Управляемый широкополосный генератор прямоугольных импульсов Советский патент 1984 года по МПК H03K3/12 

Изобретение относится к широкодиа пазонным генераторам импульсов прямо угольной формы и предназначено для и пользования в радиотехнических устройствах различного назначения, а также в вычислительной и измерительной технике и телемеханике в качеств преобразователя значений электрических величии напряжения или тока в час тоту. Известно устройство, перестрашваемое в широкой области рабочих частот каким-либо внешним параметром. Оно имеет коммутатор тока или напряжения на полупроводниковых приборах, времязадающий элемент и усилитель в цепи обратной связи. В качестве времязадающего элемента используется магнитный сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса и обмотками возбуждения и обратной связи РI . В устройстве частота выходного сигнала определяется временем перемагничивания этого сердечника, которое , в свою очередь, определяется вре менем пробега доменных границ. Недостатками данного устройства являются наличие произвольной сложно магнитной структуры в сердечниках, характеризующейся малыми размерами доменов, что приводит к ограничению диапазона рабочих частот снизу, а также сложность, обусловленная применением дополнительных трансформато ров,- обмоток, транзисторов и т.д. с целью улучшения динамических характе ристик приборов. Наиболее близкий к предлагаемому управляемый генератор содержит комму татор входного сигнала на полупровод никовых приборах,к выходу которого подключен времязадающий элемент, представляющий собой интегратор на операционном усилителе с мостовым выпрямителем в обратной связи, в диа гональ которого включен динистор. Выход времязадающего элемента через форсирующую цепочку соединен с входом операционного усилителя с двумя стабилитронами в обратной связи, который нагружен на вход коммутатора С2. Недостатком известного генератора является то, что Д1 йпазон изменения частоты его выходного сигнала внешни напряжением без дополнительных комму таций практически не превосходит двух порядков величины. Цель изобретения - расширение области применения генератора путем увеличения диапазона изменения частоты выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в управляемом широкополосном генераторе прямоугольных импульсов, содержащем кo fмyтaтop, выполненный, например, на полупроводниковых приборах, имеющий два управлякяцих входа, коммутирующий вход и два выхода, подключенных к входам времязадающего элемента, операционный усилитель, включенный между выходами времязадающего элемента и коммутирующим входом коммутатора, и конденсатор, времязадакнций элемент выполнен в виде рамки из многоосного монокристаллического материала, обладающего спонтанным магнитным моментом, с обмоткой возбуждения, образующей входы времязадающего элемента, и обмоткой обратной связи, образующей выходы времязадающего элемента, причем стороны рамки ориентированы вдоль осей легкого намагничивания и монодомезированы, а один из выводов коммутатора соединен с коммутирующим входом через конденсатор. На фиг.1 схематически изображена доменная структура времязадающего алемента в статическом (а) и динамическом ((5) режимах; на фиг. 2 - блоксхема управляемого широкополосного генератора прямоугольных импульсов. Широкополосный генератор прямоугольных импульсов (фиг.2) содержит коммутатор 1, времязадающий элемент 2 и операционный усилитель 3. Коммутатор 1 имеет два управляющих входа 4 и 5, два выхода 6 и 7 и один коммутирующий вход 8, который соединен с выходом операционного усилителя 3 и через конденсатор 9 с одним из выходов коммутатора 1. Выходы 6 и 7 коммутатора соединены с обмоткой 10 возбуждения, размещенной на рамке П с обмоткой 12 обратной связи, которая включена на вход операционного усилителя 3. Времязадающий элемент 2 представляет собой выполненную из ферро- или ерримагнитного материала рамку 11 (фиг.1) со сторонами, ориентированныи вдоль осей легкого намагничивания ристалла, с обмотками 10 и 12 возбуждения (ОВ) и обратной связи (ОС). статическом состоянии стороны рамки 1 однородно намагничены и образуют замкнутый поток магнитной индукции с 310 направлением намагниченности(Л J по ходу или против хода часовой стрелки. Время .ее перемагничивания определяется временем прохождения всего сечения стороны рамки 11 двумя возникающими на противоположных ее краях и движущимися навстречу друг другу 180-градусными доменными границами (ДГ) (фиг. 16). Благодаря ориентации сторон рамки вдоль осей легкого намагничивания получена простая доменная структура, в которой размер доменов d соответствуе размерам С рамки II (фиг.1а), многократно превосходяпщм размеры доменов в используемых ферритовых сердечниках Вследствие этого значительно увеличивается длина пробега возникающих на противоположных краях стороны рамки I1 и движущихся навстречу друг другу 180-градусных доменных границ (фиг.16 а следовательно, и время перемагничивания рамки I1, что позволяет получить управляемый генератор с диапазоном частоты выходного сигнала, превьщ1ающим три порядка величины. Генератор работает следующим образом. На управляющие входы 4 и 5 коммутатора 1 подаются управляющие сигналы двух полярностей, а на коммутирующий вход 8 - двуполярное напряжение насьпцения с выхода операционного усилителя 3, обеспечивающее подключение к выходам 6 и 7 сигнала с управляющего входа 4 или 5 в зависимости от его полярности. Выходной сигнал с коммутатора i приложен к обмотке 10 возбуждения времязадающего элемента 2 в обмотке 12 обратной связи которого возникает сигнал, поступающий на вход операционного усилителя 3, где,сравни ваясь с нулем, переключает или не переключает в зависимости от полярности знак его выходного сигнала. Допустим, рамка 11 намагничена в таком направлении, что для ее перемагничивания надо приложить к обмотке 10 возбуждения положительное напря жение. Поскольку при этом напряжение в обмотке обратной связи отсутствует, то операционный усилитель 3 находится в неустойчивом равновесии. Любое флуктуационное появление положительного напряжения на его выходе через конденсатор 9 прикладывается к обмотке 10 возбуждения и приводит к зарождению границ в рамке 11 и одновремен84ному отпиранию входа 4 коммутатора .с положительным управляющим напряжением и запиранию входа 5 с отрицательным управляющим напряжением. Благоддря этому положительное входное напряжение прикладывается к обмотке 10 возбуждения, поддерживая процесс перемагничивания рамки 11 в том же направлении за счет движения 180-градусных доменных границ. Обмотка 12 обратной связи включена так, что индуцируемое на ней при перемагничивании ямки 11 напряжение усиливает напряжение флуктуации операционного усилителя 3 до устойчивого насьщенного состояния. Этот процесс установки операционного усилителя 3 в насьпценное состояние происходит лавинообразно за счет сильной положительной обратной связи. Когда движущиеся навстречу друг другу (фиг.1б) границы аннигилируют, при их соприкосновении сигнал на обмотке 12 обратной связи падает до нуля, уменьшая вьтходное напряжение операционного усилителя 3, который запирает вход 4 коммутатора 1 и одновременно создает кратковременное напряжение обратного знака через конденсатор 7 на обмотке 10 возбуждений. Это приводит к зарождению и движению новых 180градусных границ и появлению на обмотке 12 обратной связи напряжения противоположного знака по сравнению с предыдущим. Операционный усилитель 3 при.этом также лавинообразно опрокидывается, отпирая вход 5 коммутатора 1, что приводит к дальнейшему развитию процесса перемагничивания рамки 11 до момента аннигиляции границ. Далее эти процессы опрокидьгоания периодически повторяются. При этом длительности положительного и отрицательного импульсов, образованных на выходе операционного усилителя 3, зависят от величин ,приложенных к входам 4 и 5 коммутатора 1 управляющих положительного и отрицательного соответственно напряжений, а также от ширины стороны рамки 11 (фиг.1). Следовательно, диапазон изменения частоты выходного сигнала управляемого широкополосното генератора внешним напряжением может составлять при этом более трех порядков величины. Управляемый щирокополос5а1й генератор может быть выполнен с внешней синхронизацией, а также управляться одним входным напряжением посредством

5109

Ёключения обмотки 10 возбуждения в диагональ ключевого моста.

Применение в управляемом широкополосном генераторе рамки из многоосного монокристаллического материала, обладающего спонтанным магнитным моментом, позволяет существенно умень1308

шить нижний предел рабочих частот, расширить более чем на порядок по сравнению с прототипом диапазон реализованных на практике выходных частот. Так как рамка может быть выполнена миниатюрной, возможна микроминиатюризация предлагаемого генератора по гибридной технологии.

УТГРАВЛЯЕМЬЙ ШРОКОПОЛОСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ РМТУЛЬСОВ, содержащий коммутатор, выполненный, например, на полупроводниковых приборах, имеющий два управляющих входа, коммутирующий вход И два выхода, подключенных к входам времязадающего элемента, операционный усилитель, включенный между выходами времязадающего элемента и коммутирующим входом коммутатора, и конденсатор, о т л ичающийся тем, что, с целью расширения области его применения путем увеличения диапазона изменения частоты выходного си.гнала, времязадашщий элемент выполнен в виде рамки из многоосного монокристаллического материала, обладающего спонтанным магнитным моментом, с обмоткой возбуждения, образующей входы времязадающего элемента и обмоткой обратной связи, образующей выходы времязадающего элемента, причем стороны рамки ориентированы вдоль осей легкого намагничивания и монодомезирова}Л1, а один из выходов коммутатора соединен с коммутирующим входом через конденсатор. со о 00