Управляемое регенеративное пороговое устройство

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: полезная модель относится к электронике и может использоваться в генераторах и время-импульсных преобразователях сигналов.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ: неинвертирующее и инвертирующее пороговые устройства имеют два независимых друг от друга порога срабатывания, управляемых по полярности и величине двумя управляющими напряжениями, что расширяет его применение в электронной технике и позволяет реализовывать новые по функциональным возможностям и характеристикам электронные преобразователи и генераторы сигналов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ: включение аналогового коммутатора в цепь положительной обратной связи операционного усилителя, коммутирующего управляющие напряжения и управляемого выходным напряжением операционного усилителя.

Полезная модель относится к импульсной электронике и может использоваться во время-импульсных преобразователях и генераторах сигналов.

Во время-импульсных устройствах промышленной электроники применяется регенеративное пороговое устройство (ПУ), являющееся функциональным аналогом транзисторного триггера Шмитта. Существует два известных варианта регенеративных ПУ - неинвертирующий и инвертирующий. В многочисленной технической и учебной литературе регенеративное ПУ называют регенеративной схемой сравнения, гистерезисной схемой сравнения, регенеративным компаратором с гистерезисом, двухпороговым компаратором (Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. - М., Горячая линия-Телеком, 2000 г., стр 359-367).

Известен регенеративный компаратор (RU 2062548 С1, кл. H03K 5/24, дата публикации: 20.06.1996), в котором пороги срабатывания могут управляться внешним (управляющим) напряжением, но не независимо друг от друга, а синхронно.

В данной патентованной схеме в цепь положительной обратной связи операционного усилителя (ОУ) включен полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа, затвор которого подключен к выходу ОУ. Если на выходе ОУ будет отрицательное напряжение (относительно общей шины питания), то управляющий p-n-переход. полевого транзистора будет смещен в прямом направлении и он перестанет быть транзистором - превратится в полупроводниковую точку. Последствия подобного (аварийного) состояния схемы не прогнозируемы: или ОУ вследствие замыкания выхода ОУ через полупроводниковую точку на общую шину и перегрузки по выходному току потеряет работоспособность, или полупроводниковая точка выходным током ОУ будет разрушена, или то и другое одновременно. Если даже перечисленные негативные явления не произойдут, никак нельзя оценить сколь угодно достоверно глубину положительной обратной связи и, следовательно, величину порога срабатывания ПУ при отрицательном выходном напряжении ОУ.

Анализируя схему видно, что пороговые напряжения U_пор.1 и U_пор.2 могут управляться напряжением U_эт, но не независимо друг от друга, оставаясь всегда однополярными.

В известных схемах ПУ пороговые уровни можно смещать на одну и ту же величину, но невозможно их изменять независимо друг от друга ни по величине, ни по полярности.

Задачей данной полезной модели является расширение функциональных возможностей регенеративных неинвертирующего и инвертирующего ПУ с двухполярным питанием за счет управляемости обоих пороговых напряжений срабатывания устройств независимо друг от друга как по величине, так и по знаку.

Поставленная задача решается тем, что в управляемом регенеративном пороговом устройстве, содержащем операционный усилитель, с обратной связью, согласно полезной модели, обратная связь выполнена резистивной положительной, в цепь которой включен аналоговый коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом операционного усилителя, с возможностью коммутации двух управляющих напряжений.

Существо полезной модели поясняется чертежами. На Фиг.1 изображено неинвертирующее управляемое регенеративное пороговое устройство (УПУ), а на Фиг.2 изображено инвертирующее УПУ.

Согласно полезной модели, для неинвертирующей схемы УПУ, резисторы 1 и 2 образуют положительную обратную связь операционного усилителя 3, в цепь которой включен аналоговый коммутатор 4, предназначенный для коммутации входных управляющих напряжений U₁ и U₂, и имеющий нормально разомкнутые и нормально замкнутые ключи, управляемый выходным напряжением ОУ 3. Соответственно для инвертирующей схемы УПУ резисторы 5 и 6 образуют положительную обратную связь операционного усилителя 7, в цепь которой включен аналоговый коммутатор 8, предназначенный для коммутации входных управляющих напряжений U₁ и U₂, и имеющий нормально разомкнутые и нормально замкнутые ключи, управляемый выходным напряжением ОУ 7.

В представленных схемах управляемых ПУ нормально разомкнутые ключи замыкаются и нормально замкнутые ключи размыкаются при положительном выходном напряжении ОУ 3 и 7. При отрицательном выходном напряжении они возвращаются в исходное состояние, как это обозначено в схемах ПУ. Таким образом в представленных схемах управляемых ПУ ключи изменяют свое состояние (включен или выключен) в противофазе в зависимости только от полярностей выходных напряжений ОУ, но не от их величин.

Пороги срабатывания неинвертирующего (U_{пор.неинв.}) и инвертирующего (U_{пор.инв.}) управляемых ПУ определяются выражениями:

; ;

; ,

где R₁ - сопротивление резисторов 1 и 2;

R₂ - сопротивление резисторов 5 и 6;

U₁ - управляющее напряжение верхнего порога;

U₂ - управляющее напряжение нижнего порога.

Из этих выражений следует, что пороги срабатывания по величине и полярности могут независимо друг от друга управляться напряжениями U₁ и U ₂.

В управляемые ПУ, аналогично известным ПУ, можно ввести напряжение смещения, которое будет смещать пороги срабатывания, не изменяя гистерезис.

При напряжении смещения U_см=0 эти схемы изменяют свое состояние, когда входное напряжение U_вх достигает пороговых значений :

и

соответственно для неинвертирующего и инвертирующего ПУ, где - максимально возможное выходное напряжение ОУ положительной полярности;

- максимально возможное выходное напряжение ОУ отрицательной полярности;

R₂ - резистор, включенный между выходом и неинвертирующим входом ОУ;

R ₁ - резистор, образующий с резистором R₂ делитель напряжения.

Если в схемы известных неинвертирующего и инвертирующего ПУ ввести напряжения смещения U_см ; то пороги срабатывания будут соответственно смещены:

;

.

Гистерезис статической характеристики известных ПУ U_вых=f(U_вх), равный разности , всегда остается неизменным (2U_пор).

Итак, заявленная полезная модель управляемого регенеративного порогового устройства позволяет синтезировать новые схемы прецизионных преобразователей напряжения в частоту, напряжения во временной интервал, широтно-импульсного модулятора, которые способны выполнять не только названные преобразования электрических величин, но и одновременно могут осуществлять вычислительные операции умножения и деления.

Управляемое регенеративное пороговое устройство, содержащее операционный усилитель с обратной связью, отличающееся тем, что обратная связь выполнена резистивной положительной, в цепь которой включен аналоговый коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом операционного усилителя, с возможностью коммутации двух управляющих напряжений.