Формирователь трапецеидального напряжения Советский патент 1986 года по МПК H03K4/94 

i 1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в измерительных устройствах

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения формирования трапецеидального напряжения со стабильными уровнями вершин и пауз большой длительности и с регулируемыми временными интервалами с одновременным повьш1ени- ем надежности работы.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг о 2 - эпюры, поясняющие его работу

Устройство содержит операционный усилитель 15 вход которого соединен с первой обкладкой конденсатора 2, первый и второй регулируемые двусторонние ограничители 3 и 4, первый из которых включен между входной шиной устройства и входом операционного усилителя 1, второй - между выходом его и второй обкладкой конденсатора 2,

На фиг.2 приняты следующие обозна чения: V - напряжение на входе формирователя; V - напряжение на

fobiXi

- напря, входе усилителя 1 ; V жение на выходе усилителя I; вых напряжение на выходе формирователя; +V Ч напряжение источников опорного напряжения ограничителя 3; +V, - V - выходные напряжения

н о, I, Q с

усилителя 1, находящегося в режиме насыщения I V, , Vg - напряжения источ НИКОВ опорного напряжения ограничителя 4; t, - момент времени, когда входное напряжение меняет свою полярность j tj - момент начала формирования заднего фронта выходного напряжения; tj - момент достижения выходным напряжением уровня ограничения V ; t - момент достижения напря жением на входе усилителя 1 уровня V.

Операционный усилитель 1, имеющий больпюе входное сопротивление, вместе с резистором 5 и конденсатором 2 образует интегратор, который предназначен для формирования линейно изменяющихся участков выходного напряжения. В качестве операционного усилителя 1 может быть использована например, микросхема К140УД8А или К544УД1.

Первый двусторонний ограничитель 3 предназначен для ограничения амп578172

литуды напряжения на входе усилителя 1 до уровней +V , -VQ , что ускоряет выход усилителя i из насыщения при изменении полярности входного сигна-.

5 Г э, Ограничитель 3 может содержать операционные усилители 6 и 7, ограничивающий резистор 5, импульсные диоды 8 и 9, источника опорного напряжения ,-V (не показаны). Ин- 10 вертирующие входы усилителей 6 и 7 соединены с выходом ограничителя 3, с анодом диода 8 и катодом диода 9 соответственно. Выходы усилителей 6 и 7 подключены к катоду диода 8

15 и аноду диода 9 соответственно. Неинвертирующие входы усилителей 6 и 7 подключены соответственно к источникам опорного напряжения +Vg и -V,,. Усилители 6 и 7 могут быть вьшолнены 20 на микросхемах К140УД8А или К544УД1. В качестве диодов 8 и 9 можно использовать диоды КД503А.

Второй двусторонний ограничитель 4 построен по аналогичной схеме и 25 дополнительно имеет на выходе повто- 1ритель напряжения 10, предназначенный для - гменьшения выходного сопротивления .ограничителя, Ограничитель 4 ограничивает выходное напряжение 30 формирователя на заданном верхнем или нижнем уровне.

Устройство работает следующим образом.

35

На вход формирователя (фиг.) поступают прямоугольные импульсы типа меандр с амплитудой V , на два- три порядка большей напряжений не-- точников i д , Пусть на вход формирователя подано отрицательное напря жение -Vgx (фиг.2а). За счет тока через выходное сопротивление усилителя 7 ,диод 9 и резистор 5 на выходе первого ограничителя 3 поддерживается напряжение опорного источника -V, обеспечивающее режим насыщения с выходным напряжением +V усилителя 1 (фиг.2&). Это напряжение ограничивается вторым ограничителем 4 до уровня напряжения опорного источника

50 Vg и поступает на выход формирователя. Таким образом, на первой обкладке конденсатора 2 поддерживается .потенциал -V , на второй обкладке -Vg и на выходе формирователя форми55 руется верхний уровень трапецеидального импульса V (фиг.2г).

В момент t, напряжение на входе меняет свою полярность. Конденсатор

2 начинает перезаряжаться через ис- точник входного напряжения,, резистор 5 и выходное сопротивление ограничителя 4. В момент t , когда напряжение на входе усилителя 1 приблизится s к нулю, усилитель 1 выходит из насыщения. После этого второй ограничитель 4 переходит в режим пропускания и замыкает цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 (фиг.26), Начи-Ю нается перезаряд конденсатора 2 постоянным током I

Yi L

R

при условии.

что сопротивление R резистора 5 намного меньше входного сопротивления усилителя 1. На выходе устройства начинает формироваться задний фронт трапецеидального импульса. Интервал времени между моментами смены полярности входного напряжения и начала формирования заднего фронта выходного напряжения

t - t t End +

Vp-) V

BX

25

где t - постоянная времени интегратора;

R - сопротивление резистора 5; С - емкость конденсатора 2;

В момент t.

пряжение формирователя достигнет уровня V, ограничитель 4 переходит в режим ограничения и разрьшает цепь отрицательной обратной связи усилителя 1. На выходе устройства начинается формирование нижнего уровня трапецеидального импульса. Потенциал на второй обкладке конденсатора 2 равен V, а на первой увеличивается от нуля в положительную область за счет дальнейшего перезаряда конденсатора 2 от источника входного сигнала. С увеличением потенциала на входе усилитель 1 переходит в режим насьщения.

В момент t , когда напряжение на входе усилителя 1 достигнет уровня +V , открьшается диод 8 ограничителя 3 и далее уровень +V поддерживается с помощью ограничителя 3 до сметл полярности входного импульса. Время, за которое потенциал на входе усилителя 1 нарастает от О до+V ,

- t.

R-c(v:

Vex

- V

в

меняет

ex

момент tj- вkoднoй полярность и

повторяются процессы, аналогичные прочсходившим с момента t, с тем отличием, что напряжения изменяются в противоположных направлениях. Таким образом на выходе формирователя формируется напряжение трапецеидальной формы.

Формирователь позволяет с малыми аппаратурными затратами достичь требуемого эффекта - получить трапецеидальное напряжение со стабильными уровнями вершин и пауз большой длительности и с регулируемыми временными, параметрами. Нестабильность

15 уровней вершин и пауз трапецеидальных импульсов определяется только дрейфом нуля операционных усилителей . и для указанных операционных усилителей не превышает единиц милливольт.

20 Регулирование временных параметров (длительности вершины и паузы между импульсами) производится при дополнении схемы соответствующими цепями (1) обратной связи и становится возможным благодаря стабильному временному положению выходных импульсов относительно входных. Стабилизация временного положения выходных импульсов происходит за счет сокращения времени задержки между моментами изменения полярности входного импульса и моментами начала формирования фронтов и спадов выходного импульса трапецеидального напряжения. Так, при V 35 100 У, tj-t, ,0n: из формулы (1) и (2); ати моменты практически совпадают.

Формула изобретения

40 Формирователь трапецеидального напряжения, содержащий операционный усилитель, вход которого соединен с первой обкладкой конденсатора, отличающийся тем, что, И5 с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения формирования трапецеидального напряжения со стабильными уровнями вершин и пауз большой длительности и с ре- SO гулируемыми временными интервалами с одновременным повышением надежности его работы, в него введены первый Jи второй регулируемые двусторонние

ограничители, первый из которых вклю- ), (2) 55 чен между входной шиной устройства

и входом операционного усилителя, импульс второй - между выходом его и второй схеме обкладкой конденсатора.

когда выходное на- 30

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано, например, в измерительных устройст вах.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей одновременно с повышением надежности - достигается путем обеспечения формирования трапецеидального напряжения со стабильными уровнями вершин и пауз большой длительности и с регулируемыми временными интервалами. Поставленная цель достигается введением в устройство регулируемых двусторонних ограничителей 3 и 4. Кроме того, на чертеже показаны операционный усилитель 1, образующий с резистором 5 и конденсатором 2 интегратор, операционные усилители 6 и 7, импульсные диоды 8 и 9, повторитель 10 напряжения. Нестабильность уровней вершин и пауз трапецеидальных импульсов определяет- с ся только дрейфом нуля операционных усилителей и не превышает единиц милливольт. 2 Ш1, (Л ts9 СД 00 и Вых.