3. Пороговые устройства

Многопороговое устройство. Для формирования сдвину­тых во времени сигналов применяется устройство (рис. 13.24) с десятью пороговыми уровнями. Уровни открывания устанавлива­ются диодной цепочкой. Дискретность уровней равна 1 В. На вхо­де существует переменный сигнал. Форма сигнала должна быть на­растающей (синусоидальная, треугольной формы). С увеличением входного сигнала вначале открывается транзисторомVT10, затемVT9 и т. д.

Устройство с малой петлей гистерезиса.В схеме сравнения двух напряжений (рис. 13.25) применяется запаздывающая ОС. Эта связь позволяет уменьшить гистерезис передаточной характеристики ре­лаксационной схемы. На входе устройства стоит дифференциаль­ный усилитель, выходной сигнал которого подается на формирователь, построенный на транзисторах с разными типами проводимости и охваченным ПОС через цепоч­куR2C1. Кроме того, с коллекто­ра транзистораVT2 подается ООС через цепочкуR3, С2. Отрицатель­ная обратная связь через времяr=RiCz компенсирует действие ПОС. При полной конденсации получается безгистерезисное уст­ройство сравнения. Если ООС опе­режает действие ПОС, то в схеме возникают колебания. Для ука­занных на схеме номиналов эле­ментов устройство имеет время срабатывания 30 — 40 не, время от­пускания 80 — 100 не, диапазон сравниваемых напряжений от — 3 до +4,5 В, ширина гистерезисной петли менее 0,4 мВ. Порог срабатывания схемы можно регулировать резисторомR1 в пределах от — 15 до +15 мВ. Стабильность уров­ня срабатывания не хуже 40 — 50 мкВ/град.

Рис. 13.24

Преобразователь гармонического сигнала в прямоугольный.Преобразование сигнала (рис. 13.26) осуществляется за счет насы­щения транзисторов. Положительная полуволна входного сигнала шунтируется диодоиVD1. Отрицательная полуволна открывает транзисторVT1. Коллекторный ток этого транзистора открывает транзисторVT2. Отрицательное напряжение 5 В проходит через диодыVD2 иVD3 и подается на выход. Когда на входе будет по­ложительная полуволна, транзисторVT2 закрыт. Положительное напряжение на коллекторе откроет транзисторVT3. В эмиттерной цепи этого транзистора появляется положительное напряжение.

Рис. 13.25

Выходное сопротивление устройства для однополярного сигнала менее 500 Ом, а для двухполярного — 20 кОм; частота входного сигнала 1 кГц, амплитуда 5 В.

Ограничитель-дискриминатор.Устройство (рис. 13.27) имеет регулируемый порог ограничения. Входной сигнал с амплитудой 1 В может быть разделен на две составляющие. При установке на входе 10 напряжения 1 В на выход проходит сигнал положитель­ной полярности. Установкой на входе10 напряжения — 1 В на вы­ходе формируется сигнал отрицательной полярности.

Рис. 13.26

Рис. 13.27

Рис. 13.28

Рис. 13.29

Разделитель сигна­лов.Устройство (рис. 13.28) позволяет разде­лить положительные и отрицательные полувол­ны сигнала при сохране­нии уровня постоянной составляющей. Отрица­тельная полярность вход­ного сигнала открывает транзисторVT1 и тем самым эта полуволна срезается на выходе. На­против, положительная полярность сигнала закрывает транзисторVT1, она проходит на выход схемы. Вторая половина схемы рабо­тает аналогичным образом и пропускает отрицательную полуволну. Чтобы избежать падения напряжения на резисторахR1 иR2, со­противление нагрузки должно иметь большое значение. РезисторR8 является коллектерной нагрузкой для обоих транзисторов. Гра­ничная частота определяется емкостью конденсаторов С1 иС2. Для указанных номиналов частота равняется 5 кГц.

Пороговое устройство.В пороговом устройстве (рис. 13.29) ис­пользуются элементы ИЛИ/ИЛИ — НЕ. Через резисторR2 в схему вводится ПОС, а резисторR1 развязывает источник сигнала от входа схемы. В зависимости от отношения сопротивлений резисто­ровR₁/R₂ схема обладает различной шириной тистерезисной петли. Кроме указанной микросхемы, в схеме могут применяться инте­гральные микросхемы серии К137 и К138.

Сравнивающее устройство. СравнивающееyqTpoflcTBO (рис. 13.30) вырабатывает выходной сигнал, длительность которого равна дли­тельности превышения одного входного сигнала над другим. Диф­ференциальные усилители включены последовательно один за дру­гим и работают в режиме ограничения сигнала, рассогласования. Количество включенных последовательных усилителей определяет ширину зоны нечувствительности устройства.

Рис. 13.30

Рис 13.31

При изменении напряжения питания на ±10 % ширина зоны нечувствительности не более 1 мВ Дрейф порога срабатывания не более 15 мкВ/град в диапазоне температур 20 — 70°С Максималь­ная амплитуда входного сигнала ±2 В, диапазон рабочих частот О — 500 кГц Выходной сигнат более 4 В

Компараторы на микросхемах К133ЛАЗ. Компаратор (рис 13.31, а) построен на одном элементе 2И — НЕ интегральной микросхемы К133ЛАЗ Порог срабатывания микросхемы зависит от отрицательного напряжения на выводе 7 Схема одного элемен­та 2И — НЕ, входящего в К133ЛАЗ, и передаточная характеристи­ка схемы рис 13.31, с при различных пороговых напряжениях по­казана на рис 13.31,в При нулевом напряжении на входе компа­ратор переключается с уровняЕ= — 1,25 В Напряжение срабаты­вания компаратора менее 100 мВ Время включения компаратора 40 не, а выключения — 60 не Поскольку в микросхеме имеются че­тыре логических элемента, то ток, протекающий через контакт 7, будет являться суммарным Для всех четырех логических элемен­тов уровень срабатывания одинаков

Компаратор на рис 13.31, б построен на четырех логических элементах Все элементы находятся в режиме, близком к линейно­му Это достигнуто введением резисторовR3— R6 Передаточная характеристика элемента 2И — НЕ в зависимости от сопротивления на его входе показана на рис 1331,г Регулировкой входного со­противления можно управлять напряжением на выходе элемента.

Рис 13.32

Входной сигнал подается в точку, где напряжение равно нулю Этот уровень устанавливается резистором R2 Время включения и выключения компаратора определяется временем переключения одного элемента Один элемент имеет время задержки включения не более 18 не, а время задержки выключения не более 36 не Чув­ствительность схемы составляет 1 — 2 мВ

Компаратор на логических элементах.Компаратор напряжения построен на двух логических элементах микросхемы К133ЛАЗ На рис 1332,а изображена схема, в которой сравниваются два напря­жения НаВход 1 подается эталонное напряжение, а наВход 2 — исследуемое Чувствительность схемы равна 5 мВ Если сигнал в точке соединения резисторовR1—R3 меньше 3 мВ, то на выходе су­ществует постоян шй уровень 2 В При сигнале с напряжением 4 мВ формируется отрицатечьный импучьс (рис 1332, в), а сигнал с напряжением 5 мВ вызывает появление положительного им­пульса

Для управления порогом срабатывания компаратора (рис 1332, б) на вход 2 элементаDD1 подается напряжение Это напряжение определяет порог срабатывания схемы как для по­ложительных, так и лля отрицательных попярностей входного сиг­нала Двухполяоныи выходной сигнал формируется от гармониче­ского входного сигнала с амплитудой 4 мВ Точная настройка схе­мы позволяет увеличить чувствительность до 1 мВ Однако в этом случае выходной сигнал меняется от +2 до 0 В

Дифференциальная схема компаратора. Компаратор (рис 1333) построен по дифференциальной схеме Чувствительность схемы со­ставляет 1 мВ при времени переключения менее 50 не Высокое бы­стродействие и большая чувствительность схемы достигнуты за счет того, что все интегральные микросхемы находятся в режиме, близком к линейному, что обеспечивается правильным выбором со­противлении резисторов Порог срабатывания можно регулировать в пределах ±100 мВ при подаче напряжения на один из входов Кроме того, управлять порогом срабатывания можно и с помощью потенциометраR6 В этом случае пределы регулировки расширя­ются до 0,5 В Можно и дальше увеличивать порог срабатывания схемы, если уменьшать сопротив­ление резистораR2. Предельным уровнем является напряжение 1,4 В выводах2, 4 (при дальней шем повышении напряжения чувствительность схемы резко падает). Интегральные микросхемы компараторов. Микросхемы К521СА1 и К521СА2 являются компараторами напряжения (рис. 13.34,а, б). Микросхема К521СА1 — сдвоенный компаратор. Стробирование по каждому каналу позволяет поочередно опрашивать оба компарато­ра. Амплитуда стробнрующего импульса 6 В. По электрическим па­раметрам компараторы подобны. Коэффициент усиления компара­торов меняется от температуры (рис. 13.34,в) Изменение входного тока от температуры показано на рис. 13.34, г. Быстродействие ком­параторов зависит от амплитуды входного сигнала. Эпюры сигналов включения и выключения компаратора показаны на рис. 13.34,д, е. Электрические схемы включения приведены на рис. 13.34,ж, з. Максимальная чувствительность компаратора дости­гается, когда напряжение на резистореR2(R3) равно 100 мВ. Вы­сокий логический уровень на выходе соответствует напряжению 2,5 — 5 В, а низкий — напряжению 0,3 В

Рис 13.33 Рис. 13.34