NL8301602A - Topdetector. - Google Patents

Description

*. 3 ·. 3 ÏHN 10.679 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Topdetector".

De uitvinding heeft betrekking op een topdetector bevattende een condensator als gebeugenelement voor de tcpwaarde van een ingangs-spanning toe te vceren aan de topdetector, verder een spanningsvergelijInschakeling, die voorzien is van een eerste ingang voor de ingangsspan-5 ning, van een tweede ingang gekoppeld met de condensator en van een uitgang, en verder bevattende een transistor in gemeenschappelijke emitterschakeiing, waarvan de collector net de condensator en de basis-emitterketen enerzijds met de genoemde uitgang en anderzijds met een spanningsbron met spanning E1 gekoppeld is.

10 Een dergelijke topdetector is bekend uit het artikel van J. Hawke in het tijdschrift "Electronic Engineering", Vol 49, mid-october, 1977, bladzijde 23, "Low offset peak detector circuit uses transistors".

In het artikel wordt een schakeling met transistoren 15 voorgesteld, die weinig componenten bevat en toch een hoge versterkings-factor bezit over een grote frequentiebandbreedte. De spanningsverge-lijkschakeling bevat daartoe een differentiaalversterker net twee trans istoren in leng tailed pair schakeling met in de collectoren een strocmspiegel. Op de stroombron Tr3 is de uitgang van de 20 spanningsvergelijkschakeling aangebracht, waarop de transistor Tr5 in gemeenschappelijke emitterschakeiing net emitterweerstand R4 naar voedingsbron +15V is aangesloten.

Deze transistor vormt voor de condensator C1 die het gebeugenelement is, een laadstroombron, die op de basis spanning-25 gestuurd wordt, De ladingsverandering op de condensator bepaald door de tijd dt gedurende welke een stroom I loopt is gelijk aan het produkt van capaciteitswaarde C en condensatorspanningsverandering dU: I.dt = C.dU 1)

Ode: §2 = 1 2)

30 α U

Als de opgave luidt cm spanningen van redelijke amplitude met zeer hoge frequentie in tcpwaarde te meten, zal dus dCJ/dt zeer groot zijn. Dit is ook het geval wanneer een zeer steile eenmalige 8301502 Γ ·« ΡΗΝ 10.679 2 piekspannlng gemeten moet warden.

Uit vergelijking 2) is op te maken/ dat in de genoemde gevallen I zeer groot gekcmbineerd met C zeer klein gekozen dient te worden. Een grote stroom kan het bezwaar hebben, dat de half-5 geleider die deze stroom aan de condensator toevoert niet snel kan sperren door traagheidsverschijnselen. Een kleine capaciteit geeft problemen met parasitaire capaciteiten voornamelijk toe te schrijven aan de inwendige capaciteiten van halfgeleiders. Zo is bijvoorbeeld bij de bekende schakeling de basis-collectorcapaciteit van de transistor 10 Tr5 bepalend hoe klein de waarde van de condensator C1 mag zijn.

De uitvinding heeft tot doel een zeer snelle tcpdetector te verschaffen waartoe de bekende bovengenoemde topdetektor verbeterd wordt.

Een topdetector volgens de uitvinding heeft als kenmerk, 15 dat de transistor in gemeenschappelijke basisschakeling geschakeld is, waartoe de basis verbonden is met de spanningsbron en de emitter met de genoemde uitgang, en tussen basis- en emitter-aansluiting een diode anti-parallel met de basis-emitter-diode opgenomen is.

Een dergelijke tcpdetector kan een steilheid behalen van enkele tienden 20 Volts per nanoseconde en meet een puls van een halve volt in een breedte van tien tot twintig nanoseconden tot vrijwel honderd procent nauwkeurig.

Doordat de basis van de genoemde transistor een vaste potentiaal heeft is de invloed en de overspraak van de basis-collector-25 capaciteit geëlimineerd. De diode over de basis-emitter diode geeft slechts een spanningsvariatie van ongeveer 0,4 V over deze basis-emitter-diode, zodat de overspraak via de emitter-collector-capaciteit zeer gering is.

Cmdat de topdetector volgens de uitvinding uitermate geschikt 30 is cm steile eenmalige pulsen van korte duur te meten is het wenselijk de topdetector een houdfunctie te geven.

In uitvoeringsvormen is daartoe een bufferversterker aangebracht, die iret een hoogohmige niet-inverterende ingang op de condensator aangesloten is, zodat lekstromen klein gehouden kunnen worden. Voor het 35 terugzetten van de spanning op de condensator kan nu tevens een hoogohmige schakeltransistor zoals een J-FET aangebracht worden. Ook kan de bufferversterker gebruikt warden cm een spanningsverschuiving van het ireetgebied te veroorzaken.

8301602 * ty f ΡΗΝ 10.679 . 3

In bovengenoemde uitvoeringsvormen kan de genoemde transistor van bet NEN- of van bet PNP-type zijn, zodat in verschillende combinaties negatief gerichte tcpwaarden of positief gerichte tcpwaarden, door spanningsverschuiving boven of onder de nullijn liggend, bepaald 5 kunnen wonden.

Aan de hand van de tekening zal de uitvinding nader toegelicht wanden.

m de tekening stelt voor: figuur 1 een blókschema van de tcpdetector volgens de uitvinding, 10 figuur 2 een bij fig. 1 behorend diagram, figuur 3 een bij fig. 4 behorend diagram, figuur 4 een uitvoeringsvorm schematisch weergegeven, figuur 5 een praktische uitvoering van de topdetector, figuur 6 een bij fig. 5 behorend diagram, 15 figuur 7 een bij fig. 8 behorend diagram, figuur 8 een andere uitvoeringsvorm voor negatief gerichte topwaardes, figuur 9 een uitvoeringsvorm voer positief gerichte topwaardes, en figuur 10 een bij fig. 9 behorend diagram.

In figuur 1 is de topdetector volgens de uitvinding voorzien 20 van de transistor in gemeenschappelijke basisschakeling weergegeven.

Aan de ingang 1 wordt het variërende ingangssignaal aangeboden waarvan de topwaarde, positief gericht of negatief gericht, gemeten wordt.

De ingang 1 is doorverbonden net een eerste ingang 2 van een spannings-vergelijkschakeling 3, waarvan een tweede ingang 4 aangesloten is op 25 een condensator 5, waarep tevens de uitgang 6 van de topdetector voor de gemeten topwaarde is aangesloten en de collector 7 van de transistor 8, waarvan de basis 9 verbonden is met een spanningsbron met spanning E1 aan klem 10. De emitter 11 is aangesloten op de uitgang 12 van spanningsvergelijkschakeling 3. Een diode 13 is anti-parallel aange-30 bracht over de basis-emitter-diode. De condensator 5 kan aan massa liggen, maar kan ook zoals aangegeven aan klem 14 liggen waarop een spanningsbron met spanning E2 aangesloten is. Een schakelaar 15, getekend als EET, kan door een terugzetsignaal cp ingang 16 de condensator 5 en daarmede de uitgang 6 terugzetten op een potentiaal, 35 die gedefinieerd is ter voorbereiding van een nieuwe topwaardemeting, in dit geval dus een waarde E2.

In figuur 2 wordt in het diagram aangegeven hoe de topdetector van fig. 1 werkt. De transistor 8 is alleen werkzaam, wanneer de 33 0 1602 Λ w1 PHN 10.679 4 uitgang 12 enkele tienden volts hoger in spanning is als de waarde E1, en bovendien de spanning aan de collector 7 dus qp de condensator 5 lager is dan de waarde E1. De spanningswaarde E2 is dus aanzienlijk lager dan de spanningswaarde E1, zodat het neetgebied voor de tqp-5 waarden gelegen zal zijn tussen E1 en E2, zoals in figuur 2 is aangegeven. Stijgt de ingangsspanning aan ingang 1 en dus aan ingang 2, zoals net 17 is aangegeven, dan wordt de uitgang 12 van vergelijker 3 neer positief en geleidt transistor 8, zodat condensator 5 geladen wordt, hetgeen stijgende spanning veroorzaakt qp ingang 4. Na de top 10 18 daalt de spanning qp ingang 1 en 2 en geeft uitgang 12 een dalende spanning af, waardoor transistor 8 spert en diode 13 geleidt ter beperking van de spanningszwaai op de emitter 11. De condensator 5 behoudt zijn spanning en dus is de spanning qp ingang 4 en gitgang 6 constant als functie van de tijd, zoals net 19 in fig. 2 is aangegeven. 15 Op tijdstip T1 wordt teruggezet, zodat bij tijdstip T2 een nieuwe meting begint net een nieuwe tqpwaarde bij 20. Door keuze van E1 en E2 kan een neetgebied ingesteld worden. Duidelijk is, dat bij E2=0 een tqpdetector verkregen is, die positieve tqpwaarden neet. Ook kan E1 nul gekozen worden, zodat voor een negatief ingangssignaal de kleinste, 20 in absolute zin, maar negatieve waarde gemeten wordt.

In figuur 3 is aangegeven hoe door de keuze van spanningen E1, E2 en E4 negatief gerichte tqpwaarden van een ingangssignaal gemeten kunnen werden. Ook hier kunnen de spanningen E2 en E4 nul zijn, zodat de hoogste negatieve tqpwaarden van een ingangsspanning te 25 bepalen zijn.

In figuur 4 is de schakeling weergegeven waarmede het diagram van figuur 3 te verkrijgen is. Deze tqpdetector is vrijwel gelijk aan die van figuur 1, echter een bufferversterker 21 is aangebracht met versterkingsfaktor 1, teneinde vrijwel lekvrij voor de condensator 5 30 de condensatorspanning over te brengen naar uitgang 6 en ingang 4.

Verder is de spanningsvergelij kschakeling 3 nader uitgewerkt cm vooral aan te geven, dat een spanningsinversie nodig is cm negatief gerichte tqpwaarden te meten. Hiertoe is een differentiaalversterker 22 aanwezig, waarvan de uitgang 23 verbonden is met de uitgang 12, de niet-inver-35 terende ingang 24 verbonden is met een klem 25, waarop een spanningsbron aangesloten is met; spanning E4. De inverterende ingang 26 is met een weerstand 27 met ingang 2, en met een weerstand 28 net ingang 4 verbonden.

8301602 ΡΗΝ 10.679 5

I I

Λ t

De werking is als volgt. Is na evenwicht de spanning qp ingang 1 negatief gericht, dan wordt ingang 26 negatief ten opzichte van ingang 24, dus worden uitgangen 23 en 12 positief, geleidt 'transistor 8, wordt condensator 5 neer positief geladen. De spanning 5 aan ingang 4 stijgt en dit compenseert weer^de daling, die zich aan ingang 26 oorspronkelijk voordeed. De schakeling volgt dus de negatief gerichte spanning 17 in fig. 3. Bij de top 18 spert transistor 8 en onthoudt de schakeling de spanningswaarde 19.

In figuur 5 is een uitwerking van de topdetectcr van fig. 1 10 weergegeven. De spanningsvergelijkschakeling 3 is cpgetouwd uit een differentiaalversterker net transistoren 29 en 30, emittergekqppeld aan een stroombron 31. De collector impedantie van transistor 30 is een stroombron 32, die voor een hoge versterkingsfactor zorgt en als stroccribegrenzing voor transistor 8 dienst doet. De strocmspiegel-15 schakeling net transistoren Tr3 en Tr4 in fig. 1 van het in de inleiding genoemde artikel kan wanneer een nog hogere versterkingsfactor maar wel kleinere bandbreedte gewenst is, ook toegepast worden.

In figuur 6 is het diagram weergegeven dat bij de tcpdetector van fig. 5 behoort. De schakeling meet positieve tqpwaarden vanaf 20 nul volt tot eventueel +5 Volt. Er wordt op nul teruggezet.

Totdusver is voor transistor 8 een PNP-type gebruikt. Och met een NEN-type is een tcpdetector te verkrijgen, die ook negatief gerichte of positief gerichte tqpwaarden neet.

In figuur 7 is een diagram getekend, dat gelijk is aan het 25 diagram van fig. 3, alleen de grensspanningen van het meetgebied zijn anders.

In figuur 8 is de schakeling van de tcpdetector weergegeven, waarmede het diagram van figuur 7 te verkrijgen is waarbij transistor 8 een NEW-transistor is. Tevens is de bufferversterker 21 voorzien van 30 een tegenkqppeling met weerstand 33 van uitgang 6 naar de inverterende ingang en met weerstand 34 van een klem 35, waarop een spanningsbron met spanning E3 aansluitbaar is, naar de inverterende ingang*

Belangrijk daarbij is, dat met de spanning E3 een verschuiving van het meetgebied mogelijk is. Wordt voor de weerstanden 33 en 34 dezelfde 35 waarde R gekozen, dat versterkt de bufferversterker voor de condensator-spanning tweemaal en voor de spanning E3 éénmaal. Zoals uit fig. 7 blijkt kan in dit geval E3 = 2E2, zodat dus teruggezet wordt op nul en negatieve, in absolute zin maximale tqpwaarden gemeten warden.

8301602 PHN 10.679 6 » r

Figuur 9 kont vrijwel overeen net fig. 4 net het verschil dat transistor 8 een NFN-transistor is en condensator 5 aan massa gelegd is en niet aan de klem 14. Door de trans is torkeuze zijn de spanningswaarden E1 en E2 omgewisseld, zoals dit in fig. 3 en in 5 fig. 10 ook tot uitdrukking komt. Echter een belangrijk verschil tussen de schakelingen en de daarbijbehorende diagraimen is, dat de topdetector van fig. 9, zoals fig. 10 laat zien, positief gerichte topwaarden neet.

10 15 20 25 30 35 8301602

Claims (7)

1. Topdetector bevattende een condensator als geheugeneleirent voor de tcpwaarde van een ingangsspanning toe te voeren aan de topdetector, verder een spanningsvergelij kschakeling, die voorzien is van een eerste ingang voor de ingangsspanning, van een tweede ingang 5 gekoppeld met de condensator en van een uitgang, en verder bevattende een transistor in gemeenschappelijke emitterschakeling, waarvan de collector met de condensator en de basis-emitterketen enerzijds met de genoemde uitgang en anderzijds met een spanningsbron met spanning E1 gekoppeld is, net bet kenmerk, dat de transistor in gemeenschappelijke 10 basisschakeling geschakeld is, waartoe de basis verbonden is met de spanningsbron en de emitter met de genoemde uitgang, en tussen basisen emitter-aansluiting een diode anti-parallel met de bas is-emitter-diode cpgencraen is.

2. Topdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 15 topdetector een bufferversterker bevat, die met een hoogobmige, niet-inverterende ingang op de condensator en met de uitgang op de tweede ingang en cp de uitgang van de topdetector voor de tcpwaarde is aangesloten en een terugzetschakelaar aangebracht is tussen de condensator en een spanningsbron met spanning E2.

3. Topdetector volgens conclusie 2, net bet kenmerk, dat de versterkingsfactor van de bufferversterker 1 is.

4. Topdetector volgens conclusie 2, net bet kenmerk, dat de inverterende ingang van de bufferversterker met een eerste weerstand aangesloten is qp de uitgang van de bufferversterker en net een 25 tweede weerstand cp een spanningsbron met spanning E3.

5. Topdetector volgens conclusie 2, 3 of 4, met bet kenmerk, dat de transistor van het type ΈΝΡ is en de spanningswaarde E1 groter is dan de spanningswaarde E2.

6. Topdetector volgens conclusie 2, 3 of 4, net bet kenmerk, 30 dat de transistor van het type NFN is en de spanningswaarde E1 kleiner is dan de spanningswaarde E2.

7. Topdetector volgens één der vorige conclusies, met het kenmerk, dat de spanningsvergelijkschakeling een differentiaalversterker bevat, waarvan een uitgang aangesloten is op de genoemde uitgang, een 35 niet-inverterende ingang aangesloten is cp een spanningsbron net spanning E4 en een inverterende ingang met een derde weerstand met de eerste ingang en net een vierde weerstand met de tweede ingang verbonden is. 8301602