Мультивибратор Советский патент 1988 года по МПК H03K3/282 

г./

ш

СП

4ib

оо

N)

Изобретение относится к радиотех- .нике, измерительной технике, может быть использовано для генерирования электрических колебаний прямоугольной формы стабильной частоты и напряжения в температурном диапазоне и является усовершенствованием известного устройства по авт.св.№ 1345318.

Цель изобретения - повышение термостабильности частоты генерирования и выходного напряжения.

Поставленная цель достигается за счет того, что в мультивибратор введены последовательно соединенные дополнительный стабилитрон и резистор, подсоединенн,1е параллельно встречно- параллельно включенным стабилитронам, причем анод дополнительного стабилитрона соединен с общей шиной.

На фиг.1 приведена электрическая схема мультивибратора; на фиг.2 - эпюры напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя напряжения и на выходе мультивибратора.

Первый вывод конденсатора 1 подсоединен к общей шине, а его второй вывод подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 2 напряжения и к первому выводу резистора 3. Неинвертирующий вход операционного усилителя напряжения через резистор 4 подсоеди1ге}1 к общей шине и подключен к первому выводу резистора 5. Вторые выводы резисторов 3 и 5 подключены к аноду прецизионного температурно- cкoмпeнcиpoвaнн0 o стабилитрона 6, : первому выводу резистора 7, к катоду прецизионного температурно-скомпен

0

5

5

0

5

должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона 8. Поэтому при включении стабилитрона 8 стабилитрон II остается выключенным. Стабилитрон 11 включается только как диод при включении стабилитрона 6.

Мультивибратор работает следующим образом.

Элементы 1 и 3 образуют цепь отрицательной обратной связи, а элементы 4 и 5 - цепь положительной обратной связи мультивибратора. В первый момент времени, после включения источников напряжения питания Е1 - Е2, конденсатор 1 разряжен и в мультивибраторе преобладает положительная обратная связь. Поэтому на выходной шине 10 мультивибратора в наличии положительный импульс напряжения длительностью tj (фиг. 2). Стабилитрон 8 включен, а стабилитроны 6 и I1 выключены. Заряд конденсатора I идет через дифференциальное сопротивление стабилитрона 8, резистор 3. В момент времени t ty напряжение на конденсаторе

0

-о

1 достигает порогового уровня неинвертирующего входа операционного усилителя 2 напряжения. При t t и на выходной шине в наличии отрицательный импульс напряжения и идет перезаряд конденсатора I через резистор 3, дифференциальное сопротивление стабилитрона 6, резистор 9, дифференциальное сопротивление стабилитрона 11 в диодном включении. В момент времени t напряжение на конденсаторе 1 достигает нулевого значения. При t t. конденсатор 1 на

Изобретение может быть использовано для генерирования электрических колебаний прямоугольной формы стабильной частоты и напряжеда1Я в температурном диапазоне. Мультивибратор содержит конденсатор 1, операционный усилитель 2 напряжения, резисторы 3-5,7, стабилитроны 6,8,11, выходную шину 10. Мультивибратор имеет повышенную термостабильность частоты генерирования и выходного напряжения. 2 ил.

сированного стабилитрона 8, к первому до чинает заряжаться и при t t. напрявыводу резистора 9 и к выходной шине 10. Второй вывод резистора 7 подсоединен к выходу операционного усилителя напряжения 2. Катод прецизионного температурно-скомпенсированного дс стабилитрона 6 и анод прецизионного температурно-скомпенсированного стабилитрона 8 подключены к общей шине. Второй вывод резистора 9 подсоедине н к катоду стабилитрона 11, анод которого подключен к общей пшне.

В качестве стабилитронов 6 и 8 следует использовать прецизионные темпера турно-скомпенсированные стабилитроны, например, стабилитроны типа . Д818Е, КС191Ф и др., а в качестве резисторов 3 - 5,7,9 - стабильные широкополосные резисторы типа С2-13. Напряжение стабилизации стабилитрона 1 I .

50

жение на нем достигает порогового уровня и pop неинвертирующего входа операционного усилителя 2 напряжения. Это приводит к изменению полярности напряжения на выходной шине 10 мультивибратора и процессы заряда и перезаряда конденсатора повторяются.

Заметим, что напряжения стабилизации прецизионных температурно-ском- пенсированных стабилитронов, например Д818Е, примерно в 5-7 раз меньше напряжения включения их прямой ветви вольт-амперной характеристики. Именно это позволяет прецизионные температур но- скомпенсированные стабилитроны включать встречно-параллельно в импульсном режиме работы.

Применение в качестве элемента 1 стабилитрона, используемого тольт:о в

с

0

жение на нем достигает порогового уровня и pop неинвертирующего входа операционного усилителя 2 напряжения. Это приводит к изменению полярности напряжения на выходной шине 10 мультивибратора и процессы заряда и перезаряда конденсатора повторяются.

Заметим, что напряжения стабилизации прецизионных температурно-ском- пенсированных стабилитронов, например Д818Е, примерно в 5-7 раз меньше напряжения включения их прямой ветви вольт-амперной характеристики. Именно это позволяет прецизионные температур но- скомпенсированные стабилитроны включать встречно-параллельно в импульсном режиме работы.

Применение в качестве элемента 1 стабилитрона, используемого тольт:о в

диодном включении (прямая ветиь вольт-амперной характеристики), позволяет обеспечить малую длительность переходных процессов, а следовательно, дает возможность достигнуть высо кого быстродействия по сравнению с плоскостным диодом.

Нормальное функционирование устройства (фиг.1) обеспечивается при линейной нагрузке, подключенной к вы ходной гаине 10.

Повышение термостабильности частоты генерирования и выходного напря жения мультивибратора объясняется следующим образом.

Период автокобеланий мультивибратора :

Т t

О,

+ t

U,

де

А

RC In

и;,р

„ , -Е - и ПОР t, RC In , iь и Пор

(1) (2)

(3)

R - величина сопротивления времязадающего резистора 3; С - величина емкости времязадающего конденсатора 1; пор , и пор пороговые уровни напряжения соответственно неиьгеер тирующего и интернирующего входов операционного усилителя 2 напряжения. Из (2) и (3) следует, что при изменениях и Pop , и пор изменяются t и ty J а следовательно, и период автоколебаний Т. Уровни и пор , и пор определяются коэффициентом передачи делителя напряжения на резисторах 4 и 5 и уровнем выходного напряжения мультивибратора.

Если выходное напряжение мультивибратора стабильно и коэффициент передачи делителя напряжения неизменен, то стабилен период автоколебаний, а следовательно, и частота генерации.

Принцип повышения термостабильности частоты генерирования основан на следующем.

Температурно-скомпенсированный стабилитрон, например Д818Е, при токах стабилизации до 10 мА (до точки с нулевым ТКН) имеет отрицательное значение ТКН, а при токах стабилизации выше 10 мА (после точки с нулевым ТКН)- положительное значение ТКН.

5

Если через стабилитрон 6 задать- ток менее 10 мА, а через стабилит-. рон 8 пропустить ток более 10 мА, то напряжение стабилизации стабилитрона 6 имеет отрицательный ТКН, а напряже

ние стабилизации стабилитрона 8 - по ложительный ТКН. При сложении дейст- вукчдих значений напряжений стабилитронов их отклонения компенсируются. Полагая неизменными напряжения источников питания мультивибратора и температуру окружающе й среды, действ тощее значение напряжения на выходной гаине

в.- Ui -t- иг, I

rfiCAl , - действуюп1ие значения напряжений стабилизации

прецизионных температурно-скомпенсированныхстабилитронов 6 и 8 соответственно, работающих в импульсном режиме.

При измене1П1и температуры среды выходное напряжение мультивибратора определяется следующим соотношением:

30

и

вы к

Ui+ Uj - 4Ui + 4Ui,

где /lU, ли - приращения действующих значений напряжений стабилитронов 6 и 8 соответственно.

Чтобы частота мультивибратора не изменялась при изменении температуры, необходимо обеспечить равенство приращений напряжений иих

противофазность. Это условие можно вьшолнить, если токи через стабилитроны задать симметричными относительно 10 мА. Соединение резистора 9 и стабилитрона 11 позволяет уменьпшт

ток стабилизации стабилитрона 6 по отношению к току стабилизации стабилитрона 8, т.е. обеспечивает противофазность прирап ений действующих значений d и, и а и г.

50 ,

Проведенные экспериментальные исследования с температурно-скомпеиси- рованными стабилитронами типа Д818Е показывают, что в диапазоне темпе- gg ратур 13 - 30°С, средний температурный коэффициент напряжения составляет 0,00015%/ С.

Введенная совокупность отличительных признаков позволила в 7 раз

у еныпить температурный коэффициент напряжения, а следовательно, повысить термостабильность частоты генерирования и выходного напряжения мультивибратора,

Предлагаемый мультивибратор целесообразно использовать в измерительной технике, радиотехнике, автоматике и других областях техники во всех случаях, когда вопросы повышения термостабильности частоты генерирования и выходного напряжения приобретают первостепенное значение.

Формула изобретения

Мультивибратор по авт.св.1 1345318, отличающийся тем, что, с целью повышения термостабкпьиости частоты генерирования и выходного напряжения, в него введена цепь из последовательно соединенных дополнительного стабилитрона и резистора, подключенная параллельно включенным встречно-параллельно стабилитронам, которые выполнены идентичными, причем анод дополнительного стабилитрона соединен с общей шиной.

Фи2. 2