УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ НУЛЕВОГО УРОВНЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для фиксации периодических сигналов на заданном уровне.
В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения принято устройство фиксации нулевого уровня, описанное в авторском свидетельстве СССР №368719, МПК H03K 5/08, 1973 г. Указанное устройство содержит транзисторный дифференциальный усилитель типа «токовое зеркало» с генератором тока в общей эмиттерной цепи, цепь отрицательной обратной связи с коллектора второго транзистора «токового зеркала» на базу входного транзистора «токового зеркала», образованную первым p-n-p транзистором, база которого подсоединена к коллектору второго транзистора «токового зеркала», а эмиттер связан с базой второго p-n-p транзистора, коллектор которого подсоединен к базе входного транзистора «токового зеркала», накопительный конденсатор, подключенный одним выводом к общей точке эмиттера первого p-n-p транзистора и базы второго p-n-p транзистора, а вторым выводом - к общей шине, при этом база входного транзистора «токового зеркала» через разделительный конденсатор соединена с источником входного сигнала.
Схема «токового зеркала» в указанном устройств служит для обеспечения температурной стабильности фиксации нулевого уровня входного сигнала. Режим работы «токового зеркала» задается выбором коллекторного тока входного транзистора «токового зеркала». Напряжение на эмиттере входного транзистора устанавливается в соответствии с заданной величиной тока, температурой окружающей среды и типом транзистора. В результате оказывается заданным режим «токового зеркала» и второй транзистор, находящийся в одинаковых температурных условиях с входным транзистором, передает в нагрузку ток, равный току входного транзистора «токового зеркала».
Недостатком устройства, принятого в качестве ближайшего аналога, является недостаточная температурная стабильность фиксации нулевого уровня входного сигнала. Действительно, на практике из-за недостаточной температурной связи между транзисторами дифференциального усилителя и их низкими коэффициентами усиления степень температурной стабильности нулевого уровня с помощью «токового зеркала» при значительных (10°C и более) изменениях температуры окружающей среды оказывается недостаточной. Так, например, изменение температуры на 10°C приводит к смещению нулевого уровня входного сигнала на 3-10 мВ, что неприемлемо, в частности, в схемах с интегральными и дифференциальными дискриминаторами.
Технический результат, достигаемый полезной моделью - повышение температурной стабильности фиксации нулевого уровня входного сигнала.
ус
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство фиксации нулевого уровня, содержащее транзисторный дифференциальный усилитель типа «токовое зеркало» с генератором тока в общей эмиттерной цепи, цепь отрицательной обратной связи с коллектора второго транзистора дифференциального усилителя на базу входного транзистора дифференциального усилителя, образованную первым p-n-p транзистором, база которого подсоединена к коллектору второго транзистора дифференциального усилителя, а эмиттер связан с базой второго p-n-p транзистора, коллектор которого подсоединен к базе входного транзистора дифференциального усилителя, накопительный конденсатор, подключенный одним выводом к общей точке эмиттера первого p-n-p транзистора и базы второго p-n-p транзистора, а вторым выводом - к общей шине, при этом база входного транзистора дифференциального усилителя через разделительный конденсатор соединена с источником входного сигнала, снабжено дополнительной цепью отрицательной обратной связи, образованной последовательно соединенными повторителем напряжения и инвертирующим операционным усилителем с коэффициентом усиления К>>1, при этом неинвертирующий вход повторителя подключен к базе входного транзистора дифференциального усилителя, выход инвертирующего операционного усилителя подсоединен к выходу разделительного конденсатора, связанного с базой входного транзистора дифференциального усилителя, а выход повторителя, являющийся выходом устройства, соединен с инвертирующим входом инвертирующего операционного усилителя.
На фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого устройства. Устройство фиксации нулевого уровня содержит дифференциальный усилитель типа «токовое зеркало», образованный входным транзистором 1 и вторым транзистором 2 и охваченный отрицательной обратной связью с коллектора транзистора 2 на базу транзистора 1. Указанная отрицательная обратная связь образована первым p-n-p транзистором 3, база которого подсоединена к коллектору транзистора 2, а эмиттер связан с базой второго p-n-p транзистора 4, коллектор которого подсоединен к базе транзистора 1. К общей точке эмиттера транзистора 3 и базы транзистора 4 подключен одним выводом накопительный конденсатор 5, второй вывод которого соединен с общей шиной. Таким образом, конденсатор 5 подсоединен к базе транзистора 1 через базово-коллекторный переход транзистора 4, включенного по схеме с общим эмиттером, и к коллектору транзистора 2 через базово-эмиттерный переход транзистора 3, включенного по схеме с общим коллектором. В общую эмиттерную цепь транзисторов 1 и 2 включен генератор постоянного тока на транзисторе 6. Транзистор 1 дифференциального усилителя своей базой через разделительный конденсатор 7 соединен с источником входного сигнала.
Устройство также содержит генератор тока разряда конденсатора 7 на транзисторе 8 и дополнительную цепь отрицательной обратной связи, образованную последовательно соединенными повторителем напряжения 9 и инвертирующим операционным усилителем 10. Неинвертирующий вход повторителя 9 подключен к базе транзистора 1, выход усилителя 10 подсоединен к выходу разделительного конденсатора 7, связанного с базой транзистора 1, а выход повторителя 9, являющийся выходом устройства, соединен с инвертирующим входом усилителя 10.
ус
Коэффициент усиления усилителя 10 К>>1, например, равен 120, т.е. дополнительная цепь, образованная повторителем напряжения 9 и усилителем 10, характеризуется глубокой отрицательной обратной связью.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Нулевой уровень входного сигнала поступает на базу транзистора 1. При отсутствии входного сигнала токи транзисторов 1 и 2 равны и составляют в сумме ток транзистора 8.
Коллекторный ток транзистора 2 выбирается таким образом, чтобы при данном сопротивлении в коллекторной цепи транзистора 2 транзистор 4 был открыт и его коллекторный ток был равен току транзистора 8. Так как токи транзисторов 1 и 2 равны, потенциалы баз транзисторов 1 и 2 также равны. Это характеризует устойчивое состояние устройства.
Про понижении потенциала базы транзистора 1 его ток уменьшается, и ток транзистора 2 увеличивается. Конденсатор 5 заряжается через транзистор 3, падение напряжения на нем увеличивается и, как следствие, растет величина тока транзистора 4. Приращением коллекторного тока транзистора 4 дополнительно заряжается конденсатор 7, что приводит к увеличению потенциала его правой обкладки, т.е. к восстановлению потенциала базы транзистора 1.
Таким образом, автоматически фиксируется потенциал базы транзистора 1, равный потенциалу базы транзистора 2.
При появлении сигнала на базе транзистора 3 прежний потенциал соответствует минимальному уровню, так как, если величина сигнала опустится ниже нулевого уровня, то это приведет к уменьшению тока транзистора 3, увеличению тока транзистора 4, подзаряду конденсатора 5, резкому увеличению тока транзистора 4 и повышению потенциала базы транзистора 1.
При наличии значительных колебаний температуры окружающей среды и возникновении вследствие этого дрейфа нулевого напряжения, через повторитель напряжения 9 и инвертирующий усилитель 10 на вход повторителя напряжения 9 будет подаваться сигнал обратной полярности, компенсирующий температурный дрейф напряжения. Таким образом, дрейф напряжения на обкладках конденсатора 7 при изменении температуры окружающей среды уменьшается и снижается степень смещения выходного напряжения.
Таким образом, организация в заявляемом устройстве глубокой обратной связи между выходом повторителя напряжения и входом «токового зеркала» позволяет повысить температурную стабильность фиксации нулевого уровня входного сигнала.