Генератор импульсов тока Советский патент 1988 года по МПК H03K3/23 

СЛ

Фи8.1

Изобретение относится к электронным схемам общего назначения и предназначено для использования в измерительной технике в качестве источни- ка питания индуктивных датчиков, а также может быть использовано в аналоговых устройствах автоматики, радиотехники, вычислительной и медицинской техники.

Цель изобретения - стабилизация амплитуды прямоугольных импульсов тока.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - времен- ные диаграммы, поясняющие его работу. Генератор содержит последовательную RC - цепь на конденсаторе 1 и резисторе 2, двусторонний стабилит- рон 3, делитель напряжения на резис- торах 4 и 5, операционный усилитель (ОУ) 6, сопротивление нагрузки 7 повторитель 8 напряжения.

Работа генератора основана на непрерывном действии отрицательной свя- зи (ООС) и периодическом прерывании превосходящей ее положительной обратной связи (ПОС), которое происходит при открьгоании стабилитрона, напря- .жение которого одновременно использу- ется в качестве опорного для стабили- .зации тока нагрузки. Временная диаграмма (фиг.2) иллюстрирует процессы, происходящие в схеме: а - напряжение на выходе ОУ (сплощная линия) и напряжение на втором выводе нагрузки (пунктирная линия); б - дифференциальное напряжение между входами ОУ; в - напряжение на неинвертирующем входе (сплошная линия) и на инверти- рующем входе ОУ (пунктирная линия); г - ток стабилитрона 3 (сплошная линия) и напряжение на конденсаторе 1 (пунктирная линия); д - ток нагрузки (сплошная линия) и сопротивление нагрузки (пунктирная линия).

Напряжение с второго вывода сопротивления нагрузки 7 передается на неинвертирующий вход ОУ 6 через делитель напряжения на резистрах 4 и 5 с ослаблением, равным коэффициенту деления этого делителя, а на неинвертирующий вход изменения того же напряжения передаются через повторител напряжения и последовательную RC

цепь без ослабления благодаря тому, что, ток входа ОУ 6 и ток закрытого стабилитрона 3 равны нулю и падение напряжения на RC - цепи отсутствует,

В результате преобладания ПОС над ООС изменение выходного напряжения передается на входы ОУ 6 и увеличивает вызвавшее его дифференциальное входное напряжение. Эти напряжения взаимно увеличивают одно другое до тех пор, пока напряжение на неинвер- тирующем входе не перестанет возрастать, достигнув в момент времени t уровня напряжения стабилизации стабилитрона 3. В этот момент прерывается действие ПОС.

Напряжение на выходе ОУ 6 продолжает возрастать до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе не сравняется с напряжением на неинвер- тирующем (в момент времени tj ), после чего схема переходит в режим стабилизации тока нагрузки 7. Значение этого тока за счет токовой ООС поддерживается на уровне, заданном напряжением стабилизации стабшштро- на VgT , которое используется как опорное, и сопротивлением Ry .резистора 5, который служит датчиком тока Ток этого резистора равен току нагрузки благодаря нулевым значениям входньпс токов повторителя напряжения и ОУ 6. Поддерживая на этом резисторе напряжение, равное опорному, ОУ тем самым стабилизирует значение тока через этот резистор и через сопротивление нагрузки, В случае изменения сопротивления нагрузки 7 происходит изменение напряжения инвертирующего входа, которое ОУ компенсирует изменением выходного напряжения, которое вновь выравнивает потенциалы на его входах. При этом изменение выходного напряжения оказьшается пропорциональным изменению сопротивления нагрузки 7, и ток нагрузки остается неизменным и равным

0

5

т - Rj

Значение тока, протекающего через стабилитрон 3, задается RC - цепью. Напряжение на RC - цепи равно падению напряжения на резисторе 4 и стабилизировано за счет стабилизации тока нагрузки 7. В момент времени tj Конденсатор 1 не заряжен и все это напряжение полностью прикладывается к резистору 2. Ток стабилитрона 3 принимает максимальное значение.

3U

после чего убывает по экспоненциальному закону по мере заряда конденсатора и уменьшения напряжения на резисторе 2. В момент времени t ток стабилитрона уменьшается до значения минимального тока стабилизации Vjрабочая точка переходит с вертикального на горизонтальный участок вольт амперной характеристики стабилитрона напряжение на стабилитроне начинает уменьшаться. Уменьшение напряжения на неинвертирующем входе ОУ 6 вызывает уменьшение его напряжения, тока нагрузки и напряжения на RC - цепи что еще более ускоряет уменьшение напряжения на стабилитроне и снижение его тока до нуля. Восстанавливается действие ПОС, причем в тот момент, когда глубина ПОС превьшает глубину ООС, процесс уменьшения выходного напряжения ОУ 6 приобретает лавинообразный характер и между входами ОУ 6 начинает увеличиваться дифференциальное напряжение.

Когда выходное напряжение уменьшается до нуля, напряжение, до которого успел зарядиться конденсатор 1, оказывается приложенным между входами ОУ. Это вызывает смену полярности выходного напряжения и возрастание его значения в изменившейся полярности. В момент времени t напряжение на неинвертирующем входе достигает уровня напряжения стабилизации ста- бшштрона, прерывается действие ПОС и схема переходит в режим стабилизации тока нагрузки. В этот момент дифференциальное напряжение между входами ОУ 6 принимает наибольшее значение. Выходное напряжение возрастает под действием ООС до момента времени t , когда напряжение на инвертирующем входе становится рав- Чым напряжению на неинвертирукяцем входе. К резистору 2 прикладываете сумма напряжения на резисторе А и

28

напряжения между обкладками конденсатора 1 и ток стабилитрона 3 при - нимает максимальное значение, после чего начинает убывать по экспоненте по мере перезаряда конденсатора 1. После этого периодически происходит восстановление ПОС и переключение полярностей токов и напряжений в

схеме. Действие ПОС прерывается на время, за которое происходит перезаряд конденсатора, и ток стабилитрона убывает от своего максимального значения до минимального значения

тока стабилизации.

На временной диаграмме показано, как схема реагирует, например, на уменьшение сопротивления нагрузки Кц в момент времени t : напряжение на выходе ОУ пропорционально уменьшается и ток нагрузки остается неизменным,

Формула изобретения

Генератор импульсов тока, содержа- пдай операционный усилитель, к выходу которого подключен первьп вывод на грузки, к инвертирующему входу - выход делителя напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, к неинвертирующему входу подсоединен первый вывод последовательной RC - цепи, отличающийся тем, что, с целью стабилизации амплитуды импульсов тока, введены двусторонний стабилитрон и повторитель напряжения, причем первый вьгоод двусторон

него стабилитрона подключен к ненн- вертирующему входу операционного усилителя, а второй - к общей шине, вход повторителя напряжения соединен с вторым выводом нагрузки и вторым входом делителя напряжения, а выход соединен с вторым выводом последовательной RC - цепи.

Инг

Фиг.2

Изобретение может быть использовано в аналоговых устройствах автоматики, радиотехники. Генератор импульсов тока содержит операционный усилитель 6, делитель напряжения на резисторах 4, 5, RC - цепь из конденсатора 1 и резистора 2, двусторонний стабилитрон 3, повторитель 8 напряжения и нагрузку 7. Генератор имеет стабильную амплитуду импульсов тока. 2 ил.