ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2000 года по МПК H03K3/23 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления.

Известен генератор прямоугольных импульсов (см. книгу: И.С.Потемкин. Функциональные узлы цифровой автоматики. -М: Энергоатомиздат, 1988, с.240, рис. 7.9а), содержащий последовательно соединенные первый и второй инверторы, резистор и конденсатор, первые выводы которых соединены со входами первого инвертора. Второй вывод резистора соединен с выходом первого инвертора, а второй вывод конденсатора - с выходом второго инвертора.

Недостатком известного генератора является, во-первых, наличие на входе первого инвертора при переключении устройства выбросов напряжения отрицательной относительно уровня логического "0" полярности и положительной относительно уровня логической "1" полярности, которые недопустимы для интегральных микросхем и могут привести к отказу первого инвертора.

Недостатком известного генератора является также возможность зависания в состоянии, когда первый инвертор находится в линейном режиме, когда его выходное напряжение равно порогу срабатывания, а второй инвертор - в одном из логических состояний в зависимости от соотношения порогов срабатывания инверторов. Причиной зависания является неравенство порогов срабатывания вследствие технологического разброса.

Известен генератор прямоугольных импульсов (см. авторское свидетельство СССР N 674202 от 02.02.77, МКИ H 03 K 3/281, Автогенератор прямоугольных импульсов. Ю. В.Ерилов. - Опубл. 15.07.79. Бюл. N 26), являющийся прототипом, содержащий интегратор в виде последовательно соединенных резисторов и конденсатора, точка соединения которых (выход интегратора) соединена со входом триггера Шмитта, инверсный выход которого соединен со свободным выводом резистора (входом интегратора), свободный вывод конденсатора соединен с общей шиной.

Триггер Шмитта содержит два последовательно соединенных логических элемента (инвертора) и два резистора, через один из которых вход триггера Шмитта соединен с входом первого логического элемента, выход которого является инверсным выходом триггера Шмитта, а через другой резистор выход второго логического элемента соединен с входом первого логического элемента.

Прототип свободен от недостатков аналога.

Недостатком прототипа является высокая частота формируемых импульсов вследствие низкой эффективности использования емкости конденсатора.

Частота генерируемых импульсов, в принципе, может быть уменьшена путем увеличения сопротивления резистора интегрирующей RC-цепи, включенного в цепь отрицательной обратной связи. Однако величина указанного сопротивления ограничена сверху, поскольку при увеличении сопротивления увеличивается нестабильность частоты генерируемых импульсов при изменении входного тока первого логического элемента и выходного напряжения второго логического элемента.

Анализ Шмитта, использованного в прототипе, проведен в книге: Зельдин Е. А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. -Л. : Энергоатомиздат, 1986, с.198 - 199. Схема прототипа может быть упрощена путем использования в качестве триггера Шмитта специализированного логического элемента, например, 564ТЛ1 (там же с.197). Однако при этом прототип становится чувствительным к воздействию перерывов в питании, которые разряжают конденсатор времязадающей RC-цепи через диод схемы защиты входов микросхемы 564ТЛ1 (там же, с.65, рис.6-4, с.69).

Задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является создание генератора прямоугольных импульсов, обладающего низкой частотой выходных импульсов, без увеличения емкости конденсатора.

Технический результат, заключающийся в уменьшении частоты генерируемых импульсов, достигается тем, что в генератор прямоугольных импульсов, содержащий последовательно соединенные резистор и конденсатор, точка соединения которых подключена ко входу триггера Шмитта, инверсный выход которого соединен со свободным выводом резистора, введен дополнительный резистор, включенный между свободным выводом конденсатора и прямым выходом триггера Шмитта.

Указанная совокупность признаков позволяет уменьшить частоту генерируемых импульсов путем повышения эффективности использования емкости конденсатора за счет обеспечения перезаряда конденсатора в процессе работы и увеличения постоянной времени времязадающей цепи без увеличения сопротивления резистора отрицательной обратной связи.

На фигуре приведена принципиальная электрическая схема генератора прямоугольных импульсов.

Генератор прямоугольных импульсов содержит триггер Шмитта 1, резистор 2, конденсатор 3, дополнительный резистор 4.

Точка соединения резистора 2 и конденсатора 3 подключена ко входу триггера 1, инверсный выход которого соединен со свободным выводом резистора 2, резистор 4 включен между свободным выводом конденсатора 3 и прямым выходом триггера 1. Сопротивления резисторов 2 и 4 выбраны равными (R₂=R₄=R).

Генератор прямоугольных импульсов работает следующим образом.

При включении питания конденсатор 3 разряжен, на входе триггера 1 вследствие равенства сопротивлений резисторов 2 и 4 устанавливается уровень E/2, где E-напряжение питания. В зависимости от величин порогов срабатывания и отпускания триггер 1 устанавливается в одно из устойчивых состояний. Допустим, что триггер 1 установился в состоянии логической "1", когда на прямом выходе присутствует уровень логической "1", а на инверсном выходе - уровень логического "0". Конденсатор 3 начинает заряжаться в отрицательном направлении через регистры 2 и 4. Напряжение на входе триггера 1 уменьшается. При достижении порога отпускания триггер 1 переключается в состояние логического "0". В этот момент напряжение на конденсаторе 3: U_c ⁰=-(E-2U₀), где U₀ - порог отпускания триггера 1.

После переключения триггера 1 конденсатор 3 начинает заряжаться в положительном направлении. Напряжение на входе триггера 1 повышается. При достижении порога срабатывания триггер 1 переключается в состояние логической "1". В этот момент напряжение на конденсаторе 3: U_c ^c=2U_c-E, где U_c - порог срабатывания триггера 1. Далее генератор работает аналогичным образом.

Постоянная времени времязадающей цепи рассматриваемого генератора τ_з= 2RC. Период T повторения импульсов генератора можно определить как сумму двух полупериодов:

Постоянная времени времязадающей цепи прототипа τ_п= RC. Период повторения импульсов

Из сравнения полученных выражений видно, что времязадающая RC-цепь в заявляемом генераторе аналогична обычной интегрирующей RC-цепи, использованной в прототипе, но отличается увеличенной в 2 раза постоянной времени, что определяет соответствующее уменьшение частоты генерируемых импульсов без увеличения сопротивления резистора отрицательной обратной связи, а следовательно, и без ухудшения стабильности частоты. Одновременно в схеме обеспечена устойчивость к воздействию кратковременных перерывов питания.

Изготовлен лабораторный макет генератора прямоугольных импульсов, испытания которого подтвердили осуществимость и практическую ценность заявляемого объекта.

Изобретение относится к импульсной технике. Генератор прямоугольных импульсов содержит триггер Шмитта (1), резистор (Р) (2), конденсатор (К) (3), дополнительный резистор (4). Точка соединения Р (2) и К (3) подключена ко входу триггера (1), инверсный выход которого соединен со свободным выводом Р (2), Р (4) включен между свободным выводом К (3) и прямым выходом триггера 1. Технический результат - уменьшение частоты генерируемых импульсов при сохранении стабильности частоты. 1 ил.

Генератор прямоугольных импульсов, содержащий последовательно соединенные резистор и конденсатор, точка соединения которых подключена к входу триггера Шмитта, инверсный выход которого соединен со свободным выводом резистора, отличающийся тем, что введен дополнительный резистор, включенный между свободным выводом конденсатора и прямым выходом триггера Шмитта, а сопротивления резистора и дополнительного резистора равны.