Управляемый генератор треугольного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H03K4/06 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, в устройствах образцовых средств измерения.

.Известен генератор треугольного напряжения, содержащий генератор, триггер, выходы которого подключены к управляющим входам электронных клю чей, источники опорного напряжения разной полярности, два формирователя напряжения, входы которых подключены к выходу интегратора, выходы - к его суммирующим входам, а входы управления - к выводам триггера, вход которого соединен с источником синхроимпульсов, третий вход интегратора подключен к.источникам опорного напряжения разной полярности через электронные ,ключи l .

Недостатком данного генератора является низкая стабильность амплитуды треугольного напряжения.

Наиболее близким техническим реuieHHGM к изобретению является управляемый генератор треугольного напряжения, содержащий первый, операционный усилитель, первый вход которого подключен ко входу устройства, выхрд - к базе первого транзистора, эмиттер которого подключен к базе второго транзистора и к первому резистору, коллектор - к базе третьего транзистора и ко второму резистору, эмиттер второго транзистора через третий резистор подключен к первой клемме источника питания, а коллектор - к первому входу переключателя тока, эмиттер третьего транзистора через четвертьай резистор подключен ко второй клемме источника питания, коллектор - ко второму входу переключателя тока, первый и второй транзисторы и первый и третий резис торы представляют по существу зарядный преобразователь напряжение код, а первый и третий транзисторы и второй и четвертый резисторы разрядный преобразователь напряжение - ток, выход переключателя тока подключен через переключатель частоты ко входу усилителя мощности, первый выход которого является выходом устройства, источник опорного напряжения, второй операционный усилитель, преобразователь амплитуды в постоянное напряжение, включенный между вторым выходом усилителя мощности и вторым входом первого операционного усилителя, третий выход усилителя мощности подключен к первому входу второго операционного усилителя, своим вторым входом подключенного к источнику опорного напряжения, а выход через резистспз - к эмиттеру первого транзистора 2 .

Однако в данном устройстве стабильность амплитуды треугольного напряжения мала.

Выходное напряжение устройства

(,Ка),.К,.К,,,

и.

вы

vii - к с передаточные функции де f первого операционного усилителя, преобразователя напряжение - ток, заряда конденсатора, усилителя,мощности, преобразователя амплитуды в постоянное напряжение соответственно.

Передаточная функция всего устройтва

и вы

К Кг-Ку К4

Т +К.

К,-Ку К,-% Uftx

Если произведение Kj-

то

l К.

Uejji x Jfl.

Ki| К

откуда видно, что точность коэффициента передачи всего устройства, а следовательно, и стабильность выходного напряжения в основном определяются точностью преобразователя амплитуды в постоянное напряжение.

Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды треугольного напряжения во всем диапазоне частот.

Поставленная цель достигается

тем, что в управляемый генератор треугольного напряжения, содержащий зарядный и разрядный преобразователи напряжение - ток, переключатель тока, выход которого подключен ко входу интегратора, а вход - к выходу, зарядного преобразователя напряжение - ток, введены блок анализа среднего значения, блок анализа нулевого

уровня, а выход интегратора соединен со входом блока анализа нулевого уровня и входом блока анализа среди него значения,.выход которого соеди нен со входами зарядного и разрядного преобразователей напряжение ток, а выход блока анализа нулевого уровня соединен с управляющим входом разрядного преобразователя напряжение - ток.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема управляемого генератора треугольного напряжения; на фиг.2 - эпюры, поясняющие его работу.

Управляемый генератор треугольного напряжения.содержит зарядный и разрядный преобразователи 1 и 2 напряжение - ток, переключатель 3 тока, выход которого подключен ко вхоЛУ интегратора 4, а вход - к выходу.

зарядного преобразователя 1 напряжение - ток, блок 5 анализа среднего значения, блок б нулевого уровня, при этом выход интегратора 4 соединен со входом блока б анализа нулевого уровня и входом блока 5 анализа среднего значения, выход которого соединен со входами зарядного и разрядного преобразователей 1 и 2 напряжение - ток, а выход блока 6 анализа нулевого уровня соединен с управляющим входом разрядного преоб разователя 2 напряжение - ток..

Блок 5 анализа среднего значения реализован на операционном усилителе, в обратную связь которого включен конденсатор. Блок б анализа нулевого уровня выполнен на основе сравнивающего элемента, к выходу которого подключена интегрирующая цепь.

Устройство работает следующим об разом.

Под действием управляющих сигналов переключателя 3 тока, вырабатываемых триггером (фиг.2а), электронный ключ переключателя подключает и отключает к интегратору 4 зарядный преобразователь 1 напряжение - ток. В момент подключения конденсатор интегратора 4 заряжается суммой токов зарядного и разрядного преобразователей 1 и 2 напряжение - ток (фиг.2д), на выходе формируется нарастающий фронт треугольного напряжения (фиг.2е). При отключении зарядного преобразователя 1 напряжение - ток конденсатор интегратора 4 разряжается током разрядного преобразователя 2 напряжение - ток (Фиг.2д), на выходе интегратора 4 формируется обратный фронт треугольного напряжения (Аиг.2е).

При увеличении (уменьшении) значения опорного (входного) напряжения увеличиваются (умены-заются) абсолютные значения тока зарядного и разрядного преобразователей и соответственно увеличивается (уь. ньшается) амплитуда выходного напряжения (фиг.26).

Токи зарядного и разрядного преобразователей 1 и 2 напряжение - ток имеют противоположные знаки (фиг.2в и 2г). Для работы устройства необходимо, чтобы абсолютные значения тока зарядного преобразователя 1 были больше значения тока разрядного преобразователя 2 в . Кроме того, необходимо выполнить начальное условие: интегратор 4 в моменты подключения зарядного преобразователя должен начинать заряжаться от нулевого значения напряжения.

Для выполнения этих условий служит блок б анализа нулевого уровня, который может быть реализован, например, по схеме, содержащей последовательно соединенные сравнивающий элемент и фильтр нижних частот.

Предположим в промежуток Т/2} т} ток разрядного преобразователя 2 напряжение - ток увеличился, тогда конденсатор интегратора 4 должен разрядиться до нулевого уровня и зарядиться до некоторого отрицательного напряжения. Но как только выход0ное напряжение достигает нулевого уровня, срабатывает сравнивающий элемент блока б анализа нулевого уровня (фиг.2ж), выходное напряжение блока б уменьшается (фиг.2з), что

5 ведет к уменьшению значения разрядного тока, преобразователя 2 напряже - ние - ток. Таким образом, изменяя отношение токов зарядного и разрядного преобразователей напряжение - ток, удается выполнить начальные условия.

0

Выходное напряжение всего устройства

+ п )П4

(в,,Ь(п,

и„

9ЫХ

- передаточные Функции

где п,. - п

5

Ч сравнивающего устройства блока-анализа среднего значения, зарядного преобразователя напряжение - ток, раз0рядного преобразователя напряжение - ток, интегратора соответственно.

Передаточная функция всего устрой5ства

- и вы П Лпа + п )

К

n,(n, +

UB, Если произведение n(n + n,j),

40 а это легко выполнимо, то

и выл

arl

1

пДп +

и

вк

Но это верно, если HJ - коэффициент передачи разрядного преобразователя напряжение - ток не зависит от йlpц самом деле пд зависит от . причем эта зависимость нелинейна. Поэтому погрешность коэффициента передачи всего устройс -ва, а следовательно, и нестабильность выходного напряжения определяют порогом нечувствительности сравнивающего устройства блока анализа нулевого уровня.

По сравнению с прототипом предлагаемый генератор треугольного напряжения позволяет получить меныяую нестабильность выходного напряжения. Точность коэффициента передачи прототипа в основном определяется точностью преобразователя. переменног.о напряжения в постоянное. При использовании в качестве .преобразователя переменного напряжения в постоянное, ядеальногд диода и резисторов с

раэбросом пёфаметров 0,1% погрешность коэффициента передачи, а еле- . дрвательно5 и неставильность не лучше, чем 0,3%. .

По сравнений с вазовым/объектом (генератор треугольного напряжения, исйрдшэуаиыв -В преобразователе среднеквадратического значения напряжения i треугольным опорным сигналом;, у которого нестабильность амплитуды 0,3-0,5%, предлагае «й1 упраляемый генех атор треугольного напряжения имеет нестабильность при нс шнальном значении выходного напряжения 1В менее 0,1%.

При использовании предлагаемого управляемого генератора треугольного напряжения погре аность преобразователей с треугольным опорным напряжением может быть уменьшена на 0,1%. Кроме того, предлагаемый генератор может бытв -использован в качестве образцового средства измерения при определении метрологических характеристик аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

(вш

1розр

.,

i 3