CS221312B1

CS221312B1 - Voltage comparator with two comparative heads

Info

Publication number: CS221312B1
Application number: CS820581A
Authority: CS
Inventors: Petr Parkan; Zdenek Parak
Original assignee: Petr Parkan; Zdenek Parak
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1983-04-29

Description

Obvod podle vynálezu se týká napěťového komparátoru, který umožňuje rozlišit dvě komparační úrovně.The circuit according to the invention relates to a voltage comparator which makes it possible to distinguish two comparison levels.

Obvod umožňuje při použití jediného rozdílového zesilovače rozlišit dvě navzájem nezávislé, libovolně nastavitelné napěťové úrovně.The circuit allows to distinguish two independent, arbitrarily adjustable voltage levels when using a single differential amplifier.

K dosažení požadované funkce je zavedena záporná zpětná vazba, která je přerušena v okamžiku dosažení některé ze dvou komparačních úrovní.To achieve the desired function, negative feedback is introduced, which is interrupted when one of the two comparison levels is reached.

Obvodu podle vynálezu může být použito k realizaci přepěťové a podpěťové ochrany u zdrojů elektrického napájení, nebo k tolerančnímu vyhodnocení napájecího napětí.The circuit according to the invention can be used to realize overvoltage and undervoltage protection at power supply sources, or to tolerate the evaluation of supply voltage.

221312 3 j Vynález se týká obvodového řešení napěťového komparátoru, který umožňuje rozlišitj. dvě komparační úrovně.The invention relates to a circuit design of a voltage comparator which makes it possible to differentiate. two comparison levels.

V případě, kdy se požaduje rozlišení dvou napěťových hladin, se nejčastěji používá dvou nezávislých komparačních obvodů. Při požadavku na přesnost komparace to vede na použití dvou rozdílových zesilovačů, případně i dvou zdrojů referenčního napětí a obvodů pro logické vyhodnocení výstupů obou komparátorů. Toto řešení je nákladné a počet použitých součástek je velký.In case two different voltage levels are required, two independent comparator circuits are most often used. When comparing accuracy is required, this leads to the use of two differential amplifiers, possibly two reference voltage sources and circuits for logical evaluation of the outputs of both comparators. This solution is expensive and the number of components used is large.

Uvedené nevýhody odstraňuje napěťový komparátor s dvěma komparačními hladinami podle vynálezu, v němž zdroj měřeného napětí je spojen s prvním vývodem prvního odporu, jehož druhý vývod je spojen s prvním vývodem druhého odporu a s Invertujícím vstupem rozdílového zesilovače, jehož neinvertující vstup je spojen s druhým-vývodem třetího odporu a s prvním vývodem čtvrtého odporu, jehož druhý vývod je spojen se zemí, kde druhý vývod druhého odporu je spojen se zemí a první vývod třetího odporu je spojen s prvním vývodem zdroje referenčního napětí, jehož druhý vývod je spojen se zemí, přičemž výstup rozdí..-lového-zesilovače je spojen s katodou druhé Zenerovy diody a s katodou třetí Zenerovy diody, jejíž anoda je spojena s prvním vývodem devátého odporu, jehož druhý vývod je spojen se zemí, kde anoda druhé Zenerovy diody je spojena s prvním vývodem osmého odporu, jehož druhý vývod je spojen se zemí, přičemž anoda druhé a třetí Zenerovy diody tvoří první a druhý výstup napěťového komparátoru s dvěma komparačními hladinami, jehož podstatou je, že výstup rozdílového zesilovače je dále spojen s katodou první Zenerovy diody, jejíž anoda je spojena s prvním· vývodem šestého odporu a s prvním vývodem· sedmého odporu, jehož druhý vývód je spojen se zemí, kde druhý vývod šestého odporu je spojen s bází tranzistoru, jehož emitor je spojen se zemí, a jehož kolektor je spojen s prvním vývodem pátého odporu, jehož druhý vývod je spojen s neinvertujícím vstupem rozdílového zesilovače. :These disadvantages are overcome by a two-level voltage comparator according to the invention, wherein the measured voltage source is connected to a first terminal of a first resistor, the second terminal of which is connected to a first terminal of the second resistor, and an inverting input of a differential amplifier whose non-inverting input is connected with a second-terminal a third resistor and a first terminal of a fourth resistor, the second terminal of which is connected to ground, wherein the second terminal of the second resistance is connected to ground, and the first terminal of the third resistance is connected to the first terminal of a reference voltage source; the amplifier is connected to the cathode of the second Zener diode and the cathode of the third Zener diode, the anode of which is connected to the first terminal of the ninth resistor, the second of which is connected to the ground, whose second outlet is connected to the ground, wherein the anode of the second and third Zener diodes forms a first and a second output of a two-level voltage comparator, the essence of which is that the output of the differential amplifier is further coupled to the cathode of the first Zener diode, the anode of which is connected to the first · a seventh resistor whose second lead is connected to ground, wherein the second terminal of the sixth resistor is connected to the base of a transistor whose emitter is connected to ground and whose collector is connected to the first terminal of the fifth resistor whose second terminal is connected to the non-inverting differential amplifier input . :

Napěťový komparátor s dvěma komparačními hladinami podle vynálezu umožňuje při použití jediného rozdílového zesilovače rozlišit dvě navzájem nezávislé, libovolně nastavitelné napěťové úrovně. Přesnost obou komparačních hladin závisí prakticky pouze na zisku použitého rozdílového zesilovače a stabilitě příslušného zdroje referenčního napětí. Podle výstupních úrovní komparátoru je možno jednoduše rozlišit velikost vstupního napětí. Obvod je výhodný z hlediska malého počtu použitých součástek a nízkých nákladů na realizaci.The two-level voltage comparator according to the invention makes it possible to distinguish two independent, arbitrarily adjustable voltage levels using a single differential amplifier. The accuracy of both comparison levels depends practically only on the gain of the differential amplifier used and the stability of the respective reference voltage source. According to the output levels of the comparator, the input voltage can be easily distinguished. The circuit is advantageous in view of the small number of components used and the low cost of implementation.

Princip vynálezu bude popsán pomocí přiloženého obrázku, kde je příklad zapojení napěťového komparátoru s dvěma komparačními hladinami podle vynálezu. Zdroj UM měřeného napětí je spojen s prvním vývo4 dem prvního odporu 1, jehož druhý vývod je spojen s prvním vývodem druhého odporu 2 a s invertujícím vstupem 31 rozdílového zesilovače 3. Jeho neinvertující vstup 32 je spojen s druhým vývodem třetího odporu 5 a s prvním vývodem čtvrtého odporu 6, jehož druhý vývod je spojen se zemí. Druhý vývod druhého odporu 2 je spojen se zemí. První vývod třetího odporu 5 je spojen s prvním vývodem 41 zdroje 4 referenčního napětí, jehož druhý vývod 42 je spojen se zemí. Výstup 33 rozdílového zesilovače 3 je spojen s katodou druhé Zenerovy diody 12, jejíž anoda je spojena s prvním vývodem osmého odporu 13, jehož druhý vývod je spojen se zemí. Výstup 33 rozdílového zesilovače 3 je též spojen s katodou třetí Zenerovy diody 14, jejíž anoda je spojena s prvním vývodem devátého odporu 15, jehož druhý vývod je spojen se zemí. Anoda druhé a třetí Zenerovy diody 12 a 14 tvoří první a druhý výstup H a L napěťového komparátoru s dvěma komparačními hladinami. Výstup 33 rozdílového zesilovače 3 je dále spojen s katodou první Zenerovy diody 11, jejíž anoda je spojena s prvním vývodem šestého odporu 9 a s prvním vývodem sedmého odporu 10. Jeho druhý vývod je spojen se zemí. Druhý vývod šestého odporu 9 je spojen s bází tranzistoru 8, jehož emitor je spojen se zemí. Jeho kolektor je spojen s prvním vývodem pátého odporu 7, jehož druhý vývod je spojen s neinvertujícím vstupem 32 rozdílového zesilovače 3.The principle of the invention will be described by means of the enclosed figure, where an example of a voltage comparator with two comparison levels according to the invention is shown. The measured voltage source UM is connected to the first terminal 4 of the first resistor 1, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second resistor 2 and to the inverting input 31 of the differential amplifier 3. Its non-inverting input 32 is connected to the second terminal of the third resistor 5 and the first terminal of the fourth resistor. 6, the second terminal of which is connected to ground. The second terminal of the second resistor 2 is connected to ground. The first terminal of the third resistor 5 is connected to the first terminal 41 of the reference voltage source 4, the second terminal 42 of which is connected to ground. The output 33 of the differential amplifier 3 is connected to the cathode of the second Zener diode 12, the anode of which is connected to the first terminal of the eighth resistor 13, the second terminal of which is connected to ground. The output 33 of the differential amplifier 3 is also connected to the cathode of the third Zener diode 14, the anode of which is connected to the first terminal of the ninth resistor 15, the second terminal of which is connected to ground. The anodes of the second and third Zener diodes 12 and 14 form the first and second outputs of the voltage comparator H and L with two comparison levels. The output 33 of the differential amplifier 3 is further coupled to the cathode of the first Zener diode 11, the anode of which is connected to the first terminal of the sixth resistor 9 and to the first terminal of the seventh resistor 10. Its second terminal is connected to ground. The second terminal of the sixth resistor 9 is connected to the base of the transistor 8, whose emitter is connected to ground. Its collector is connected to the first terminal of the fifth resistor 7, the second terminal of which is connected to the non-inverting input 32 of the differential amplifier 3.

Vstupní měřené napětí je zavedeno přes odporový dělič tvořený prvním odporem 1 a druhým odporem 2 na invertující vstup 31 rozdílového zesilovače 3. Takto vzniklé napětí je porovnáno s napětím na neinvertujícím vstupu 32 rozdílového zesilovače 3, které je vytvořeno ze zdroje 4 referenčního napětí děličem tvořeným třetím odporem 5, čtvrtým odporem B a případně i pátým odporem 7. Napětí na výstupu 33 rozdílového zesilovače 3 závisí na velikosti odchylky napětí na obou vstupech rozdílového zesilovače 3. Toto výstupní napětí je zpracováno pomocí Zenerových diod 11, 12 a 14. Přitom Zenerovo napětí první Zenerovy diody 11 je vyšší než napětí druhé Zenerovy diody 12, ale nižší než napětí třetí Zenerovy diody 14.The input measured voltage is applied through a resistive divider formed by the first resistor 1 and the second resistor 2 to the inverting input 31 of the differential amplifier 3. The voltage thus generated is compared to the voltage at the non-inverting input 32 of the differential amplifier 3. the voltage at the output 33 of the differential amplifier 3 depends on the magnitude of the voltage deviation at both the inputs of the differential amplifier 3. This output voltage is processed by the Zener diodes 11, 12 and 14. The Zener voltage is first The Zener diode 11 is higher than the voltage of the second Zener diode 12, but less than the voltage of the third Zener diode 14.

Jestliže vstupní měřené napětí leží uvnitř mezí, daných oběma komparačními hladinami, udržuje se na výstupu 33 rozdílového zesilovače 3 napětí, které přes otevřenou první Zenerovu diodu 11 udržuje tranzistor 8 v pootevřeném stavu. V důsledku záporné zpětné vazby z výstupu 33 rozdílového zesilovače 3 přes tranzistor 8 na neinvertující vstup 32 rozdílového zesilovače 3 je na jeho výstupu 33 udržováno prakticky konstantní napětí, nezávislé na změnách vstupního měřeného napětí. V tomto případě je na výstupu H úroveň logické jedničky, nebot druhá Zenerova dioda 12 je otevřena. Na výstupu L je úroveň logické nuly, neboť třetí Zenerova dioda 14 je zavřena.If the input voltage measured lies within the limits given by the two comparison levels, a voltage amplifier 3 is maintained at the output 33 of the differential amplifier 3, which keeps the transistor 8 in the open state through the open first Zener diode 11. Due to the negative feedback from the output 33 of the differential amplifier 3 through the transistor 8 to the non-inverting input 32 of the differential amplifier 3, a virtually constant voltage is maintained at its output 33, independent of variations in the input measured voltage. In this case, the output H is a logic one, since the second Zener diode 12 is open. There is a logic zero level at the output L since the third Zener diode 14 is closed.

2 13122 1312

V okamžiku, kdy vstupní měřené napětí dosáhne dolní hranice, dané nižší komparační hladinou, je tranzistor 8 plně sepnut, čímž dojde k přerušení uvedené záporné zpětné vazby. Výstup 33 rozdílového zesilovače 3 přejde s plným ziskem do horního omezení. Tím je otevřena třetí Zenerova dioda 14 a výstup L přejde do stavu logické jedničky. Velikost této dolní komparační hladiny je určena zdrojem 4 referenčního napětí a děličem tvořeným třetím odporem 5 a paralelní kombinací čtvrtého a pátého odporu 6 a 7.When the measured input voltage reaches the lower limit given by the lower comparator level, the transistor 8 is fully closed, thereby interrupting the negative feedback. The output 33 of the differential amplifier 3 goes to the upper limit with full gain. This opens the third Zener diode 14 and the output L goes to logic 1. The magnitude of this lower comparative level is determined by the reference voltage source 4 and the divider formed by the third resistor 5 and by the parallel combination of the fourth and fifth resistors 6 and 7.

Když vstupní měřené napětí dosáhne horní hranice, dané vyšší komparační hladinou, je opět přerušena záporná zpětná vazba, neboť dojde k úplnému zavření tranzistoru 8. Výstup 33 rozdílového zesilovače 3 přejde s plným ziskem do dolního omezení. Tím je zavřena druhá Zenerova dioda 12 a na výstupu H se objeví úroveň logické nuly. Velikost horní komparační hladiny je určena zdrojem 4 referenčního napětí a děličem tvořeným třetím odporem 5 a čtvrtým odporem 6.When the input voltage measured reaches the upper limit given by the higher comparison level, the negative feedback is interrupted again as the transistor 8 closes completely. The output 33 of the differential amplifier 3 goes to the lower limit with full gain. This closes the second Zener diode 12 and the logic zero level appears at the output H. The magnitude of the upper comparative level is determined by the reference voltage source 4 and the divider formed by the third resistor 5 and the fourth resistor 6.

Takto vzniklé signály o podpětí nebo přepětí je možno dále zpracovat, nebo indikovat. Podstata vynálezu se nezmění, když se zamění invertující vstup 31 s neinvertujícím vstupem 32 rozdílového zesilovače 3, přičemž pátý odpor 7 se připíná paralelně k druhému odporu 2. Tranzistor 8 může být použit i v inverzním zapojení.The resulting undervoltage or overvoltage signals can be further processed or indicated. The principle of the invention does not change when the inverting input 31 is switched with the non-inverting input 32 of the differential amplifier 3, the fifth resistor 7 being connected in parallel to the second resistor 2. The transistor 8 can also be used in the inverse circuit.

S použitím popsaného principu je možno navrhovat napěťové komparátory s dvěma komparačními hladinami při použití jediného rozdílového zesilovače. Vhodným obvodovým řešením je možno dosáhnout požadovaných signálů o podpětí nebo přepětí v potřebné polaritě. Rozdílový zesilovač 3 může Ibýt realizován například integrovaným stabilizátorem typu MAA 723, který obsahuje i příslušný zdroj 4 referenčního napětí.Using the described principle, it is possible to design voltage comparators with two comparison levels using a single differential amplifier. By means of a suitable circuit solution it is possible to achieve the desired signals of undervoltage or overvoltage in the required polarity. The differential amplifier 3 may be implemented, for example, by an integrated stabilizer of the MAA 723 type, which also comprises a corresponding reference voltage source 4.

Obvod podle vynálezu je vhodný například pro realizaci hlídacího obvodu napájecího napětí, který zjišťuje, zda napětí je mezi určitou minimální a maximální toleranční mezí. Může být rovněž použit jako obvod přepěťové a podpěfové ochrany u zdrojů elektrického napájení.The circuit according to the invention is suitable, for example, for realizing a supply voltage monitoring circuit that detects whether the voltage is between a certain minimum and maximum tolerance limit. It can also be used as an overvoltage and undervoltage protection circuit for power supplies.

Claims

Voltage comparator with two comparator levels, in which the measured voltage source is connected to the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second resistor and the inverting input of the differential amplifier, the non-inverting input is connected to the second terminal of the third resistor. a second terminal of the resistor connected to ground, the second terminal of the second resistor connected to ground, and the first terminal of the third resistor connected to the first terminal of a reference voltage source, the second terminal of which is connected to ground, the differential amplifier output connected to the cathode of the second A Zener diode and a cathode of a third Zener diode, the anode of which is connected to a first terminal of a ninth resistor, the second terminal of which is connected to ground, wherein the anode of the second diode is connected to a first terminal of an eighth resistor whose second terminal is connected to ground; the second and third Zenero the diodes form a first and a second output of a voltage comparator with two comparing levels, characterized in that the output (33) of the differential amplifier (3) is further coupled to the cathode of the first Zener diode (11) whose anode is connected to the first terminal of the sixth resistor ) and a first terminal of the seventh resistor (10), the second terminal of which is connected to ground, wherein the second terminal of the sixth resistor (9) is connected to the base of a transistor (8) whose emitter is connected to ground; a resistor (7) having a second terminal connected to the non-inverting input (32) of the differential amplifier (3). ,