RC-ГЕНЕРАТОР Российский патент 2024 года по МПК H03B5/26 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах.

Известен RC-генератор, содержащий транзистор, операционный усилитель, первый и второй конденсаторы, первый - пятый резисторы и предназначенный для формирования синусоидальных колебаний с высокой стабильностью частоты и амплитуды без использования специальных схем стабилизации амплитуды [а.с. СССР №1497702, МКИ⁴ Н03В 5/26. - Опубл. в Б.И., №28, 1989].

Недостатком этого RC-генератора является ограниченное значение максимальной частоты формируемых колебаний, обусловленное использованием операционного усилителя в электрической схеме генератора.

В качестве прототипа изобретения служит RC-генератор [пат .№2666226 РФ, МПК Н03В 5/26 (2006.01). - Опубл. в Б.И., №25, 2018], содержащий первые и вторые зажимы, первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, первый и второй источники тока, первый, второй и третий конденсаторы.

Недостатком данного RC-генератора является относительно низкая стабильность частоты формируемых синусоидальных колебаний, обусловленная зависимостью сопротивления частотозадающих резисторов от температуры.

Техническим результатом предлагаемого RC-генератора является повышение стабильности частоты формируемых синусоидальных колебаний в диапазоне рабочих температур генератора.

Указанный технический результат достигается тем, что в RC-генератор, содержащий первые и вторые зажимы, первый-третий транзисторы, первый-третий резисторы, первый и второй источники тока, первый-третий конденсаторы, с целью повышения стабильности частоты формируемых синусоидальных колебаний в диапазоне рабочих температур генератора введены первый и второй термисторы, первые выводы которых подключены к вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, второй вывод первого термистора подключен к второй шине питания, второй вывод второго термистора подключен к эмиттеру второго транзистора.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого RC-генератора.

RC-генератор содержит первые 1 и вторые 2 зажимы, первый 3, второй 4 и третий 5 транзисторы, первый 6 и второй 7 резисторы, первый 8 и второй 9 источники тока, первый 10, второй 11 и третий 12 конденсаторы, третий резистор 13, первый 14 и второй 15 термисторы.

RC-генератор работает следующим образом.

Первый 6, второй 7 резисторы, первый 14, второй 15 термисторы и второй 11 конденсатор в схеме RC-генератора образуют эквивалентную индуктивность L_э:

где R_1, R₂ - сопротивления первого 6 и второго 7 резисторов соответственно;

RK₁, RK₂ - сопротивления первого 14 и второго 15 термисторов соответственно;

С₂ - емкость второго конденсатора 11.

Первый конденсатор 10 образует с индуктивностью L_э параллельный колебательный контур, настроенный на частоту ω_0:

где С₁ - емкость первого конденсатора 10.

При подключении источников питания напряжением +12 В, минус 12 В и минус 3 В соответственно к первой, второй и третьей шинам питания в колебательном контуре возникают синусоидальные колебания с частотой ω₀. Для поддержания в колебательном контуре незатухающих колебаний коэффициент передачи цепи положительной обратной связи К_ПОС, образованной последовательным включением третьего резистора 13 и третьего конденсатора 12, должен удовлетворять условию:

где S_VT3 - крутизна третьего транзистора 5;

R₃ - сопротивление третьего резистора 13;

K₀ - коэффициент усиления каскада с общей базой, выполненного на третьем транзисторе 5;

R_oe - сопротивление колебательного контура на частоте со₀₅ равное

где β_1, β₂ - коэффициенты передачи токов базы первого 3 и второго 4 транзисторов соответственно.

Для выравнивания режимов первого 3, второго 4 и третьего 5 транзисторов на переменном токе целесообразно принять: R₂=R₁, RK₂=RK₁, C₂=C₁, где R₁, R₂, RK₁, RK₂ - сопротивления первого 6 и второго 7 резисторов, первого 14 и второго 15 термисторов соответственно при температуре Т_норж=25°С. Тогда выражения (2) и (4) примут, соответственно, вид

а сопротивление третьего резистора 13 с учетом соотношения (3) и выражения (4) должно удовлетворять условию:

Емкость третьего конденсатора 12, обеспечивающего гальваническую развязку каскадов, выполненных на первом 3, втором 4 и третьем 5 транзисторах, должна удовлетворять условию:

Как следует из (2) и (5), при изменении сопротивления R=R₁+RK₁=R₂+RK₂ изменяется частота coo настройки параллельного колебательного контура, а, следовательно, и частота со₀ формируемых синусоидальных колебаний. Если изменение сопротивления R вызвано изменением температуры, то имеет место нестабильность частоты формируемых колебаний. При этом коэффициент k_н относительной нестабильности частоты определяется выражением

где ω₀ - частота формируемых колебаний при температуре Т_норж=25°С;

ω_T- - частота формируемых колебаний при наибольшей температуре Т_макc в диапазоне рабочих температур генератора;

R - сопротивление последовательного соединения первого 6 резистора с положительным температурным коэффициентом сопротивления и первого 14 термистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (соответственно второго 7 резистора и второго 15 термистора) при температуре Т_норм, измеренной в °С:

R_T - сопротивление последовательного соединения первого 6 резистора с положительным температурным коэффициентом сопротивления и первого 14 термистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (соответственно второго 7 резистора и второго 15 термистора) при температуре Т_макс, измеренной в °С:

где α - температурный коэффициент сопротивления первого 6 (второго 7) резистора, 1/°С;

В - постоянный коэффициент, зависящий от свойств материала первого 14 (второго 15) термистора.

С учетом (10) и (11) получим:

где Δ Т=Т_макс-Т_норм.

В предлагаемом RC-генераторе повышение стабильности частоты формируемых синусоидальных колебаний в диапазоне рабочих температур генератора достигается выбором такого соотношения сопротивлений резистора R₁ и термистора RK₁ (соответственно резистора R₂ и термистора RK₂), при котором при температуре Т_макс. коэффициент относительной нестабильности частоты k_н→min. С учетом (9) последнее обеспечивается при ΔR→0.

Примем ΔR=0, тогда из (12) получим:

При ΔT→0 в (13) имеет место неопределенность вида «0/0», для раскрытия которой запишем

При известном требуемом сопротивлении R с учетом (10) и (14) сопротивление резистора R₁ (R₂) находят по формуле

а термистора RK₁ (RK₂) по формуле

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах. Техническим результатом является повышение стабильности частоты формируемых синусоидальных колебаний в диапазоне рабочих температур генератора. Он достигается тем, что в RC-генератор, содержащий первые и вторые зажимы, первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, первый, второй и третий конденсаторы, первый и второй источники тока, введены первый и второй термисторы. При этом повышение стабильности частоты формируемых синусоидальных колебаний в диапазоне рабочих температур генератора достигается оптимальным выбором соотношения сопротивлений последовательно включенных резистора с положительным температурным коэффициентом сопротивления и термистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. 1 ил.

RC-генератор, содержащий первые и вторые зажимы, первый, второй и третий транзисторы, первый резистор, первый вывод которого подключен к эмиттеру первого транзистора, второй резистор, первый вывод которого подключен к эмиттеру третьего транзистора, третий резистор, первый, второй и третий конденсаторы, при этом первый вывод третьего резистора подключен к эмиттеру первого транзистора, второй вывод третьего резистора подключен к первому выводу третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к эмиттеру третьего транзистора, первые выводы первого и второго конденсаторов подключены к первым выводам первых и вторых зажимов соответственно, первый источник тока, первый вывод которого подключен к базе первого транзистора, коллектору третьего транзистора и первому выводу первых зажимов, второй источник тока, первый вывод которого подключен к коллектору первого транзистора, базе второго транзистора и первому выводу вторых зажимов, второй вывод второго источника тока и коллектор второго транзистора подключены к первой шине питания, второй вывод первого источника тока подключен ко второй шине питания, база третьего транзистора подключена к третьей шине питания, вторые выводы первых и вторых зажимов и вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены к общей шине, отличающийся тем, что содержит первый и второй термисторы, первые выводы которых подключены ко вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, второй вывод первого термистора подключен ко второй шине питания, второй вывод второго термистора подключен к эмиттеру второго транзистора.