ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ СТАБИЛЬНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2000 года по МПК H03K3/286 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве формирователя импульсов стабильной длительности в различных измерительных преобразователях, таймере и т.д.

Известен ждущий мультивибратор (см. а.с. СССР N 974555, H 03 K 3/284, 15.11.82, Бюл. N42), содержащий триггер на транзисторах разного типа проводимости, времязадающий конденсатор, ключ разряда времязадающего конденсатора на транзисторе, опорный резистор, два источника тока с общим опорным элементом для заряда времязадающего конденсатора и создания опорного напряжения на опорном резисторе и сравнивающее устройство.

Недостатком такого мультивибратора является низкая стабильность длительности формируемого импульса, вызванная возникновением дифференциальной разности токов источников тока и изменениями остаточного напряжения на времязадающем конденсаторе при воздействии внешних факторов.

Известен формирователь импульсов стабильной длительности (Измайлов А.М. и др. - Радиотехника, 1992, N 10-11), содержащий RS-триггер, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, времязадающий конденсатор и опорный резистор, ключ разряда времязадающего конденсатора, компаратор, повторитель напряжения и делитель напряжения.

В таком устройстве повышение стабильности длительности армируемого импульса достигнуто за счет использования одного источника тока для заряда времязадающего конденсатора и создания опорного напряжения. Однако наличие в таком устройстве повторителя напряжения и делителя напряжения сдерживают дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса при воздействии внешних возмущающих факторов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является формирователь прямоугольных импульсов стабильной длительности (Измайлов А.М. - Радиотехника, 1996, N 1), содержащий RS-триггер, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом RS-триггера, первый конденсатор и первый резистор, один из выводов которого соединен с общей шиной питания, второй резистор, один из выводов которого соединен с выходом прерывателя тока, второй конденсатор, одним из выводов соединенный с другим выводом второго резистора, а другим выводом - с общей шиной питания, первый и второй ключи разряда, коммутирующие выводы которых соответственно соединены с выводами первого и второго конденсаторов, а управляющие входы соединены с вторым выходом RS-триггера, компаратор, первый вход которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вход - с первым выводом второго конденсатора, а выход - с вторым входом RS-триггера (R-вход). Первый вход (S-вход) и первый выход (прямой выход) RS-триггера являются соответственно входом и выходом устройства.

В таком устройстве дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса достигнуто путем разделения цепей заряда времязадающего конденсатора и создания опорного напряжения на опорном резисторе, а также подключением указанных цепей к выходу единого источника тока через прерыватель.

Однако следует отметить, что дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса в таком устройстве сдерживается нестабильностью остаточного напряжения на времязадающем конденсаторе по окончании разряда. Оно вносится остаточным напряжением U₀ ключа разряда времязадающего конденсатора. При учете указанного напряжения длительность τ формируемого импульса определяется по известной формуле τ =(U_n-U_o)•C/I, где U_n=I•R - пороговое напряжение; создается током I источника тока на опорном (первом) резисторе R; С - емкость времязадающего (второго) конденсатора.

Таким образом, в данном устройстве изменения напряжения U_o при воздействии внешних возмущающих факторов (изменения температуры окружающей среды, напряжения и. т. д. ) не позволяют получить высокую стабильность длительности формируемого импульса. Одновременно наличие составляющей U_o способствует нестабильности длительности τ при изменении тока 1.

Задача предлагаемого изобретения - дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса путем практического исключения влияния изменений напряжения U_o на длительность τ импульса.

Поставленная задача достигается тем, что в формирователь импульсов, содержащий RS-триггер, первый вход и первый выход которого соответственно являются входом и выходом устройства, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом RS-триггера, первый конденсатор и первый резистор, один из выводов которого соединен с общей шиной питания, первый управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены к выводам первого конденсатора, а вход управления подключен к второму выходу RS-триггера, второй резистор, один из выводов которого соединен с выходом прерывателя тока, второй конденсатор, один из выводов которого соединен с другим выводом второго резистора, а другой вывод- с общей шиной, второй управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены к выводам второго конденсатора, а вход управления подключен к второму выходу RS-триггера, компаратор, второй вход которого соединен с одним из выводов второго конденсатора, а выход - с вторым входом RS-триггера, согласно изобретению, дополнительно введен третий управляемый ключ, первым коммутирующим выводом соединенный с первым выводом первого резистора, вторым коммутирующим выводом - с первым входом компаратора, а входом управления подключенный к полюсу (+) источника питания.

Совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения заявляемого устройства, позволяющая повысить стабильность длительности формируемого импульса путем практического исключения влияния изменений остаточного напряжения на времязадающем конденсаторе на длительность формируемого импульса в уровне техники не обнаружена, следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию "существенные отличия".

Дальнейшее подробное описание ведется в соответствии с блок-схемой заявляемого формирователя импульсов стабильной длительности (см. чертеж).

Заявляемое устройство содержит RS-триггер 1, источник 2 тока, прерыватель 3 тока, первый конденсатор 4, первый резистор 5, первый управляемый ключ 6, второй резистор 7, второй конденсатор 8, второй управляемый ключ 9, компаратор 10 и третий управляемый ключ 11.

В схеме формирователя использованы следующие функциональные элементы: триггер 1 - микросхема (м/с) типа 564ТМ2, источник 2 тока построен по схеме, описанной, например, в книге П. Хоровица, У. Хилла "Искусство схемотехники". -М. : Мир, 1983, т. 1, с. 43; прерыватель 3 тока, ключи 6, 9 и 11- м/с типа 564КТЗ, резисторы 5 и 7- типа С5-5, конденсаторы 4 и 8-типа К71-5, компаратор 10 - м/с 521САЗ.

Формирователь работает следующим образом.

В исходном состоянии формирователя RS-триггер 1 находится в начальном положении - на первом (прямом) выходе действует сигнал низкого логического уровня "0", а на втором выходе (инверсном) действует сигнал высокого логического уровня "1". Сигнал "0" с первого выхода триггера 1, воздействуя на управляющий вход V прерывателя 3 тока, вызывает размыкание коммутирующих выводов X последнего, отключающих выход источника 2 тока. Сигнал "1" с второго выхода триггера 1, воздействуя на управляющие входы V первого и второго ключей 6 и 9, вызывает замыкание коммутирующих выводов X последних. Замкнутые выводы X ключей 6 и 9, шунтируя выводы первого и второго 8 конденсаторов, вызывают разряд последних. Наличие прерывателя 3 позволяет снизить остаточные напряжения U₄ и U₈ на конденсаторах 4 и 8 до значения остаточных напряжений U₆ и U₉ на замкнутых выводах X ключей 6 и 9, составляющих (6-8) мВ, путем исключения падения напряжения током источника 2 тока на сопротивлениях замкнутых выводов X ключей 6 и 9, т.е. U₄=U₆ и U₈=U₉.

При поступлении на вход устройства формируемого импульса триггер 1 переходит в другое положение - на первом выходе действует сигнал "1", а на втором - сигнал "0". При этом коммутирующие выходы X прерывателя 3 замыкаются, а коммутирующие выводы X ключей 6 и 9 размыкаются. Ток I₀ источника 2 тока после прерывателя 3 разветвляется на два значения: ток I₁, протекающий через первую ветвь - конденсатор C₄ и резистор R₅, и ток I₂, протекающий через вторую ветвь - резистор R₇ и конденсатор C₈. В схеме формирователя приняты значения C₄=C₈ и R₅=R₇. Вследствие этого I₁=I₂=I и 2I=I₀. Напряжения на конденсаторах 4 и 8 возрастают практически с постоянной крутизной, начиная с значений остаточных напряжений U₄ и U₈ на последних, а на резисторах 5 и 7 создаются падения напряжения U₅=I•R₅ и U₇=I•R₇, а т.к. R₅=R₇, то U₅=U₇. Так как параметры одноименных элементов ветвей приняты идентичными, то предполагается, что значения токов I₁ и I₂ в процессе заряда конденсаторов 4 и 8 остаются равными друг другу. При достижении на конденсаторе 8 напряжения U= I• τ /C+U₈, равного опорному U_n=I•R₅+U₁₁, (где U₁₁ - остаточное напряжение между замкнутыми выводами X ключа 11), т.е. при U=U_n на выходе компаратора 10 возникает импульс, устанавливающий триггер 1 в начальное положение, задающее формирователю исходное состояние.

Так как ключи 6, 9 и 11 размещены в одном корпусе микросхемы (564КТЗ), то можно предположить, что U₆=U₄=U₉=U₈=U₁₁.

Длительность τ импульса, сформированного формирователем, в этом случае будет равна τ = R₅-C₈.

Таким образом, в предлагаемом формирователе высокая стабильность длительности формируемого импульса достигается путем компенсации остаточного напряжения на конденсаторе 8 (времязадающий конденсатор) остаточным напряжением постоянно открытого ключа 11. Так как ключи 6, 9, 11 размещены в одном корпусе микросхемы, то можно принять, что изменения остаточных напряжений на последних при воздействии внешних возмущающих факторов будут одинаковы.

Экспериментальная поверка 4 макетных образцов предлагаемого формирователя показала, что относительная нестабильность длительности τ не превышает ±(0,15-0,17)•10^-5.

Изменения длительности импульса при изменении напряжения питания на ±2B (при напряжении питания 12 В) практически отсутствуют.

Формирователь импульсов стабильной длительности относится к импульсной технике и может быть использован в качестве формирователя импульсов стабильной длительности в различных измерительных преобразователя, таймерах и т.д. Достигаемый технический результат - повышение стабильности длительности импульсов формируемого импульса. Формирователь импульсов стабильной длительности содержит RS-триггер, источник тока, прерыватель тока, два резистора, два конденсатора, три управляемых ключа и компаратор. 1 ил.

Формирователь импульсов, содержащий RS - триггер, первый вход и первый выход которого соответственно являются входом и выходом устройства, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом RS - триггера, первый конденсатор и первый резистор, один из выводов которого соединен с общей шиной питания, первый управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены к выводам первого конденсатора, а вход управления подключен к второму выходу RS - триггера, второй резистор, один из выводов которого соединен с выходом прерывателя тока, второй конденсатор, один из выводов которого соединен с другим выводом второго резистора, а другой вывод - с общей шиной, второй управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены к выводам второго конденсатора, а вход управления подключен к второму выходу RS - триггера, компаратор, второй вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора, а выход - с вторым входом RS - триггера, отличающийся тем, что в него дополнительно введен третий управляемый ключ, первым коммутирующим выводом соединенный с первым выводом первого резистора, вторым коммутирующим выводом - с первым входом компаратора, а входом управления подключенный к полюсу (+) источника питания.