ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H03K4/48 

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах автоматики.

Известны генераторы пилообразного напряжения (ГПН), обладающие простотой и содержащие малое количество элементов, но имеющие низкую стабильность выходного напряжения и частоты [1].

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ГПН, приведенный в [2]. На фиг.1 показана упрощенная схема прототипа, содержащая первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, а коллектором - к базе пятого транзистора и эмиттеру четвертого транзистора, второй транзистор, коллектором подключенный ко входу управления источника тока, а базой к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к шине питания, вывод питания источника тока подключен к шине питания, третий транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а его база и коллектор подключены к базе первого транзистора, четвертый транзистор, коллектор и база которого соединены с первым выводом первого резистора, конденсатор, включенный между выходом источника тока и общей шиной, второй резистор, первый вывод которого подключен к эмиттеру второго транзистора, а второй вывод - к общей шине, третий резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером четвертого транзистора, а второй - с общей шиной, пятый транзистор, эмиттер которого подключен к выходу источника тока, а коллектор - к базе первого транзистора.

Недостатком прототипа является низкая радиационная стойкость.

Целью предлагаемого изобретения является повышение радиационной стойкости.

Для достижения поставленной цели в схеме прототипа, содержащей первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, второй транзистор, коллектором подключенный ко входу управления источника тока, вывод питания которого подключен к шине питания, третий транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а его база и коллектор подключены к базе первого транзистора, четвертый транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подключен к шине питания, конденсатор, включенный между выходом источника тока и общей шиной, включен полевой транзистор с управляющим р-n переходом и каналом р-типа, истоком подключенный к эмиттеру четвертого транзистора, затвором - к его коллектору, а стоком - к коллектору третьего транзистора, эмиттер второго транзистора подключен к общей шине, а его база соединена с базой первого транзистора, база четвертого транзистора подключена в точку соединения коллектора первого транзистора и выхода источника тока.

Заявляемый ГПН (фиг.2) содержит первый транзистор 1, эмиттер которого подключен к общей шине, коллектор - к точке соединения выхода источника тока 2, вход которого соединен с шиной питания, и первого вывода конденсатора 3, второй вывод которого подключен к общей шине, база первого транзистора 1 соединена с базами второго транзистора 4 и третьего 5, эмиттеры которых соединены с общей шиной, коллектор второго транзистора 4 подключен к управляющему выводу источника тока 2, коллектор третьего транзистора 5 соединен с базой и подключен к стоку полевого транзистора 6, исток которого подключен к эмиттеру четвертого транзистора 7, а затвор к точке соединения коллектора четвертого транзистора 7 и первого вывода резистора 8, второй вывод которого подключен к шине питания, база четвертого транзистора 7 подключена к выходу источника тока 2.

Работает ГПН (фиг.2) следующим образом. Четвертый транзистор 7 и полевой транзистор 6 совместно с резистором 8 представляют собой триггер Шмидта, а на первом транзисторе 1 выполнена цепь разряда времязадающего конденсатора 3. Напряжение пилообразной формы снимается с потенциальной обкладки конденсатора 3. В начальный момент времени конденсатор 3 разряжен, напряжение на нем близко к нулю, а к затвору транзистора 6 приложено напряжение питания, так как четвертый транзистор 7 заперт, поэтому полевой транзистор 6 также заперт. В процессе заряда конденсатора 3 напряжение на базе транзистора 7 достигает верхнего порога переключения. Транзистор 7 начинает открываться, что приводит к снижению потенциала затвора транзистора 6. За счет действия положительной обратной связи транзисторы 7 и 6 лавинообразно открываются, появляется ток коллектора транзистора 1 и начинается процесс разряда конденсатора 3. При достижении напряжения на конденсаторе нижнего порога переключения транзистор 7 начинает закрываться, в результате чего транзисторы 7 и 6 лавинообразно запираются, исчезает ток коллектора транзистора 1, прекращается разряд конденсатора и в дальнейшем процесс повторяется сколь угодно долго.

Второй транзистор 4 в момент разряда времязадающего конденсатора 3 снижает его ток заряда, что позволяет расширить диапазон перестройки частоты генератора за счет изменения зарядного тока.

При радиационном воздействии, например, под действием потока нейтронов, значительно (в 3...5 раз) падает коэффициент усиления тока базы транзисторов р-n-р типа (фиг.1), а также происходит деградация других параметров транзисторов. Это приводит к росту по абсолютной величине отрицательного дифференциального сопротивления транзисторной р-n-р-n-структуры, а следовательно, к существенному изменению периода колебаний и формы пилообразного напряжения и даже к нарушению работоспособности устройства в целом.

Сказанное выше иллюстрируется результатами моделирования (фиг.3) в среде PSpice ГПН, выполненного по схеме прототипа на основе аналога однопереходного транзистора (фиг.1). В качестве транзисторов использованы компоненты, содержащиеся в аналоговом базовом матричном кристалле АБМК1.1 [3]. Моделирование проводилось по методике, изложенной в [4] на Spice-моделях компонентов.

На фиг.3 показано напряжение на выходе прототипа ГПН при различных уровнях интенсивности F потока нейтронов ( ⋄→F=10¹² n/см²; ▿→F=10¹³ n/см²; Δ→F=10¹⁴ n/см²).

При интенсивности потока нейтронов F=10¹² n/см² параметры выходного напряжения ГПН меняются на 10...20%, а при интенсивности F=10¹⁴ n/см² генератор прекращает функционирование полностью.

В заявляемом ГПН верхний порог переключения триггера Шмидта можно определить как

а нижний порог переключения

откуда период колебаний заявляемого ГПН

Поскольку параметры, входящие в выражение (3), слабо зависят от изменения интенсивности потока нейтронов, работоспособность генератора практически не нарушается. Это подтверждается результатами моделирования (фиг.4), где представлено напряжение на выходе заявляемого ГПН при различных уровнях интенсивности F потока нейтронов (□→F=0; ⋄→F=10¹² n/см²; ▿→F=10¹³ n/см²; Δ→F=10¹⁴ n/см²). Работоспособность заявляемого ГПН сохраняется при интенсивности потока нейтронов вплоть до 10¹⁴ n/см², а отклонение частоты не превышает 0,1%.

Таким образом, проведенный анализ и результаты схемотехнического моделирования показывают, что достигается заявляемый технический результат - повышение радиационной стойкости при изменении в широком диапазоне интенсивности потока нейтронов.

Источники информации

1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др. /Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1985, с. 292, рис. 7.41.

2. М.Б.Капитонов, Ю.М.Соколов, Е.И.Старченко и Н.И.Ясюкевич. Генератор пилообразного напряжения. Авторское свидетельство СССР №1156244, кл. Н 03 К 3/335, 15.05.85, БИ № 18.

3. Дворников О.В., Чеховской В.А. Аналоговый биполярно-полевой БМК с расширенными функциональными возможностями // Chip News, №2, 1999. - с.21-23.

4. Дворников О.В., Чеховской В.А. Программируемый операционный усилитель, стойкий к воздействию потока нейтронов // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: Труды международного научно-практического семинара. Шахты: ЮРГУЭС, 2002. - с.19-23.

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в различных устройствах автоматики. Технический результат заключается в повышении радиационной стойкости. Устройство содержит 1-й транзистор (Т) (1), эмиттер (Э) которого подключен к общей шине (ОШ), коллектор (К) - к точке соединения выхода источника тока (ИТ) (2), вход которого соединен с шиной питания (ШП), и 1-го вывода конденсатора (3), второй вывод которого подключен к (ОШ), база 1-го (Т) (1) соединена с базами 2-го (Т) (4) и 3-го (5), (Э) которых соединены с (ОШ), (К) 2-го (Т) (4) подключен к управляющему выводу (ИТ) (2), (К) 3-го (Т) (5) соединен с базой и подключен к стоку полевого (Т) (6), исток которого подключен к (Э) 4-го (Т) (7), а затвор к точке соединения (К) 4-го (Т) (7) и 1-го вывода резистора (8), 2-й вывод которого подключен к (ШП), база 4-го (Т) (7) подключена к выходу (ИТ) (2). 2-й (Т) (4) в момент разряда времязадающего конденсатора (3) снижает его ток заряда, что позволяет расширить диапазон перестройки частоты генератора за счет изменения зарядного тока. 4 ил.

Генератор пилообразного напряжения, содержащий первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, второй транзистор, коллектором подключенный ко входу управления источника тока, вывод питания которого подключен к шине питания, третий транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а его база и коллектор подключены к базе первого транзистора, четвертый транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подключен к шине питания, конденсатор, включенный между выходом источника тока и общей шиной, отличающийся тем, что в устройство введен полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом p-типа, истоком подключенный к эмиттеру четвертого транзистора, затвором - к его коллектору, а стоком - к коллектору третьего транзистора, причем эмиттер второго транзистора подключен к общей шине, а его база соединена с базой первого транзистора, база четвертого транзистора подключена в точку соединения коллектора первого транзистора и выхода источника тока.