RU2544783C1 - Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство - Google Patents
Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544783C1 RU2544783C1 RU2014111929/08A RU2014111929A RU2544783C1 RU 2544783 C1 RU2544783 C1 RU 2544783C1 RU 2014111929/08 A RU2014111929/08 A RU 2014111929/08A RU 2014111929 A RU2014111929 A RU 2014111929A RU 2544783 C1 RU2544783 C1 RU 2544783C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- upa
- operational amplifier
- inverting
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulation Of Pulses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к импульсной электронике и может использоваться в прецизионных время-импульсных преобразователях и генераторах сигналов двухтактного интегрирования. Технический результат заключается в увеличении крутизны фронтов выходных импульсов и повышении температурной стабильности пороговых напряжений. Устройство содержит первый и второй аналоговые коммутаторы и операционный усилитель. Второй аналоговый коммутатор имеет нормально замкнутый ключ, размыкающий контакт, последовательно соединенный с резистором цепи положительной обратной связи операционного усилителя, вход и выход дифференцирующей RC-цепочки подключены соответственно к выходу и входу операционного усилителя и управляющему входу второго аналогового коммутатора. 2 ил.
Description
Изобретение относится к импульсной электронике и может использоваться во время-импульсных преобразователях и генераторах сигналов.
Известны управляемые регенеративные неинвертирующее и инвертирующее пороговые устройства (патент на полезную модель RU №121409 U1, H03K 3/13, опубл. 20.10.2012 г.), содержащие операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью, в цепь которой включен аналоговый коммутатор, управляемый выходным напряжением операционного усилителя и коммутирующий два независимых управляющих напряжения.
Известные неинвертирующий и инвертирующий управляемые пороговые устройства (УПУ) имеют недостатки:
- недостаточная крутизна переднего и заднего фронтов выходных прямоугольных импульсов, что ограничивает точность преобразования время-импульсных преобразователей сигналов, особенно преобразователей двухтактного интегрирования, в которых выходные прямоугольные импульсы порогового устройства подвергаются интегрированию. Непрямоугольность выходных импульсов особенно проявляется в начале переходных процессов переключения всех известных регенеративных неуправляемых и управляемых пороговых устройств из одного устойчивого состояния в другое;
- нестабильность по температуре пороговых напряжений, обусловленная включением в цепь положительной обратной связи полупроводникового элемента - аналогового коммутатора, сопротивления включенных ключей которого нестабильны по температуре и имеют отрицательный коэффициент сопротивления. Поэтому известные УПУ могут использоваться только в условиях почти неизменной температуры окружающей среды и не могут применяться в прецизионной информационно-измерительной электронной аппаратуре специального назначения, к которой предъявляются жесткие требования по термостабильности параметров и характеристик в широком диапазоне температур окружающей среды (например, в авиации и космонавтике, в ресурсодобывающей, нефте- и газоперерабатывающей, энергогенерирующей промышленностях).
Задачей изобретения является расширение возможности применения заявленного УПУ в импульсной электронике, прежде всего в прецизионных время-импульсных преобразователях и генераторах двухтактного интегрирования.
Технический результат - увеличение крутизны фронтов выходных импульсов и повышение температурной стабильности пороговых напряжений управляемого порогового устройства.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в заявленное управляемое регенеративное пороговое устройство, независимо инвертирующее оно или неинвертирующее, содержащее операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью, первый аналоговый коммутатор, управляемый выходным напряжением операционного усилителя и коммутирующий два независимых управляющих напряжения, как в известных управляемых регенеративных неинвертрующем и инвертирующем пороговых устройствах, включены второй аналоговый коммутатор, имеющий нормально замкнутый контакт, последовательно с резистором цепи положительной обратной связи, не соединенным с первым коммутатором, и дифференцирующая RC-цепочка, вход и выход которой подключены соответственно к выходу операционного усилителя и управляющему входу второго коммутатора.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 и фиг.2 изображены функциональные схемы заявленных УПУ соответственно неинвертирующего и инвертирующего типа.
Согласно представленным функциональным схемам УПУ включает в себя резисторы 1 (R1) и 2 (R1), образующие положительную обратную связь операционного усилителя (ОУ) 3, аналоговые коммутаторы 4 и 5 с двухполярным управлением и дифференцирующую RC-цепочку 6.
Первый аналоговый коммутатор 4 (предпочтительно МОП-типа) имеет два ключа, работающие в противофазе. Если выходное напряжение ОУ Uвых положительно, то цепь положительной обратной связи будет подключена к управляющему напряжению U1. Если же выходное напряжение ОУ (и УПУ в целом) Uвых отрицательно, то цепь положительной обратной связи оказывается подключенной к управляющему напряжению U2. Полярности напряжений U1 и U2 значения не имеют.
Второй однотипный аналоговый коммутатор 5 имеет один нормально замкнутый ключ и управляется выходным напряжением дифференцирующей RC-цепочки 6. В статическом состоянии УПУ на выходе дифференцирующей цепочки 6 напряжение dUвых/dt=0 и ключ коммутатора 5 включен. В течение времени, когда происходит процесс переключения УПУ из одного из двух возможных устойчивых состояний (Uвых>0 или Uвых<0) в другое устойчивое состояние (соответственно Uвых<0 или Uвых>0), на выходе дифференцирующей цепочки 6 появляется импульс положительного или отрицательного напряжения UД=dUвых/dt. Импульсное напряжение UД размыкает ключ коммутатора 5, причем, что очень важно, только в течение переходного процесса изменения состояния УПУ.
Так как в течение переходного процесса резисторы 1 (R1) отключаются от цепей положительной обратной связи ОУ, то коэффициенты положительной обратной связи в обеих схемах становятся равными единице. Следовательно, длительность переходных процессов переключения УПУ будет минимально возможной, а крутизна выходных импульсов схемы станет максимально достижимой, ограниченной только параметром используемого типа ОУ - скоростного нарастания выходного напряжения и паразитными емкостями монтажа схемы.
Итак, технический результат - уменьшение длительностей (повышение крутизны) фронтов выходных импульсов УПУ - достигается.
Включение второго коммутатора с нормально замкнутым ключом обеспечивает повышение температурной стабильности пороговых напряжений заявленного УПУ.
В известных УПУ, считающихся прототипами, пороговые напряжения определяются выражениями:
неинвертирующего УПУ и
инвертирующего УПУ.
Если учитывать остаточные сопротивления r включенных полупроводниковых ключей коммутаторов известных УПУ, то выше представленные формулы будут иметь вид:
При неизменной температуре эксплуатации УПУ сопротивления включенных ключей коммутаторов r можно учесть посредством регулировки одного из сопротивлений R1 или R2. Если температура изменится на Δt°С, то сопротивления включенных ключей коммутаторов r (например, остаточных сопротивлений индуцированных каналов транзисторов МОП-типа) изменятся на Δr, причем с отрицательным температурным коэффициентом, и пороговые напряжения неинвертирующего и инвертирующего управляемых ПУ изменятся:
Температурная нестабильность пороговых напряжений известного УПУ оценивается относительной погрешностью:
где в реальных схемах R2/r+1>>Δr/r и (R1+R2)/r+1>>Δr/r, поэтому с вполне достаточной точностью:
Из представленных формул следует вывод, что относительное температурное изменение сопротивления r включенных полупроводниковых коммутаторов Δr/r оказывает непосредственное влияние на стабильность пороговых напряжений известных УПУ, причем тем сильнее, чем меньше отношение R2/r или (R1+R2)/r соответственно для неинвертирующего и инвертирующего известных УПУ.
Пороговые напряжения заявленных УПУ с учетом сопротивлений включенных ключей r можно рассчитать по формулам:
где R1 - сопротивление резисторов 1; R2 - сопротивление резисторов 2.
Если температура заявляемых УПУ, например, увеличится на Δt°C, то сопротивления включенных ключей r коммутатора 4 уменьшатся на Δr, и пороговые напряжения будут определяться выражениями:
Тогда относительные изменения пороговых напряжений Uпор.неинв и Uпор.инв. УПУ, вызванные изменением температуры, будут равны:
Разделив числители и знаменатели последних двух выражений на r, получим:
В реальных схемах УПУ всегда выполняются соотношения:
R2/r+1>>Δr/r и тем более (R1+R2)/r+2>>2Δr/r, поэтому с достаточной для практической электроники точностью можно считать, что
Сравнение выражений (1) для известных УПУ с выражениями (2) приводит к выводу: температурная нестабильность заявляемых неинвертирующего и инвертирующего УПУ меньше температурной нестабильности известных УПУ, вызванных термозависимостью остаточных сопротивлений r включенных полупроводниковых ключей, в (R1+r)/(R1-R2) раз.
Более того, из (2) следует, что при R1=R2 в заявленных УПУ зависимость сопротивления r включенных ключей коммутатора от температуры никак не будет влиять на термостабильность пороговых напряжений. Равенство R1=R2 в реальных схемах УПУ может выполняться с вполне достаточной точностью.
Таким образом, задача повышения температурной стабильности УПУ решается, заявленные УПУ имеют несравнимо более высокую термостабильность пороговых напряжений по сравнению с известными УПУ.
Итак, поставленная задача решается и технический результат достигается - заявленное изобретение позволяет значительно повысить температурную стабильность пороговых напряжений и увеличить крутизну фронтов выходных импульсов управляемых регенеративных пороговых устройств, независимо от того неинвертирующее оно или инвертирующее.
Claims (1)
- Управляемое регенеративное пороговое устройство, независимо инвертирующее оно или неинвертирующее, содержащее операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью и первый аналоговый коммутатор, управляемый выходным напряжением операционного усилителя и коммутирующий два независимых управляющих напряжения, отличающееся тем, что в устройство включены второй аналоговый коммутатор, имеющий нормально замкнутый ключ, последовательно с резистором цепи положительной обратной связи, и дифференцирующая RC-цепочка, вход и выход которой подключены соответственно к выходу операционного усилителя и управляющему входу второго коммутатора
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014111929/08A RU2544783C1 (ru) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014111929/08A RU2544783C1 (ru) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2544783C1 true RU2544783C1 (ru) | 2015-03-20 |
Family
ID=53290761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014111929/08A RU2544783C1 (ru) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2544783C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123768C1 (ru) * | 1996-05-30 | 1998-12-20 | Алтайский государственный университет | Устройство компенсации темнового сигнала многоэлементных фотодиодных приемников |
| US5990814A (en) * | 1997-09-05 | 1999-11-23 | Cirrus Logic, Inc. | Method and circuit for calibration of flash analog to digital converters |
| EP1069739A2 (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-17 | Fujitsu Limited | Removal of a common mode voltage in a differential receiver |
| RU121409U1 (ru) * | 2012-03-30 | 2012-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Управляемое регенеративное пороговое устройство |
-
2014
- 2014-03-27 RU RU2014111929/08A patent/RU2544783C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123768C1 (ru) * | 1996-05-30 | 1998-12-20 | Алтайский государственный университет | Устройство компенсации темнового сигнала многоэлементных фотодиодных приемников |
| US5990814A (en) * | 1997-09-05 | 1999-11-23 | Cirrus Logic, Inc. | Method and circuit for calibration of flash analog to digital converters |
| EP1069739A2 (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-17 | Fujitsu Limited | Removal of a common mode voltage in a differential receiver |
| EP1594272B1 (en) * | 1999-07-14 | 2011-09-14 | Fujitsu Limited | Removal of a common mode voltage in a differential receiver |
| RU121409U1 (ru) * | 2012-03-30 | 2012-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Управляемое регенеративное пороговое устройство |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Heidary et al. | 12.8 A BJT-based CMOS temperature sensor with a 3.6 pJ· K 2-resolution FoM | |
| JP2011205230A5 (ru) | ||
| TWI542153B (zh) | 弛張振盪器 | |
| De Marcellis et al. | A CCII‐based non‐inverting Schmitt trigger and its application as astable multivibrator for capacitive sensor interfacing | |
| Liu et al. | Full custom design of an arbitrary waveform gate driver with 10-GHz waypoint rates for GaN FETs | |
| RU2544783C1 (ru) | Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство | |
| Emara et al. | Corrected and accurate Verilog-A for linear dopant drift model of memristors | |
| Trescases et al. | Sensorless digital peak current controller for low-power DC-DC SMPS based on a bi-directional delay line | |
| Chien | Square/triangular wave generator using single DO-DVCC and three grounded passive components | |
| Summatta et al. | Low-cost and Compact Window Comparator Circuit with MOSFET-Resistor Voltage References | |
| Tapashetti et al. | Design and simulation of op amp integrator and its applications | |
| Sujatha et al. | Design and simulation of high speed comparator for LVDS receiver application | |
| Fernández et al. | Pulse drive and capacitance measurement circuit for MEMS electrostatic actuators | |
| Maralani et al. | The design of an operational amplifier using silicon carbide JFETs | |
| RU121409U1 (ru) | Управляемое регенеративное пороговое устройство | |
| Hiscocks | Analog Circuit Design | |
| Saxena et al. | Low power, high speed Schmitt trigger using SVL technique in nanoscale CMOS technology | |
| Greitans et al. | Analytic model and bilateral approximation for clocked comparator | |
| RU2024195C1 (ru) | Преобразователь напряжения в частоту | |
| CN109343645B (zh) | 一种程控功率信号源输出电压倍增电路 | |
| Wan et al. | An on-chip digital monostable multivibrator using inverter-based delay chains | |
| Gajjar et al. | Analysis of CMOS second generation current conveyors | |
| Nadia et al. | CDTA-Based Schmitt Trigger Using MT-CMOS Technique | |
| Aghabeigi et al. | High speed low power voltage comparator in 0.18 μm CMOS Process for flash ADCs | |
| Chien | Dual-mode controlled pulse width monostable multivibrator using DVCCs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160328 |