Нелинейный конденсатор Советский патент 1983 года по МПК H03H11/00 

2. Нелинейный конденсатор rio п.1, отличающийся тем, что в нем блок управления содержит два компаратора, два элемента выделения фронта, триггер, элемент задержки, элемент ИЛИ и три-элемента И-НЕ, причем первые входы компараторов соединены с сигнальными входами блока, вторые входы - с аналоговыми входами блока, а выходы через элементы выделения фронта - с входами триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом

первого элемента И-НЕ, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом первого компаратора, а выход - с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока, с вторым вы- ходом которого соединен выход третьего элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом второго компаратора, а вторые входы элемента ИЛИ, второго и третьего элементов И-НЕ соединены с цифровыми входами блока.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в перестраиваемых фильтрах и фазовращателях, частотных и фазовых модуляторах, а также в параметричес- ких усилителях и генераторах. Известны нелинейные конденсаторы, емкость которых нелинейно изменяется в зависимости от величины приложенно го к ним управляющего напряжения ij Недостатком таких конденсаторов является малая емкость, а также незначительный коэффициент нелинейности. Наиболее близким потехнической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее операционный усилитель, конденсатор и два резисто ра, обладающее эквивалентной емкость в К раз большей, чем емкость входяще го в его состав конденсатора f2. Однако устройство характеризуется недостаточной величиной коэффициента нелинейности его фольт-фарадной характеристики. Цель изобретения - повышение коэф фициента нелинейности вольт-фарадной характеристики конденсатора. Поставленная цель достигается тем что в известное -устройство, содержащее операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен через конденсатор с входной шиной устройст ва, неинвертирующий вход - с общей шиной, а неинвертирующий выход соединен с входной шиной через первый резистор и с неинвертирующим входом через второй резистор, дополнительно введен блок управления, сигнальные входы которого соединены с выходами усилителя, аналоговые входы- с шинами пороговых напряжений, цифровые входы - с шинами-кодов настройки, а выходы - с управляющими входами второго резистора, причем управляющий вход первого резистора соединен с шиной моделирующего напряжения, а оба резистора выполнены управляемыми. Кроме того, блок управления содержит два компаратора,два элемента выделения фронта, триггер, элемент за держки, элемент ИЛИ и три элемента И-НЕ, причем первые входы компараторов соединены с сигнальными входами блока управления, вторые входы - с аналоговыми входами Ьлока управления , а выходы - с входами элементов выделения фронта, выходы которых соединены с входами триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого через элемент задержка соединен с вь1х6дом первого компаратора, а выход - с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, с вторым выходом которого соединен выход третьего элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом второго компаратора, а вторые входы элемента ИЛИ, второго и третьего элементов И-НЕ соединены с цифровыми входами блока управления. На фиг.1 приведена блок-схема нелинейного конденсатора ; на фиг.2 вольт-фарадные характеристики в зави симости от управляющих напряжений на входах блока управления. Нелинейный конденсатор содержит операционный усилитель 1, блок управления, содержащий два компараг тора 2 и 3 элемент t задержки, два элемента 5 и 6 выделения фронта, триггер 7, элемент ИЛИ 8 и три элемента И-НЕ 9-11, два управляемых резистора 12 и 13, конденсатор Т,вход ную шину 15 шины 16-18 кодов настройки, шину 19 модулирующего напря жения, шины 20 и 21 пороговых напряжений.. Неинвертирующий вход.операционного усилителя 1 соединен с общей шиной ,инве тирующий вход соединен через конденса тор I с входной шиной 15, а его инверт рующий и неинвертирующий выходы подкл чены к входам коммутаторов 2и Зсоот- ветственно.Выход компаратора 2 подклю чен через элемент 6 выделения фронта к первому входу триггера 7 и непосредственно к первому входу элемента И-НЕ 11. Выход компаратора 3 подключен через элемент 5 выделения фронта к второму входу триггера 7 и чере элемент задержки к второму входу элемента И-НЕ 9, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 10. К входам элемента ИЛИ 8 подключе ны выход триггера 7 и шина 16 кодов настройки, а его выход соединен с пе вым входом элемента И-НЕ 9Вторые входы элементов И-НЕ 10 и 11 соединены с шинами 17 и 18 кодов настройки соответственно. Выходы эле ментов И-НЕ 10 и 11 подключены к вхо дам управления резистора 12, который включен между неинвертирующим выхо- дом и инвертирующим входом операцион ного усилителя 1. Неинвертирующий выход операционного усилителя 1 соединен также с входной шиНой 15 через управляемый -резистор 13, вход упрёвления которого подключен к шине 19 Г модулирующег напряжения. Управляющие входы компараторов 2 и 3 подключены соответственно к шинам 20 и 21 пороговых напряжений. Нелинейный конденсатор работает следующим образом. На входную шину 15 подается входное напряжение Ug ,на шины 20 и 21 пороговые; напряжения и U popi на шины 16-18 - цифровой код управления, состоящий из напряжений U, а на шину 19 - необходимое модулирующее напряжение {)щ. Величина емкости, приведенной к входу устройства, определяется соотношением где С - емкость конденсатора R и R2 - сопротивления управля- . резисторов 12 и 13 соответемыхственно. Поэтому в зависимости от комбинации управляющих напряжений ,Uv2. настройки могут быть получены различные виды зависимостей сопротивления управляемого резистора 12 от U и, соответственно, различные виды вольт-фарадных характеристик С (Ug) с высоким коэффициентом нелинейности. Для получения вольт-фарадной характеристики фиг.2а) на шины 16-18 управления подается код настройки 000 (или 100/, и, следовательно, йа входы управления управляемого резистора 1.2 поступает код 11 (напри мер, высокие уровни напряжения), которому соответствует определенная величина сопротивления этого резис-. тора. В области значеним|иру | |0бхтах амплитудная характеристика сбалансированного операционного усилителя 1 линейна, функция K(Ugx) - c6nst, а следовательно, и C()t) const. При jUpj) I )операционный усилитель входит в режим ограничения и функция К() имеет спад. В этом случае вольт-фарадная характеристика устройства - С(и„) имеет аналогичный вид четной функции. Для получения вольт-фарадной характеристики (фиг.25)на шины 16, 18 и 17 управления подается код настройки 001 (или 101) и на входы управления .резистора 12 поступает код 10, которому соответствует также определенная величина сопротивления этого резистора, а следовательно, , и определённая величина K(Uax)K C(Ug}i,). Если Ug)( превысит величину () JK, компаратор 2 скачком уменьшит величину .своего выходного напряжения с уровня, соответствующего логической 1, до уровня,COOTветствующего логическому О, и на вхо ды управления резистора 12 будет подан код 11/ Величина сопротив ления peskfcTopa 12 скачком увеличивается, что приведет к скач кообразному увеличению К и C(UB)t)- Дальнейшее увеличение Одо Uft4 ) не приводит к уменьшению величиТны емкости. При уменьшенииУ Ч до UpilК произойдет обратное срабатывание компаратора 2 и величина емкости примет свою исходную величину Аналогично получаются вольт-фара ные характеристики при по/даче кодов настройки 110 и 111 (фиг.2 в,г}, Для получения вольт-фарадной характеристики (фиг.-)на шины 16-1 управления подается код настройки 010 и на входы управления резистора 12 поступает код 11, поскольку при малых ир-)(. у компараторов 2 и 3 на вы ходах присутствуют сигналы, соответствующие логической 1, на выходе триггера 7 также присутствует сигнал логической 1 и, следовательно, на выходе элемента И-НЕ 9 - логический О. Сопротивление резистора 12, коэффициент усиления К и имитируема емкость, имеют определенные величины При увеличении напряжения Ug, flolfn р срабатывание компаратора 2 не приводит к уменьшению величины сопротивления резистора 12, так как сигнал, поступающий на один вход элемента И-НЕ 11 оказывается блокированным (логический О на его втором входе Uv))., а изменения состояния триггера 7 не происходит, поскольку элементы 5 и 6 выделения фронта выделяют толь ко передний фронт положительного импульса. При достижении входным напряжением величины DpjipjK срабатывает компаратор 3 и логический О с его выхода через элемент k задержки поступает на элемент И-НЕ 9, с выхода которого логическая 1 поступает далее на элемент И-НЕ 10. На выходе элемента И-НЕ 10 появляется сигнал, соответствующий логическому О ., что приводит к резкому увеличению сопротивления резистора 12 и соответствующему увеличению ко.)1)Лициента усилении( АО Кх)и имитируемой емкбсти. Дальнейшее увеличение Ugx 60 UBillYnCfn) приводит к изменению величины емкости. При уменьшении 0& (оти&1(Упах)и достижении величиныП к происходит возвращение компарат а 2 в исходное состояние, элемент 5 выделения фронта вырабатывает соответствующий этому положительному перепаду напряжения короткий импульс, который вызывает срабатывание триггера 7. Поскольку логический О с выхода триггера 7 поступает через элемент ИЛИ 8 на один вход элемента И-НЕ 9 раньше чем логическая 1 с выхода компаратора 3 через элемент k задержки на другой вход элемента И-НЕ 9, то изменения сигнала на выходе этого элемента не происходит , следовательно, не изменяется и емкость. При дальнейшем уменьшении Ugx и достижении величины IL |)(происходит возвращение компаратора 2 в исходное состояние, элемент 6 выделения фронта вырабатывает короткий импульб который вызывает возвращение три1- гера 7 в Исходное состояние. В результате этого на выходе элемента И-НЕ 9 появляется сигнал, соответствующий логическому О,а на выходе элемента И-НЕ 10 - логической 1, сопротивление резистора 12 скачком уменьшается до исходной величины, коэффициент усиления уменьшается до величины К, которой соответствует исходная величина имитируемой емкости. При разбалансировке операционного усилителя 1 могут быть получены вольт-фарадные характеристики, смещенные поОр относительно исходных характеристик. В соответствии с поданным на шину 19 модулирующим напряжением от генератора импульсов специальной формы меняется сопротивление управляемого резистора 13, а следовательно, и величина имитируемой емкости. Например, при подаче на шину 19 прямоугольных импульсов напряжения получается изменение величины емкости (фиг,2е) во времени по такому же закону; при подаче импульсов пилообразной формы получается гиперболический закон ((Ьиг. 2лс)изменения емкости, а при подаче импульсов гиперболической формы - линейный закон (Лиг.З) изменения емкости во времени. Применение изобретении позволяет получить коэффициенты нелинейности

71

вольт-фарадных характеристик нелиней ного конденсатора порядка единиц-десятков процентов на милливольт при величине емкости порядка единиц и десятков фарад с коэффициентом пере . К0ЫТИЯ по емкости 10-50. Нелинейный конденсатор может применяться частотных и фазовых модуляторах,перестра

02628 8

иваемых фильтрахинфранизких частот, управляемых фазовращателях и особенно перспективно его использование в инфранизкочастотных параметрических уси 5 лителях VI генераторах, поскольку при этом вследствие высокого коэффициента нелинейности повышается их .