Генератор прямоугольных импульсов Советский патент 1990 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных передающих устройствах, в контрольно-измерительном и испытательном оборудовании, в исследовательских установках для получения прямоугольных импульсов напряжения и тока с регулируемой в широких пределах амплитудой, длительностью и скважностью импульсов.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона амплитуд, длительностей и скважностей выходных импульсов при увеличении точности поддержания плоской вершины импульсов.

На чертеже приведена электрическая cxeNsa генератора прямоугольных импульсов.

Генератор содержит источник 1 питания, один полюс которого соединен с общей шиной 2, а между другим полюсом и общей шиной 2 последовательно включены первый

зарядный элемент 3, накопитель 4 и нагрузка 5, зашунтированная вторым зарядным элементом 6. Генератор содержит также коммутирующий элемент 7, генератор 8 запускающих импульсов, соединенный с общей шиной 2 и подключенный выходом к одному выводу первого резистора 9, конденсатор 10, второй резистор 11, делитель 12 напряжения и два диода 13 и 14. Коммутирующий элемент 7 выполнен на транзисторе, коллектор которого соединен с общим выводом делителя 12 напряжения и с общей шиной, эмиттер - с входом делителя 12 напряжения и с точкой соединения первого зарядного элемента 3 с накопителем 4, а база - с другим выводом первого резистора 9 и через два соединенных последовательно диода 13 и 14 с выходом делителя 12 напряжения. При этом диоды 13 и 14 включены в запирающем относительно тока базы направлении. Точка межсоединения

т,

сл

00

диодов 13 и 14 связана через конденсатор

10с общей шиной 2 и через второй резистор

11с точкой соединения накопителя 4 и нагрузки 5.

В тексте приняты следующие обозначения: СА - емкость накопителя 4; Сю - емкость конденсатора 10; 14 - ток разряда накопителя 4; Но - ток разряда конденсатора 10; К - коэффициент передачи делителя

12напряжения; У4-напрях ение на накопителе 4; , V4MHH - наибольшее и наименьшее напряжения на накопителе 4; Vs - напряжение на нагрузке 5; Увнач, VISKOH - напряжения на нагрузке 5 в начале и в конце импульса; VB, Уэ7 - напряжения база - коллектор и эмиттер - коллектор транзистора коммутирующего элемента 7: Vio - напряжение на конденсаторе 10; Уюмакс, Уюмин - наибольшее и наименьшее напряжения на конденсаторе 10; Vn - напряжение на резисторе 11; вх.12, Увых.12 напряжения на входе и выходе делителя 12 напряжения; Vi4np. - прямое напряжение на диоде 14; Rs-сопротивление нагрузки 5; Rg - сопротивление резистора 9; Rii - сопротивление резистора 11; Ввых.12 - выходное сопротивление делителя 12 напряжения; Ти - длительность импульса,

Генератор прямоугольных импульсов работает следующим образом.

В паузах между импульсами ток в цепи базы транзистора коммутирующего элемента 7 .отсутствует, элемент 7 заперт, накопитель 4 заряжается от источника 1 питания через зарядные элементы 3 и б до напряжения У4макс, определяемого временем заряда и параметрами элементов 1,3,4 и 6. При этом нагрузка 5 шунтируется элементом 6 и напряжение на нагрузке 5 близко к нулю.

В паузах между импульсами также заря жается конденсатор 10 через делитель 12 и диод 14 до напряжения Уюмакс. При

У14пр. OwRll RBUX.12

УЮмакс - Уюмакс к, (1)

У вых. 12 Увх.12

При поступлении запускающих импульсов с генератора 8 через резистор 9 в цепь базы транзистора коммутирующего элемента 7 задается ток, транзистор отпирается, напряжения Уэ7 м УБ снижаются.

При достижении Уэ7 Ую отпирается диод 13. в его цепи появляется и растет ток, а ток базы транзистора коммутирующего элемента 7 при этом уменьшается, что пре пятствует дальнейшему сймжению Уэт, и Уэ7 фиксируется на уровне Уэ7 У ю, т.е. при отпирании запускающим импульсом транзистор коммутирующего элемента 7 работа1где

К

.-

ет в режиме эмиттерного повторителя, обеспечивая Уэ7 У ю, а диод 13 выполняет роль диода смещения.

При отпирании элемента 7 диод 14 запирается, а конденсатор 10 разряжается через резистор 11 и через диод 13 и резистор 9. При этом к моменту окончания запускающих импульсов напряжение на конденсаторе 10 достигает величины Уюмин.

При отпирании элемента 7 накопитель 4 разряжается через элемент 7 и нагрузку 5, за счет чего на нагрузке 5 формируется импульс напряжения величиной

15У5 У4-Уэ7,(2)

гдеУэ7 УЮ.(3)

Элемент 6 при этом заперт. К моменту окончания запускающих импульсов накопитель 4 разряжается до напряжения У4мин.

20Напряжение на нагрузке 5 в начале импульса в соответствии с (2), с учетом (1) и (3):

У5нач. Уюмакс ). И)

Напряжение .на нагрузке 5 в конце импульса за счет изменения напряжений У4 и 25 УЮ при разряде накопителя 4 и конденсатора 10 составляет;

. . ., U разр. , . У5 кон. УЗ +

. 1ю разр. и

Сю

(5)

35

где с учетом того, что Ун У4 и при Rii R5, Rg RII

. Уб нач + Уб конfc

I4 разр (у)

40

1ю разр -

2 R5 У4 макс + У4 мин

2 RII

(7)

а

У4 мин У4 макс - (8)

Из (4) - (8) следует:

Уб кон Уб нач

50

УБ

нач

55

R5C4 1 -К

Ти 2

-RII Сю

R5 С4 Rii Сю , Rit Сю , т ги+- -+т

(9)

По окончании запускающего импульса ток базы транзистора коммутирующего элемента 7 становится равным нулю, транзистор запирается.

Обозначив через Ги опт. длительность импульса, соответствующую VSKOH Увнач, из (9) получают

г, оRS С4 Ги опт.

Rii-Cio -Y r --2(10)

.Введя обозначения

Ти опт

И N

Ги

Ти опт

ИЗ (9) и (10) получают

Vs кон Уб нач

1 -N

V5

roM.iw М (2 + 1)(

Для нормальной работы генератора необходимо условие

е

j м

или м -

1

In (1 - К)

(12)

Анализ выражения (9) и (11) показывает, что неравномерность вершины выходных импульсов генератора не зависит от амплитуды и скважности и в определенных пределах слабо зависит от длительности импульсов. Так, при М 5 (что соответствует примерно 20%-ному максимальному разряду накопителя 4) и К 0,3 в диапазоне длительностей импульсов от О до Ти опт (при этом N 0....1) неравномерность вершин импульсов не превышает +0,4% от Убнач., а в диапазоне длительностей импульсов от О до 1,2 Тиопт (или N 0...1,2) не превышает ±0,4%. При М 10(10%-ный максимальный разряд накопителя 4) и К 0,2 в диапазоне N 0...1 неравномерность вершин импульсов не превышает +0,11 % от Убнач, а в диапазоне N 0...1,2 не превышает ± 0,11%.

Следовательно, генератор без переналадки обеспечивает высокую точность поддержания плоской вершины выходных импульсов в широком диапазоне амплитуд, длительностей и скважностей импульсов. Применение в коммутирующем элементе

транзистора, включенного по схеме с общим коллектором (по схеме эмиттерного повторителя) обеспечивает, благодаря наличию глубокой отрицательной связи по току, низкую чувствительность устройства к

разбросу параметров транзисторов, позволяет (по сравнению с ламповым коммутирующим элементом) значительно сократить потери энергии в коммутирующем элементе.

Формула изобретения

Генератор прямоугольных импульсов, содержащий источник питания, один полюс которого соединен с общей шиной, о между другим полюсом и общей шиной последовательно включены первый зарядный элемент, накопитель и нагрузка. паралле.пьно которой включен второй зарядный элемент, коммутирующий элемент, генератор запускающих импульсов, соединенный с общей

шиной и подключенный выходом к одног.4у

выводу первого резистора, конденсатор и

второй резистор, отличающийся тем,

что, с целью расш ирения рабочего диапазона амплитуд, длительностей и скважностей

выходных импульсов при увеличении точности поддержания вершины импульсов, в него дополнительно введены делитель напряжения и два диода, а коммутирующий элемент выполнен на транзисторе, коллектор которого соединен с общим выводом делителя напряжения и с общей шиной, эмиттер - с входом делителя напряжения и с точкой соединения первого зарядного элемента с накопителем, а база - с другим

выводом первого резистора и через два соединенных последовательно диода, включенных в запирающем относительно тока базы направлении, - с выходом делителя напряжения, при этом точка соединения диодов через конденсатор связана с общей шиной и через второй резистор - с точкой соединения накопителя и нагрузки.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в передающих устройствах, в контрольно-измерительном и испытательном оборудовании. Генератор прямоугольных импульсов содержит источник питания, один полюс которого соединен с общей шиной, а между другим полюсом и общей шиной последовательно включены первый зарядный элемент, накопитель и нагрузка, зашунтированная вторым зарядным элементом, коммутирующий элемент, генератор запускающих импульсов, соединенный с общей шиной и подключенный выходом к первому резистору, конденсатор и второй резистор. С целью расширения рабочего диапазона амплитуд, длительностей и скважностей выходных импульсов при увеличении точности поддержания плоской вершины импульсов коммутирующий элемент выполнен на транзисторе и дополнительно введены делитель напряжения и два диода. 1 ил.