Генератор напряжения меандра Советский патент 1989 года по МПК H03K3/23 H03K7/06 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре.

Цель изобретения - повышение стабильности границ диапазона циклического изменения частоты повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения.

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит с первого по третий транзисторы 1 - 3 типа п-р-п, первый k и второй 5 диоды, первый времязадающий конденсатор 6, с первого по пятый резисторы 7-11, четвертый 12 и пятый 13 транзисторы типа п-р-п, первый компаратор 1 t с инвео- тируйщим входом 15, неинвертирующим . входом 1б и выходом 17, второй компаратор 18 с инвертирующим входом 19, неинвертирующим входом 20 и выходом 21, операционный усилитель 22 с инвертирующим входом 23, неинвертирующим входом 2Ц и выходом 25, шестой транзистор 26 типа р-п-р, седьмой -ранзистор 27 типа р-п-р,/восьмой транзистор 28 типа п-р-пj третий 29 и четвертый 30 диоды, второй времязадающий конденсатор 31, с шестого по шестнадцатый резисторы , шину

СП Is3

СО ;ii

k3 питающего напряжения и выходную шину k.

Эмиттер первого транзистора 1 соединен с эмиттером второго транзистора 2 и коллектором третьего транзистора 3, эмиттер которого соединен с анодами диодов k, 5, 29 и 30, одним выводом первого времязадающего конденсатора 6 одним выводом второго времязадающего конденсатора 31, эмиттерами четвертого транзистора 12, транзисторов 13 и 28, одним выводом четвертого резистора 10, одним выводом пятого резистора 11, одним выводом пятнадцатого резистора 41 и с корпусом (общей шиной) устройства, а база первого транзистора 1 - с катодом первого диода Ц и с одним выводом шестого резистора 32. База первого транзистора 1 соединена с его же ,коллектором, базой второго транзисто- ра 2 и коллектором шестого транзисто- jpa 26 типа р-п-р, база которого сое- |динена с выходом 25 операционного усилителя 22, а эмиттер - с одним выводом первого резистора 7 и инвертирующим входом 23 операционного усилителя 22. Коллектор транзистора 2 соединен с другим выводом первого времязадающего конденсатора 6 и неин- вертирующим входом 1б первого компаратора И. Катод второго диода 5 соединен с базой четвертого транзистора 12 и одним выводом восьмого резистора 3. Другой вывод первого резистора 7 соединен с одним выводом второго резистора 8,одним выводом третьего резистора 9, одним выводом девятого резистора 35 с одним выводом четырнадцатого резистора 40 одним выводом шестнадцатого резистора 2 и шиной Другой вывод второго резистора В соединен с другим выводом четвертого резистора 10, одним выводом седьмого резистора 33 .и инвертирующим входом 15 первого компаратора I, выход которого соединен с другим выводом третьего резистора 9, ДРУГим выводом шестого резистора 32, другим выводом .восьмого резистора З и выходной шиной . Другой вывод пятого резистор 11 соединен с одним выводом десятого резистора Зб, другим выводом девятог резистора 35 и инвертирующим входом 19 второго компаратора 18, неинверти рующий вход 20 которого соединен с неинвертирующим входом операционнго усилителя 22, другим выводом вто

0

5

0

5

0

5

0

5

0

рого времязадающего конденсатора 31, одним выводом тринадцатого резистора 39 и коллектором седьмого транзистора 27, а выход 21 - одним выводом одиннадцатого резистора 37 и одним выводом двенадцатого резистора 38. Коллектор четвертого транзистора 12 соединен с другим выводом седьмого резистора 33. Коллектор пятого транзистора 13 соединен с другим выводом тринадцатого резистора 39, а база - с катодом третьего диода 29 и другим выводом одинадцатого резистора 37. Эмиттер седьмого транзистора 27 соединен с другим выводом четырнадцатого резистора 40, а база - с другим выводом пятнадцатого резистора 41 и другим выводом шестнадцатого резистора 42. Коллектор восьмого транзистора 28 соединен с другим выводом десятого резистора Зб, а база указанного транзистора - с катодом четвертого диода 30 и другим выводом двенадцатого резистора 38.

Устройство работает следующим образом.

После включения питающих напряжений второй времязадающий конденсатор 31 в первый момент остается незаряженным; напряжение на неинвертирующем входе 20 второго компаратора 18 равно нулю. На выходе второго компаратора 18 вырабатывается отрицательное напряжение. Это напряжение, передаваясь через двенадцатый резистор 38 на катод четвертого диода 30, отпирает последний. Напряжение отсечки прямо смещенного четвертого диода 30 приложено к эмиттерному переходу восьмого транзистора 28, который заперт. Коллекторный ток через десятый резистор 36 не протекает этот резистор в данном состоянии схемы не шунтирует делитель из резисторов 11 и 35. На выходе данного делителя вырабатывается высокий уровень постоянного напряжения +UPi, полученный в результате деления напряжения питания, поданного на шину 43. С выхода делителя напряжения +Uf), поступает на инвертирующий вход 1Э второго компаратора 18 и задает верхний порог срабатывания этого компаратора. Второй времязадающий конденсатор 31 начинает заряжаться постоянным током, который создает токо- стабилизирующий каскад на седьмом транз.исторе 27. По мере заряда второго времяаадающего конденсатора 31 коллекторным током седьмого транзис5152

тора 27 напряжение на указанном конденсаторе 31 нарастает и, когда оно превысит пороговый уровень +U п. чз инвертирующем входе 19 второго компаратора 18, последний переключается и на его выходе 21 создается положительный уровень выходного напряжения Это напряжение создает прямой ток в цепи, образованной десятым резистором Зб и эмиттерным переходом восьмого транзистора 28. Этим прямым током базы восьмой транзистор 28 насыщен. Десятый резистор Зб через выходную цепь насыщенного восьмого транзистора 28 подключается параллельно пятому резистору П. Коэффициент деления напряжения резистивного делителя уменьшится и на инвертирующем входе 19 второго компаратора 18 установится низкий уровень порогового напряжения +U;. Кроме того, положительное напряжение, действующее на выходе 21 второго компаратора 18, включает пятый транзистор 13 типа п-р-п; второй времязадающий конденсатор 31, зарядившийся до напряжения +U, начинает разряжаться на корпус через двенадцатый резистор 39, ограничивающий ток разряда, и выходную цепь насыщенного пятого транзистора 13. Напряжение на втором времязадающем конденсаторе 31 быстро уменьшается. Когда оно снизится до порогового значения +Ur,i, второй компаратор l8 переключается, и на его выходе 21 вырабатывается отрицательное напряжение. Третий и четвертый диоды 29 и 30 включаются, транзисторы 13 и 28 запираются. Напряжение на инвертирующем входе 19 второго компаратора 18 вновь принимает значение , второй времязадающий конденсатор 31 вновь начинает заряжаться. Таким образом, при работе устройства на втором времязадающем конденсаторе 31 формируется управляющее напряжение, минимальное мгновенное значение которого равно +U,, максимальное - +Un2 (фиг.2а). Время обратного хода этого напряжения зна- чительно меньше времени прямого хода. Время прямого хода, соответствующее нарастанию напряжения от значения +Ь „, до значения +U,j. прак ически равно периоду изменения управляющего напряжения и определяет длительность цикла изменения частоты выходного сигнала устройства. Указанное управ- ляющее напряжение с коллектора седь

1 0 5 о О г Q г

5

мого транзистора 27 типа р-п-р ncjcry- пает на неинвертирующий вход 2 операционного усилителя 22.

Времязадающий конденсатор 6 определяет частоту колебаний генератора импульсов на первом компараторе lA, Когда напряжение на выходе 17 этого компаратора отрицательно, диоды k и 5 открыты. Напряжение отсечки первого диода 4, приложенное к эмиттерному переходу третьего транзистора 3, запирает указанный транзистор. Аналогично напряжение отсечки на открытом втором- диоде 5 запирает четвертый транзистор 12. Коллекторный ток четвертого транзистора 12 через седьмой резистор 33 в данном состоянии не протекает, седьмой резистор 33 не шунтирует четвертый резистор 10 резистивного делителя, образованного резисторами 8 и 10. На выходе этого делителя образуется высокий уровень выходного напряжения +и,ф, который поступает на инвертирующий вход 15 первого компаратора 1. При запертом третьем транзисторе 3 коллекторный ток токозадающего шестого транзистора 2б замыкается через коллекторный переход второго транзистора 2 и обеспечивает заряд первого времязадающего конденсатора 6. Напряжение на первом времязадающем конденсаторе 6 нарастает по линейному закону (фиг.26). Когда это напряжение перейдет пороговый уровень , зада --- ный на инвертирующем входе 15 первого компаратора lA, последний переключается и на его выходе образуется положительное выходное напряжение. При этом восьмой резистор 3 задает прямой ток базы четвертого транзистора 12 и указанный транзистор насыщается. Через малое выходное сопротивление насыщенного четвертого транзистора 12 седьмой резистор 33 включен параллельно четвертому резистору 10 резистивного делителя. Выходное напряжение делителя, поступающее на инвертирующий вход 15 первого компаратора k, уменьшается и принимает нижний пороговый уровень -t-U,. Кроме того, положительное напряжение на выходе 17 первого компаратора 1k через шестой резистор 32 задает прямой ток базы третьего транзистора 3. При наличии прямого тока базы достаточной величины третий транзистор 3 насыщается. Через насыщенный транзистор 3 эмиттеры транзисторов 1 и 2 связаны с корпусом устройства. Включение транзисторов 1 и 2 обеспечивает прием, в импульсной технике называемый токовым зеркалом. Ток коллектора второго транзистора 2 имеет практически то же значение,что и при заряде первого времязадающего конденсатора 6. Таким током первый времязадающий конденсатор 6 разряжается. Напряжение на нем уменьшается по линейному закону. Когда это напряжение снижается до значения + U, первый компаратор lA переключается. Напряжение на его выходе 17 вновь становится отрицатель- ным, что приводит к запиранию тран зисторов 3 и 12 и к изменению порогового уровня на инвертирующем входе 15 перового компаратора 1 до значения +и,. Начинается новый цикл зарядки первого времязадающего конденсатора 6

Ток коллектора шестого транзистора 2б зависит от значения управляющего напряжения на неинвертирующем входе 2 операционного усилителя 22. По ме- ре увеличения управляющего напряжения ток коллектора шестого транзистора 26 уменьшается. Период колебаний генератора на первом компараторе увеличивается (фиг.2а-в). Таким образом, в течение цикла перестройки уменьшается частота выходных меандровых колебаний от значения F, до значения F.

Значения F, и F стабильны и мало зависят от отклонений питающего напряжения t на шине k }. Вызвано это тем, что при изменении питающего напряжения пороги срабатывания и зарядный ток изменяются так, что период колебаний остается практически неиз

менным. При наличии токового зеркала длительность ь прямого хода напряжения на первом времязадающем конденсаторе 6 практически равна длительности обратного хода , т.е. период колебаний Т равен 2. Это справедливо и для максимального периода, соответствующего граничной частоте Р, и для минимального периода, соответствующего граничной частоте F . Таким образом, о стабильности частот F и Г„ можно судить по стабильности

-л . .

времени прямого хода

п

. Частоте F

соответствует время t „ ,н , частоте F - время ь, ,лакс . Справедливо соотношение с г,, ,/1,,„ак где Cfe - 55 емкость первог о времязадающего конденсатора 6i I fj - амплитуда напряжения на нем; максимальный ток за

Q

U

5

5

рядки конденсатора 6 в данном устройстве. Можно считать, что U Кд, Е- -KgjK, где Кл, - коэффициент деления питающего напряжения Е, обеспеченный делителем из резисторов 8 и 10, когда резистор 33 с помощью транзистора 12 отключен от корпуса и не шунтирует цепи делителя; Ка - коэффициент деления питающего напряжения, когда резистор 33 с помощью транзистора 12 включен параллельно резистору 10. Следовательно, UM(K, -К.) Е Зарядный ток максимален при нижнем значении управляющего напряжения на входе операционного усилителя 22.

Можно считать, что 1, мaк / /KY, где К сопротивление резистора 7- Минимальное напряжение Uupo мин задается делителем из резисторов 11, 35 и 36 и соответствует состоянию, когда резистор 36 с помощью ключевого транзистора 28 включен параллельно резистору 11. Обеспеченный резистив- ным делителем коэффициент деления обозначим K,jT . Тогда 1, , Е (l-Ka) /

/R/. а бпх.мйк CbR-,(,-Kcj )/(1-Kcjj) . Время прямого хода :, „у, че зависит от питающего напряжения t, а определяется лишь постоянной времени цепи C/RT и коэффициентами деления напряжения Ка, , Kqi и К(3 которые задают резистивные делители устройства.

Аналогично время прямого хода максимально и равно LP M. когда зарядный ток конденсатора Ь м.инимален и равен Iij, Зарядный ток минимален, когда управляющее напряжение на входе 2k операционного усилителя 22 максимально. Максимальное напряжение на втором времязадающем конденсаторе 31 и входе 2k операционного усилителя 22 получается в том случае, когда транзистор 28 типа п-р-п вь1ключен и отключает резистор Зб от резистивного делителя 11-35. В этом случае делитель из резисторов 11 и 35 задает верхний пороговый уровень , равный максимальному значению управляющего напряжения. Так как амплитуда U д напряжения на первом времязадающем конденсаторе 6 при перестройке частоты не изменяется, то аналогично с ,-,, мин получим:

пк. макс Значение cTpj, j, а следовательно,

и частота повторения Fo снова оказываются независимыми oi пшающего напряжения Е, а определяемся лишь посто

янными параметрами схемы: постоянной времени цепи коэффициентами деления К,, Кп и К.. Действительн некоторая (очень небольшая) зависимость от питающего напряжения сохраняется, например, потому, что напряжение на насыщенном транзисторе 2Й несколько увеличивается при росте питающего напряжения. Однако при при ближенных оценках можно считать, что период колебаний в данном устройстве от питающего напряжения практически не зависит и остается неизменным при изменении питающего напряжения в ши- роких пределах (имеется в виду, что изменение питающего напряжения является медленным и за один цикл колеба НИИ изменение питающего напряжения исчезающе мало) . Формула изобретения

Генератор напряжения меандра, содержащий первый транзистор типа п-рвторой транзистор типа п-р-п, база которого соединена с коллектором и базой первого транзистора типа п-р-п третий транзистор типа п-р-п, коллектор которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов типа п-р-п, первый и второй диоды, аноды которых соединены, первый времязадаю щий конденсатор, первый, второй и третий резисторы, первый вывод каждого из которых соединен с шиной питающего напряжения, четвертый и пятый резисторы, первый вывод каждого из которых соединен с эмиттером третьег транзистора типа п-р-п, с первым выводом первого времязадающего конденсатора и с общей шиной, четвертый и пятый транзисторы тип п-р-п, эмиттеры которых соединены, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности границ диапазона циклического изменения частоты повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения, в него введены первый и второй компараторы, операционный усилитель, шестой и седмой транзисторы типа р-п-р, восьмой транзистор типа п-р-п, третий и чет вертый диоды, второй аремязадающий конденсатор, с шестого по шестнадцатый резисторы, причем коллектор первого транзистора типа п-р-п ;оединен с коллектором шестого транзистора типа р-п-п, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а эмиттер - с вторым выводом первого

г-

20

, .jr ,

, 25 on55

35

40

45

50

резистора и инвертирующим входом операционного усилителя, коллектор втс. ро- го транзистора типа п-р-п соединен с вторым выводом первого времязадающего конденсатора и с неинвертируюи им входом первого компаратора, инверуи- рую щий вход которого соединен с вторыми выводами второго и четвертого резисторов и с первым выводом седьмого резистора, а выход - с вторым выводом третьего резистора, с первыми выводами шестого и восьмого резисторов и с выходной шиной, база третьего транзистора типа п-р-п соединена с вторым выводом шестого резистора и с катодом первого диода, анод которого соединен с эмиттерами четвертого и восьмого транзисторов типа п-р-п, анодами третьего и четвертого диодов, с первыми выводами второго зремязадающего конденсатора и пятнадцатого резистора и с общей шиной, катод второго диода соединен с вторым выводом восьмого резистора и с базой четвертого транзистора типа п-р-п, коллектор которого соединен с вторым выводом седьмого резистора, второй вывод пятого резистора соединен с первь ми выводс,1И девятого и десятого резисторов и с ин вертирующим входом второго компаратс - ра, неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, с коллектором седьмого транзистора типа р-п-р, с первым выводом тринадцатого резистора и с вторым выводом второго времязадлю- щего конденсатора, а выход второго компаратора - с первыми выводами одиннадцатого и двенадцатого резисторов, при этом эмиттер седьмого транзистора типа р-п-р соединен с первым выводом четырнадцатого резистора, оторой вывод которого соединен с вторым выводом девятого резистора, с шиной питающего напряжения и с первым выводом шестнадцатого резистора, второй вывод которого соединен с базой седьмого транзистора типа р-п-р и с вторым выводом пятнадцатого резистора, коллектор пятого транзистора типа п-р-п соединен с вторым выводом тринадцатого резистора, а база - с катодом третьего диода и с вторым выводом одиннадцатого резистора,коллектор восьмого транзистора типа п-р-п соединено вторым выводом десятого резистора,а база - с катодом четвертого диода и с вторым выводом двенадцатого резистора.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в контрольно-измерительной аппаратуре. Цель изобретения - повышение стабильности границ диапазона циклического изменения частоты повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения. Для этого в генератор, содержащий транзисторы 1,2,3,12,13, диоды 4,5, резисторы 7-11, конденсатор 6, дополнительно введены компараторы 14,18, операционный усилитель 22, транзисторы 26-28, диоды 29,30, конденсатор 31, резисторы 32-42. Компаратор 18, конденсатор 31, транзисторы 27,28, обеспечивают формирование линейно изменяющегося напряжения, которое управляет током генератора тока на операционном усилителе 22 и транзисторе 26. Величина этого тока определяет частоту импульсов, формируемых схемой на компараторе 14, конденсаторе 6, транзисторах 3,12. Влияния напряжения питания на величину зарядного тока и на величину порогов срабатывания компараторов 14,18 уравновешивают друг друга, благодаря чему границы диапазона генерируемой частоты стабильны. 2 ил.

Фие 2