Оюзнай 5:^^«'^ • •- ^' ' - ~••;..;:я.;гх:а:"[ее1дй

302707

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респтбллк

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 08ЛХ.1969 (№ 1358145/18-24) МПК G 05b 1/01 с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 28.!Ъ,1971. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 07.Х.1971

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.325.66(088.8) Автор изобретения

В. И. Щербаков

Заявитель

УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ

Изобретение может быть использовано в цифровых вычислительно-управляющих машинах и различных контрольно-измерительных устройствах.

Во многих контрольно-измерительных операцияхх находит применение метод сравнения измеряемой величины постоянного напряжения с эталонным напряжением. В качестве устройства сравнения при этом используют различные схемы на основе усилителя постоянного или переменного тока с входным модулятором и выходным демодулятором.

Все эти схемы имеют порог чувствительности, ограниченный собственными шумами усилителя, и содержат большое количество элементов, что снижает надежность устройства.

Цель изобретения — повышение надежности и чувствительности устройства при входном сопротивлении, измеряемом сотнями мегом.

Предлагаемое устройство сравнения имеет высокую надежность за счет малого количества входящих в его схему элементов, высоку;о чувствительность (измеряемую десятками микровольт) за счет параметрического усиления и высокое входное сопротивление за счет сравнения измеряемых напряжений на кремниевых диодах (используется зависимость барьерной емкости диодов от сравниваемых напряжений), Принцип действия предлагаемого устройства сравнения поясняется чертежом.

Устройство сравнения состоит из задающего емкостного параметрона 1, манипулирован5 ного низкочастотны м сигналом емкостного приемного параметрона 2, элемента 3 связи между параметронами, логической схемы фазоразличителя 4 и схемы 5 питания.

Задающий параметрон 1 включает резисто10 ры б — 8, конденсаторы 9 — 11, индуктивностп

12, 18, диоды 14 19.

Приемный параметрон 2 состоит из индуктивностей 20, 21, диодов 22 — 25, конденсатора

2б. В параметронах 1, 2 диоды 15, lб, 17, 18, 15 24, 25 используются в качестве нелинейных емкостей (варакторные диоды). Логическая схема фазоразличителя 4 состоит из резисторов 27 — 29, конденсатора 80, транзисторов

81, 82.

20 Схема питания содержит резисторы 88, конденсатор 34, и стабилитрон 85.

Элемент 8 связи представлен резистором.

Задающий и приемный параметроны построены на балансной схеме с резонансными

25 цепями накачки. Принцип действия параметронов можно пояснить на примере приемного параметрона 2, так как работа задающего параметрона 1 идентична приемному. Приемный параметрон 2 можно представить в виде

30 пвух последовательных и одного параллельно.

302707

10

3 го контуров. Один последовательный контур образован индукгпвностью 21 и барьерной емкостью варакторного диода 25, другой †индуктивпсстыо 20 и барьерной емкостью варакторного диода 24; параллельный контур образова1: последовательно включенными индуктивностями 20 и 21; емкостью согласующей связи — <ондепсатором 2б и последовательно включенными емкостями варакторных диодов 24, 25.

Емкость диодов 22, 28 выбирается мини„альпой.

В точку А приемного параметрона 2 подается напряжение накачки UI с постоянным

c.; — IHc 1IIcIiI, образованным с помощbIo стабилитроца 85. Последовательные контуры параметрона настроены на частоту f напряжения накачки U Параллельный контур параметрона с помощью конденсатора 2б настроен на частоту )/2. При такой настройке в параллельНо.,I контуpe IIapaMCTpoHa IIoaIIIII1стри Icc1:Hx колебаний ничивается напряжением обратного смещения па д11одах 24, 25, образованного с помощью стабилитрона 85.

Фаза установившихся параметрических колебаний жестко связана с фазой колебаний генератора накачки и может иметь только одно из двух значений: ср=О или р=180 (или несколько отличаться от этих значений в зависимости от настройки параллельного контура параметрона по отношению к частоте параметрических колебаний j/2). Если параметрону 2 навязать извне колебания с частотой

//2 и фазой <р=О или qð= 180, до возбуждения параметрических колебаний, то после возбуждения параметрических колебаний их фаза примет фазу навязанных колебаний.

Это свойство фазовой избирательности использовано в предлагаемом устройстве сравнения. Чувствительность параметрона к синхронному сигналу частоты f/2 очень высока и в основном определяется внутренними шумами параметрона и добротностью его параллельного контура. Манипуляция возбуждения и срыва параметрических колебаний в прием ном параметроне 2 осуществляется низкочастотным сигналом с помощью диодов 22, 28.

Для отрицательной полуволны синусоидального напряжения UiI диоды 22, 28 открыты и следовательно параллельный контур параметрона 2 закорочен. Для положительной полуволны UiI диоды 22, 28 заперты и в параметроне 2 возбуждаются параметрические колебания. При этом фаза их совпадает с фазой навязанного колебания от параметрона 1 через элемент 8 связи.

В отличие от приемного параметрона 2, задающий параметрон 1 имеет два встречно включенных варакторных диода 17, 18, барьерная емкость которых выполняет роль согласующей емкости (подобно конденсатору 2б в

60 б5

4 парамстроне 2) и подстроечный конденсатор

9, Параметрические колебания с частотой /;2 не подвергаются манипуляции и присутствуют постоянно. С помощью высокоомного резистора 8 (или дросселя, что более желательно для высокой тер мостабпльности устройства сравнения) на диоды 17, 18 подается напряжение обратного смещения.

Предлагаемое устройство сравнения работает при низких уровнях сравниваемых напряжений (до 1 в), поэтому с целью ограничения входных напряжений в схему задающего параметрона 1 включены диоды 14, 19 и резисторы б, 7. Конденсаторы 10, 11 включены для блокировки дисдов 14, 19 по переменному току.

При использовании предлагаемого устройства в качестве нуль-органа с одним входом входное напряжение может иметь уровень лк1бой величины.

Hpè отсутствии входных чапряжений U,, U, напряжение параметрических колебаний с частотой f/2 скомпенсировано в точке «Б» (равно нулю) задающего параметрона 1 относителы о корпуса. При наличии входного напр11жепия на одном пз входов или входных напряжений на обоих входах, но на равных по уровню, барьерные емкости диодов 17, 18 (функционально зависимые от входных напряжений) также неравны, в результате чего в точке Б возникает напряжение частоты f, 2.

Это напряжение разбаланса через элемент

8 связи подается на контур параметрона 2.

Вольт-фарадные характеристики диодов 17, 18 должны быть идентичны. При использовании устройства в качестве нуль-органа с одним входом эти характеристики могут значительно отличаться, при этом разброс по емкостям выбирается с помощью подключения к диоду 17 или 18 подстроечного конденсатора 9.

Для устранения паразитной связи по цепи питания параметроны 1, 2 симметрируются относительно корпуса, т. е. в точке «Л» цепч питания должно отсутствовать напряжение частоты f/2. Температурная стабильность порога чувствительности устройства зависит от идентичности характеристик варакторных диодов 17 и 18, 15 и 1б, 24 и 25.

С целью обеспечения высокой идентичности характеристик указанных диодов вместо двух встречно включенных варакторов 17 и 18, 15 и 1б, 24 и 25 включаются полевые транзисторы, при этом используются барьерные емкости переходов затворсток и затвор-исток. Например, в параметроне 2 вместо диодов 24, 25 включается полевой транзистор, у которого затвор подключается к точке А, а сток и исток — к соответствующим индуктивностям

20, 21.

Поскольку для параметрона 2 оптимальной является фаза входного сигнала, близкая к

1р=О или р= — 180, то для компенсации фазового сдвига, обусловленного емкостями диодов 17, 18, и элемента 8 связи параллельные

302707

U/)) u

Составитель Д. И. Голубович

Редактор Ю. Д. Полякова Текред Л. Л. Евдонов Корректор А. П. Васильева

Заказ 2637/10 Изд. Чз 1045 Тираж 473 Подписное

ЦНИИГ1И Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 контуры параметронов 1 и 2 настраиваются на частоту, несколь):.о отличную от час) îò„I

//2. Добротность параллельного контура параметрона 1 выбирается низкой с целью уменьшения фазового сдвига при изменении емкостей диодов 17 и 18. Добротность napaëлельного контура параметрона 2 должна быть высокой, так как от этого зависит чувствительность устройства.

С целью повышения помехоустойчивости и чувствительности устройства в качестве согласующей емкости napaметрона 2 включается пьезоэлектрический резонатор, эквивалентная емкость которого на )астоте f/2 равняется емкости конденсатора 2б.

Съем информации о состоянии фаз с параметронов 1 и 2 осуществляется с помощью логический схемы фазоразличителя 4. Фазоразличитель представляет собой элемент совпадения, собранный по каскадной схеме. Для уменьшения паразитной связи между параметронами 1 и 2 в фазоразличителе4использованы полевые транзисторы, что позволило включить высокоомные сопротивления 27, 28 с целью уменьшения емкостной связи между параметронами через переходы транзисторов затвор — сток — исток — затвор.

В случае неравенства сравниваемых напряжений на выходе фазового различителя 4 возnni;ai0T в)1дио))м пульс»! (c 1астотой Uqg) (в цифровых устройствах это частота квантования напряжения), заполненные сигналом параметр)песких колебаний с частотой f/2. Такая форма представления результата сравнения очень удобна для преобразователей напряжение — код.

Предмет изобретения

1. Устройство сравн ния напряжений постоянного тока, содержащее модулятор, фазочувствптельный усилитель и фазоразличитель, отлича>ощееея тем, ITQ, с целью увели15 чения надежности, чувствительности и входного сопротивления в нем балансный модулятор и фазочувствительный усилитель выполнены на двух емкостных параметронах с резонансными цепя;,и накачки, в одном из кото20 рых (задающем) в качестве согласующей емкости включены два встречно соединенных варакторных диода, общая точка которых соединена через резистор с контуром второго (приемного) параметрона.

25 2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения термостабильности, схема фазоразличптеля выполнена на двух включенных последовательно полевых транзисторах.