Детектор приращений

 

О П И С А Н И Е 296220

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ве!ез Сееетекик

Социалистических

Респтблик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 19.1Х.1968 (№ 1270990/26-9) .ЧПК Н 03d 1/20

Н 03k 13i10 с присоединением заявки №

Приоритет

Опуб!л!!ковано 12.ll.1971. Б!оллстс!!ь ¹ 8

Дата опубликования описания 8.1V.1971

Комитет по делам наооретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК С21.376.23:621.374. .32 (088.8) Автор изобретения

В. П. Дьяконов

ВСгСО 0 НА-т

Заявитель

ДЕТЕКТОР ПРИРАЩЕНИЙ

Изобретение относится к радиоэлектронике и может применяться в экстремальных мостах, аналого-цифровых преобразователях и других устройствах, где необходимо определить знак и величину приращения измеряемого сигнала.

Известные детекторы приращений основаны обычно на свойстве дифференцирующей цепочки менять полярность выходного напряжения в момент перемены знака приращения. Смену полярности приращения отмечают чувствительным сравнивающим устройством, подключенным к выходу дифференцирующей цепочки.

Такие детекторы обладают рядом недостатков.

Так, для получения удовлетворительного дифференцирования постоянная времени цепочки должна быть малой. При этом мало выходное напряжение, что вынуждает применять сравнивающие устройства высокой чувствительности.

Кроме того, дифференцирующая цепочка пропускает высокочастотные и импульсные помехи со значительно меньшим ослаблением, чем входной сигнал. Эти помехи могут вызвать срабатывание сравнивающего устройства в том случае, когда входное напряжение далеко от экстремума.

Существующие схемы детекторов при сравнительной сложности позволяют судить только о знаке приращения и не позволяют судить о скорости приращения, Для квантования определяемого приращения по уровню при увеличении быстродействия, улучшении помехозащищенности и упрощении схемы в предложенном детекторе, выполненном на диодном экстремуме и релаксаторе на лавинном транзисторе, входной сигнал подан одновременно на диод детектора экстремума и через резистор — на базу транзистора релаксатора, накопительный конденсатор

1О дподного детектора экстремума включен в эмиттерную цепь транзистора релаксатора, а дозирующий уровень квантоваштя конденсатор подключен к коллектору, причем другая его обкладка соединена с разрядным резистором

15 и выходнот! клеммой детектора.

На фиг. 1 изображена схема детектора приращений; на фиг. 2 — 4 — временные диаграммы работы схемы; на фиг. 5 — вольт-амперная ха ра ятей!!ст!!ка и а винного тр

20 На фпг. 5 приняты следующие обозначения: сплошной участок кривой 1 соответствует вольт-амперной характеристике лавинного транзистора в запертом состоянии (совпадает с вольт-амперной характеристикой коллектор25 ного перехода), пунктирный участок кривой 1 соответствует вольт-амперной характеристике лавинного транзистора в случае его отпирания путем увеличения тока лавшшого пробоя коллекторного перехода; кривая // — вольт-ам30 перная характеристика лавинного транзистора

296220 в случае его отпирания подачей тока в цепь базы.

Детектор работает следующим образом.

Напряжение питания У„в схеме фиг. 1 выбрано большим, чем напряжения лавинного пробоя коллекторного перехода. При этом через транзистор 1 протекает начальный ток, вызванный пробоем коллекторного перехода.

Резистор ? ограничивает этот ток так, что. с одной стороны рассеиваемая на транзисторе мощность не превышает допустимой, а с дру.гой стороны этот ток недостаточен для самоотпирания лавинного транзистора.

При этом рабочая точка а находится в Iloложении, указанном на фиг. 5. Это положение устойчиво, так как в точке а дифференциальное сопротивление транзистора положительно.

Накопительный Конденсатор 8 при этом заряжен до исходного напряжения Up на входе, а дозирующий уровень квантования конденсатор

4 заряжен до напряжения, равного сумме Up с напряжением U„, лавинного пробоя коллекторного перехода.

При уменьшении входного напряжения (поскольку схема рассчитана на отрицательное напряжение, то это соответствует положительному приращению, см. фиг. 2) конденсатор 8 начнет разряжаться через диод 5, следя за изменением входного напряжения. Разрядный ток конденсатора 3 создает на диоде б падение напряжения, приложенное плюсом к базе.

Это напряжение запирает дополнительно лавинный транзистор 1, в результате чего рабочая точка а остается в стабильном положении.

Так продолжается до тех пор. пока входное напряжение не достигнет экстремума в момент

В этот момент конденсатор 8 заряжается до экстремального значения.

Пройдя экстремальную точку, входное напряжение начинает возрастать. При этом диод

5 запирае1ся, и напряжение между эмиттером и базой транзистора 1 становится отпирающей полярности. Вольт-амперная характеристика транзистора принимает вид, показанный на фиг. 5 (кривая jl), а рабочая точка попадает на нестабильньц участок отрицательного сопротивления в точку б. Развивается, как и в обычном релаксаторе, регенеративный процесс быстрого разряда, дозирующего уровень квантования конденсатора 4 через малое сопротивление лавинного транзистора 1 в состоянии пробоя. Дозирующий конденсатор 4 передает при этом конденсатору 3 порцию заряда, равную: Я=С (UBêë Uppy) где U„л и 1ост соответственно напряжение включения и остаточное напряжение лавинного транзистора, показанные на фиг. 5.

Воспринятый накопительным конденсатором б заряд Q создает на нем приращение напряжения в виде ступеньки с амплитудой, равной:

qñ

ЛУ:: (1ввл 1ост) с, с, Это приращение запирает транзистор 1, так как падение напряжения HB эмиттере в этот

65 момент становится более отрицательным, чем напряжение. на базе. Рабочая точка а вновь попадает в положение, показанное на фиг. 5, и конденсатор 4 восстанавливает свой заряд, заря>каясь через зарядный резистор 2.

Однако входное отрицательное напря>кение продолжает расти, и в какой-то момент потенциал базы становится более отрицательным, чем потенциал эмпттера. Рабочая точка вновь попадает на участок отрицательного сопротивления на кривой 11, и конденсатор 4 снова разряжается. На накопительном конденсаторе

3 (РОРмиРУется вг ОР>! >1 cTN IIQII I ка 111111Р>! же1111Я

AU. Таким образом схема работает на протя женин всей стадии роста входного отрицательного напряжения, т. е. на стадии отрицательного приращения.

Первый импульс, возникший «а разрядном резисторе б, соответствует моменту перехода входным напряжением через экстремальное значение. Каждый последующий импульс генерируется в тот момент, когда входное напря>кение получает приращение ЛУ=сопэ1..

Таким образом схема осуществляет квантование входного напря>кения по уровшо. Когда входное напря>кение, изменяясь, достигает второго экстремума и начинает падать, диод б отпирается и конденсатор 3 начинает разряжаться, т. е. процесс повторяется.

Для полу 1ения высокой чувствительности необходимо выбрать рабочую точку так, чтобы транзистор 1 был на границе самоотпирания. С этой целью введен резистор 7. Проходящий через него ток лавинного пробоя коллекторного перехода создает падение напряжения, приложенного минусом к базе. В результате этого напряжение на базе Uq всегда более отрицательно, чем входное напряжение U„,, (см. фиг. 2). При выполнении указанного условия образование первого импульса происходит в момент, когда входное напряжение отличается от экстремального всего на несколько единиц пли десятков (в зависимости от критичности настройки) милливольт. Настройка производится изменением либо сопротивления резистора 2, либо изменением сопротивления резистора 7, либо регулировкой напряжения питания. При входном напряжении порядка единиц вольт эта настройка некритична.

Максимальная величина входного напряжения в данной схеме ограничена несколькими

Вольта м!1. H P II оо I IIIIII II>1 и Р Яжеп11л х к Р»т1!3па изменения становится настолько большой, что лавинный транзистор полностью отпирается, и напряжение на коллекторе выходит в область нормального режима, что приводит к исчезновению регенеративного процесса.

Основным достоинством схемы является возможность квантования определяемого приращения. При этом число импульсов на выходе является показателем полного размаха входного напря>кения, т. е. схема работает как аналого-цифровой преобразователь напряжения.

Сместив уровень переменного напряжения так, чтобы оно стало однополярным, можно пре296220

QIV2 1

Йкл ï

I4cm

Ф112 5 образовывать двойной размах переменного напряжения в число импульсов. При этом достигается теоретически предельное быстродействие преобразователя: одно преобразование за 0,5 периода. Поскольку конденсатор 3 является иитегриру1ощим, то не наблюдается ухудшения помехоустойчивости, имеющего место в обычш.1х схемах.

Схема отличается простотой и не содержит громоздких и дорогостоящих узлов, таких как трансформатор в диодно-регенеративных нульорганах, обычно применяемых в известных схемах детекторов приращений. Благодаря использованию лавинного транзистора схема имеет высокое быстродействие и выдает на выходе импульсы большой амплитуды. В качестве лавшшых могут быть использованы некоторые типы других транзисторов, например дифф ЗИ О 1 1 1 1Π— С I I. 11113 И Ьl е И, ill И. 111 И Я Р И Ы С.

Предмет изобретения

Детектор приря1це1нш, содержащий диодиый детектор экстремума ii рслаксатор на лавшшом транзисторе, отли1а1о1цийся тем. что, с цельin квянтова1шя опредсляемого приращения ио уровшо ири увеличении быстродействия, улучшении помсхозящищенности и упрощсшш схемы, входной сигнал подан одноl.ðåìñíín ня диод детектора и через резьстор — ня базу транзистора рслаксаторя, к эмиттсру которого нодкл1очсн някопитсльньш конденсатор детектора, а к коллектору — дозирующий уровень квантования конденсатор, другая обкладка которого соед1шена с выходной клеммой и разрядным резистором.