает увеличиваться после прохождения своего максимального отрицательного значения, все процессы всхеме повторяются: полупроводниковыйпереключатель 5 запирается, транзис- мтор 3 запирается, а транзистор 4 от"пирается.Таким образом, изображенная нафиг.1 схема формирует на выходе короткий отрицательный импульс, по вре змени совпадающий с отрицательным пиком входного сигнала. Длительностьвыходного импульса может регулироваться путем изменения постоянной времени входной цепи. При уменьшении по- зестоянной времени конденсатор 1 будетразряжаться более быстро и длительность выходного импульса при определенной входной частоте будет увеличиваться. При увеличении постоян 35ной времени входной цепи происходитобратное. Увеличивать постоянную вре-.мени целесообразно при малых значениях входных частот.Если полупроводниковый переключатель 5 выполнен в виде полупроводникового диода или перехода эмиттербаза биполярного транзистора, он будет нагружать схему и при определенных режимах работы может вызватьпреждевременное переключение второгоинвертора 6.На фиг.2 представлена схема пикового детектора, свободная от этогонедостатка. Здесь цепочкв обратнойсвязи содержит униполярный МДП-транзистор 7 Р -типа. Управляющий электрод транзистора 7 соединен с выходом второго инвертора 6, Токопроводящий канал включен между источникомпитающего напряжения и входом перво 33го инвертора 2. На схеме (фиг.2)показан условно диод, являющийся паразитным элементом, который включенс входом первого инвертора, как и всхеме на фиг.2, Однако исток униполярнсго транзистора 7 соединен с выходом первого инвертора, а не с положительным выводом источника питания, как в схеме на фиг,2 Включенныйподобным образом транзистор работаеткак трансмиссионный вентиль. Напряжение на выходе первого инвертора2 более положительно, чем напряже оние на его входе в течение того периода времени, когда униполярный транзистор 7 открыт. Но токопроводящийканал униполярного ИДП-транзистора 7имеет определеннОе сопротивление, и 15падение напряжения при незначительном токе может быть ниже падениянапряжения на диоде. Преимуществоэтой схемы заключается в отсутствиинеобходимости согласования разме вров униполярных транзисторов 3 ипервого 2 и второго 6 инверторов,Нелесообразно сделать униполярныйтранзистор р-типа с более низкимсопротивлением, чем транзистор и-типа. Это обеспечивает максимальноенапряжение между входом и выходомвторого инвертора 6. Кроме того,обеспечивается возможность упрощения схемы путем применения технологическогопроцесса, используемого для производства кремниевых вентильных МДПтранзисторов.В схеме пикового детектора, представленной на фиг.5, паралелльнотрансмиссионному вентилю Р -типавключен дополнительный полупроводниковый переключатель 11 на униполярном МДП-транзисторе 10 и -типа.Управляющий электрод транзистора10 подключен к выходу третьего инвертора 9, выполненного на униполярных транзисторах.В схемах, показанных на Фиг.ч и5, подложки ИДП-транзисторов р -типа должны быть соединены с источником питания, Поэтому эти схемы имеюттакие же ограничения по применению,как и схема, показанная на фиг,2,т.е, они не могут быть использованы для дискриминирования последовательных минимумов.Эти схемы можно применять, когдаене требуется, чтобы схема реагировала на последовательные минимумы не 55значительной величины, При этом конденсатор 1 разряжается через паразитный диод во время между двумя по.следовательными минимумами,Предлагаемый пиковый детектор может найти применение в часовых схемах для управления работой шагового мотора. Для выделения различных минимумов или максимумов входного сигнала в пиковый детектор можно ввести дополнительный переключатель, размыкающий цепь обратной связи при достижении сигналом задержки определенного уровня. Применение такой модификации пикового детектора в часовых схемах позволяет более экономично управлять шаговым мотором путем прерывания работы самого шагового двигателя по достижении некоторого пика,Таким образом, предлагаемый пиковый детектор по сравнению с извест. ным обеспечивает увеличение чувствительности и позволяет повысить точность определения момента достижениявходным сигналом пикового значения.Формула изобретения1. Пиковый детектор, содержащий последовательно соединенные конденсатор и первый инвертор, охваченный цепью обратной связи, выполненный в виде полупроводникового переключателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствитель" ности и точности определения момента достижения входным сигналом пикового значения, инвертор выполнен на униполярных транзисторах разного типа проводимости, включенных последовательно по цепи питания, управляющие электроды которых объединены и являются входом инвертора, место соединения двух других электродов униполярных транзисторов является выходом инвертора, при этом полупроводниковый переключатель выполнен однонаправленным.2, Детектор по и.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что к выходу первого инвертора подключен второй инвертор, полупроводниковый переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий канал которого включен между источником питающего напряжения и входом первого инвертора, а управляющий электрод подключен к выходу второго инвертора.3. Детектор по п,2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что полупроводниковый переключатель содержит дополнительный биполярный транзистор, коллектор ко9 940657 10 торого соединен с источником питающе. Детектор по п,4, о т л и ч аго напряжения, а переход база-эмиттер ю щ и й с я тем, что к выходу второ- включен между токопроводящим каналом го инвертора подключен третий инвер униполярного транзистора и входом тор, параллельно полупроводниковому первого инвертора. 3 переключателю подключен дополнительный полупроводниковый переключатель,4, Детектор по п,1, о т л и ч а ю- выполненный на униполярном транзисщ и й с я тем, что к выходу перво" торе противоположного типа проводиго инвертора подключен второй инвер- мости, а его управляющий электрод тор, полупроводниковый переключатель 1 в соединен с выходом третьего инвертовыполнен на униполярном транзисторе, ра.токопроводящий канал которого включен Источники информации, между входом и выходом первого инвер- принятые во внимание при экспертизе тора, а управляющий электрод подклю" 1. Патент СЮА У 3678296, чен к выходу второго инвертора. 13 кл. 307-231, 18.07,72 (прототип).940657 Составитель И.Цветкованикова Техред И. Гайду Корректор Г.Решетники,в е й тшее ееедактор Е Заказ 4/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,07/80НИИПИ Государпо делам13035, Москва Тираж 959венного комитзобретений иЖ, Раущск Подлис ета СССР открытий я наб., д