Пиковый детектор

Союз Советскни

Соцналнстнческни

Реслублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ (и)94065? (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 17. l 2. 73(21)198 3 2/ 1 8-09 (23) Приоритет - (32) 18. 12. 72 (51) M. Кл.

Н 03 О 1106 евщмротееииый комитет ссср ав делом изобретеиий и открытий (З1) 58282/72 (Вз) Великобритания с

Опубликовано 30 06 82 Бюллетень № 24 (53) УДК 621 ° 376. . 234 (088. 8) Дата опубликования описання30.06.82

Иностранец

Роджер Томас Гриффин (Великобритания) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

"PKA Корпорейшн" (71) Заявитель (США ) (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 12, 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 пиковом детекторе, содержащем последовательно соединенные конденсатор и первый инвертор, охваченный цепью обратной связи, выполненной в виде полупроводникового переключателя, инвертор выполнен на униполярных транзисторах разного типа проводимости, включенных последовательно по цепи питания, 1ð управляющие электроды которых объединены и являются входом инвертора, место соединения двух других электродов униполярных транзисторов является выходом инвертора, при этом полупрота водниковый переключатель выполнен однонаправленным.

К выходу первого инвертора подключен второй инвертор,полупроводниковый

20 переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий канал .. которого включен между источником питающего напряжения и входом первого инвертора, а управляющий электрод под25 ключен к выходу второго инвертора. з 94065

Полупроводниковый переключатель содержит дополнительный биполярный транзистор, коллектор которого соединен с источником питающего напряжения, а переход база-эмиттер включен между токопроводящим каналом униполярного транзистора и входом первого инвертора. К выходу первого инвертора подключен второй инвертор.

Полупроводниковый переключатель выполнен на униполярном транзисторе, токопроводящий канал которого включен между входом и выходом первого инвертора, а управляющий электрод подключен к выходу второго инвертора.

К выходу второго инвертора пюдключен третий иняертор, параллельно полупроводниковому переключателю подключен дополнительный полупроводниковый переключатель, выполненный на уни->о полярном транзисторе противоположного типа проводимости, à его управляющий вход соединен с выходом третьего инвертора..

На фиг.l-5 представлены электрические схемы пикового детектора при различном выполнении полупроводникового переключателя.

Пиковый детектор содержит конденсатор 1, первый инвертор 2 на униполярных трназисторах 3 и 4, полупроводниковый переключатель 5, второй инвертор 6 на униполярных транзисторах, униполярный 7 и дополнительный биполярный 8 транзисторы полупроводнико35 вого переключателя 5, третий инвертор 9 на униполярных транзисторах, униполярный транзистор 10 дополнительного полупроводникового переключателя ll, о

Пиковый детектор работает следующим образом.

В исходном состоянии вход первого инвертора 2 находится под относительна отрицательным напряжением. Токо45 проводящий канал транзистора 3 имеет низкое сопротивление, а токопроводя-i щий канал транзистора 4 высокое сопротивление. Под воздействием питающего напряжения ток течет через токопро î водящий 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 инвертора на величину падения напряжения на полупроводниковом переключателе 5.

Параметры схемы таковы, что это сме7 4 щение не приводит к изменению состояния. Транзистор 4 открывается, но и транзистор 3 продолжает оставаться открытым, так как его исток имеет достаточно положительное напряжение по отношению к затвору. Следовательно, схема допускает статическое состояние, при котором оба транзистора 3 и 4 находятся в проводящем состоянии.. Для уменьшения напряжения питания необходимо, чтобы ширина токопроводящего канала транзистора 4 была больше ширины токопроводящего канала транзистора 3. При подаче на вход пикового детектора постепенно меняющегося напряжения, например синусоидального, в течение первой отрицательной полуволны входного напряжения конденсатор 1 заряжается через полупроводниковый переключатель 5 и транзистор 3. В результате между входом пикового детектора и входом первого инвертора 2 возникает разность потенциалов, причем потенциал входа первого инвертора относительно положителен, Когда входное напряжение проходит свое минимальное отрицательное значение и начинает возвозрастать, полупроводниковый переключатель 5 закрывается и потенциал точки входа первого инвертора падает и приближается к потенциалу точки входа пикового детектора. Незначительное положительное увеличение потенциала в точке входа первого инвертора приводит к быстрому изменению состояния. Рабочая точка транзисторов первого инвертора находится на вертикальной части характеристики вблизи верхнего изгиба и незначительное увеличение потенциала в точке входа первого инвертора вызывает гораздо большее уменьшение потенциала в точке выхода первого инвертора. Транзистор 3 быстро запирается, а транзистор 4 отпирается.При этом на выходе второго инрертора потенциал становится положительным.

Если постоянная времени входной цепи велика по сравнению с периодом входного напряжения, то единичный сигнал (положительный потенциал) на выходе второго инвертора 6 остается до тех пор, пока входное напряжение снова не станет отрицательным. Переключение на нулевой сигнал происходит только в момент, когда входное 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 7.

Однако, 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 2 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 диод < отсоединяется 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

Р-типа. 8 этой схеме и сток униполярного МДП-транзистора 7 соединен

5 940657 d симуме входного сигнала транзистор

3 заперт, а транзистор 4 - отперт.

Но, так как входное напряжение пикового детектора уменьшается, уменьшается и потенциал точки входа первого инвертора. Параметры схемы выбираются так, чтобы при достижении входным напряжением своего максимального отрицательного значения изменились состояния транзисторов: транзистор 16

3 переходит в открытое состояние, а транзистор 4 -e запертое. 8 это состояние схема переходит при отрица-: тельном пике входного сигнала. Когда входное напряжение пикового детекто- 1$ ра начинает увеличиваться после прохождения caoего максимального отрицательного значения, все процессы в схеме повторяются: полупроводниковый переключатель 5 запирается, транзис- щ тор 3 запирается, а транзистор 4 от" пирается.

Таким образом, изображенная на фиг.1 схема формирует на выходе короткий отрицательный импульс, по вре- 2$ мени совпадающий с отрицательным пиком входного сигнала. Длительность выходного импульса может регулироваться путем изменения постоянной времени входной цепи. При уменьшении по- $в стоянной времени конденсатор 1 будет разряжаться более быстро и длительность выходного импульса при определенной входной частоте будет увеличиваться. При увеличении постоян3$ ной времени входной цепи происходит обратное. 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 вызвать преждевременное переключение второго инвертора 6.

На фиг.2 представлена схема пикового детектора, свободная от этого недостатка. Здесь цепочка обратной связи содержит униполярный МДП-транзистор 7 р -типа. Управляющий электрод транзистора 7 соединен с выходом второго инвертора 6. Токопроводящий канал включен между источником питающего напряжения и входом перво$$ го инвертора 2. На схеме (фиг.2) показан условно диод, являющийся паразитным элементом, который включен

940657 с входом первого инвертора, как и в схеме 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 Включенный подобным образом транзистор работает как трансмиссионный вентиль. Напряжение на выходе первого инвертора

2 более положительно, чем напряже- >р ние на его входе в течение того периода времени, когда униполярный транзистор 7 открыт. Но токопроводящий канал униполярного ИДП-транзистора 7 имеет определеннОе сопротивление, и 15 падение напряжения при незначительном токе может быть ниже падения напряжения на диоде. Преимущество этой схемы заключается в отсутствии необходимости согласования разме- 2О ров униполярных транзисторов и первого 2 и второго 6 инверторов.

Целесообразно сделать униполярный транзистор р-типа с более низким сопротивлением, чем транзистор и-типа. Это обеспечивает максимальное напряжение между входом и выходом второго инвертора 6. Кроме того,обеспечивается возможность упрощения схемы путем применения технологического процесса, используемого для производства кремниевых вентильных МДПтранзисторов.

8 схеме пикового детектора, представленной на фиг.5, паралелльно трансмиссионному вентилю р -типа включен дополнительный полупроводниковый переключатель ll на униполярном МДП-транзисторе 10 и -типа.

Управляющий электрод транзистора

10 подключен к выходу третьего инвертора 9, выполненного на униполярных транзисторах.

В схемах, показанных на фиг.4 и

5, подложки ИДП-транзисторов р -типа должны быть соединены с источником питания. Поэтому эти схемы имеют такие же ограничения по применению, как и схема, показанная на фиг,2, т.е. они не могут быть использова:ны для дискриминирования последовательных минимумов.

Эти схемы можно применять, когда е не требуется, чтобы схема реагировала на последовательные минимумы не55 значительной величины. При этом конденсатор 1 разряжается через паразитный диод во время между двумя последовательными 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 достижения входным сигналом пикового значения.

Формула изобретения

1. Пиковый детектор, содержащий последовательно соединенные конденсатор и первый инвертор, охваченный цепью обратной связи, at|ïoëíåííûé в виде полупроводникового переключателя, отличающийся 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 п.l, о т л и ч аю шийся 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 юшийся тем, что полупроводниковый переключатель содержит дополнительный биполярный транзистор, коллектор ко9 940657 10 торого соединен с источником питающе- 5. Детектор по п.4, о т л и ч аго напряжения, а переход база-эмиттер ю шийся тем, что к выходу второвключен между токопроводящим каналом го инвертора подключен третий инвер униполярного транзистора и входом тор, параллельно полупроводниковому первого инвертора. S переключателю подключен дополнительный полупроводниковый переключатель, 4. Детектор по п.l, о т л и ч а ю- выполненный на униполярном транзисшийся тем, что к выходу перво" торе противоположного типа проводиго инвертора подключен второй инвер- мости, а его управляющий электрод тор, полупроводниковый переключатель 1в 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. 1 кл. 307-231, 18. 07. 72 (прототип) .

940657

Составитель B.Цветков

Редактор Е.Лушникова Техред И. Гайду Корректор Г.Решетник

»»«»

Заказ 4707/80 Тираж 959 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4