Генератор треугольного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H03K4/50 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, при построении задающих перестраиваемых генераторов.

Целью изобретения является повышение симметрии выходного напряжения

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

Генератор треугольного напряжения содержит интегратор 1, выход которого соединен с выходной шиной 2 устройства и управляющим входом компаратора 3, первый выход которого соединен с управляющим входом переключателя 4 тока, выход которого подключен к входу интегратора 1, первый 5 и второй б генераторы тока, источник 7 сигнала установки частоты и источник 8 модулирующего напряжения, первый 9 и второй 10 резисторы, первый 11 и второй 12 детекторы среднего значения и дифференциальный каскад 13, первый и второй управляющие входы которого соединены, соответственно, с выходом первого 11 и второго

12детекторов среднего значения, третий управляющий вход дифференциального каскада 13 подключен к первому выходу первого генератора 5 тока, первый выход дифференциального каскада

13соединен с первым управляющим входом второго генератора 6 тока, второй выход - с вторым управляющим входом второго генератора 6 тока, первый выход которого соединен с первым сигнальным входом переключателя

4 тока, второй сигнальный вход которого соединен с вторым выходом первого генератора 5 тока, управляющий вход которого соединен с вторым выходом второго генератора 6 тока, сигнальный вход которого подключен к выходу источника 7 сигнала установки частоты, а третий управляющий вход подключен к выходу источника 8 модулирующего напряжения, опорный вход компаратора соединен через первый резистор 9 с общей шиной устройства, а через второй резистор 10 - с первым выходом компаратора 3 и входом первого детектора 11 среднего значения, второй выход компаратора соединен с входом второго детектора 12 среднего значения.

Первый генератор 5 тока содержит с первого по третий транзисторы 14-16 n-p-iv-типа,. с третьего

0

0

0

5

0

5

0

5

по пятый резисторы 17-19, первый источник 20 питания, причем коллектор первого транзистора 14 соединен с его базой, базами второго и третьего транзисторов 15 и 16 и управляющим входом первого генератора 5 тока, эмиттеры первого-третьего транзисторов 14-16 соединены соответственно через третий-пятый резисторы 17-19 с первым источником 20 питания, коллектор второго транзистора 15 подключен к второму выходу, а коллектор третьего транзистора 16- к первому выходу первого генератора 5 тока.

Второй генератор тока содержит с первого по четвертый транзисторы 21-24 р-п-р типа, с шестого по десятый резисторы 25-29, конденсатор 30, второй источник 31 питания, причем база первого транзистора 21 p-n-p-типа соединена с базой второго транзистора 22, базой третьего транзистора 23 p-n-p-типа, эмиттером четвертого транзистора 24 и через шестой резистор 25 с вторым источником 31 питания, который через седьмой резистор

26соединен с эмиттером первого транзистора 21, через восьмой резистор

27- с эмиттером второго транзистора 22 р-п-р-типа и через девятый резистор 28 с эмиттером третьего транзистора 23 p-n-p-типа, эмиттер первого транзистора 21 р-п-р-типа соединен через конденсатор 30 и резистор 29 с третьим управляющим входом второго генератора тока, эмиттеры второго и третьего транзисторов 22 и 23 соединены соответственно с первым и BTOPLIM управляющими входами второго генератора тока, коллектор первого транзистора 21 соединен с сигнальным входом второго генератора 6 тока и базой четвертого транзистора 24 р-п-р-типа, коллектор которого соединен с общей шиной, коллектор второго транзистора 22 соединен с вторым выходом, а коллектор третьего транзистора 23 - с первым выходом второго генератора 6 тока.

Переключатель 4 тока содержит четыре диода 32-35, соединенных по схеме диодного моста, причем аноды первого 32 и второго 33 диодов подключе1- ны к первому сигнальному входу переключателя 4 тока, катод первого диода 32 соединен с анодом третьего диода 34 и управляющим входом переклю-

5

чателя 4 тока, катод второго диода 33 соединен с анодом четвертого диода 35 и выходом переключателя 4 тока.

Дифференциальный каскад 13 построен на транзисторах 36 и 37, интегратор 1 - на конденсаторе 38 и усилпте- теле 39.„.

Устройство работает следующим образом.

Принцип действия генератора треугольного напряжения поясняется временными диаграммами на фиг.2, где представлены изменения тока на сигнальном входе второго генератора 6 тока (фиг.2а), тока через конденсатор 38 интегратора 1 (фиг.26),.напряжения на выходной пине 2 фнг.2в), опорном входе компаратора 3 (фиг.2г), и соответственно на первом и втором выходах компаратора 3 (фиг.2д,е), а также токов соответственно через первый и второй выходы дифференциального каскада 13 (фиг.2ж,з).

В диаграммах ток источника 7 сигнала установки частоты и ток заряда конденсатора 38 интегратора 1 приняты положительными, а ток разряда конденсатора интегратора 1 - отрицательным.

Различие в уровнях токов диаграмм фиг.2а,б учитывает протекание через первый и второй управляющие входы второго генератора 6 тока выходных токов дифференциального каскада 13,

При положительном напряжении на первом выходе компаратора 3 первый 32 и четвертый 35 диоды переключателя 4 тока закрыты, а второй 33 и третий 34 диоды открыты. Поэтому ток с первого выхода второго генератора 6 тока протекает через первый сигналь- ньв 1 вход переключателя на его выход и заряжает конднсатор 38 интегратора-1. При этом ток второго выхода первого генератора 5 тока протекает через второй сигнальный вход переключателя 4 тока, третий диод 34 переключател 4 тока, его управляющий вход и первый выход компаратора 3„ Напряжение на выходе интегратора 1 нарастает до тех лор, пока не превысит напряжения на опорном входе компаратора 3. При превышении изменяется состояние компаратора 3 и на первом выходе компаратора появляется отрицательное напряжение, а на втором выходе - положительное напряжение

я

10

15

20

25

93826

Состояние диодов переключателя тока изменяется на противоположное: второй 33 и третий 34 диоды закрываются, в первым 32 и четвертый 35 диоды открываются. В этом состоянии через выход переключателя 4 тока протекает юк второго выхода первого генератора 5 тока и происходит разряд конденсатора 38 интегратора 1. Ток первого выхода второго генератора Ь тока протекает через открытый первый 32 диод переключателя 4 тока в цепь первого нмчода компаратора 3„ При разряде конденсатора выходное напряжение интегратора 1 убывает по линейному закону до тех пор, пока не станет меньше отрицательного па- пряжения смюрного входа компаратора 3. При достт-ампш указанного соотношения напряжении изменяется состояние компаратора 3 и переключателя 4 тока и повторяется заряд конденсатора интегратора 1.

При равенстве1 зарядного и разрядного токов конденсатора 38 интегратора 1 , что обеспечивается при согласованности тран-шеторол в первом 5 и втором 6 генераторах тока, гене- 30 ратеэр треугольного напряжения вырабатывает напряжению с равными скоростями нарастания и убывания. В эт7т случае напряжения на первом и втором чыходах компаратора 3 представляют меандр (диаграммы фиг.2д.е до момента времени Li)„ Выходные напряжения первого и второго детекторов „среднего значения оказываются в этом случае рапными и ток с перво го выхода псфного 5 генератора тока, поступающий па третий управляющий вход дие ферснциалыюго каскада 13, распределяется поровну между первым и вторым выходами дпе .тференциального каскада 13.,

При постоянной емкости конденсатора интегратора 1 частота треугольного напряжения пропорциональна току заряда (разряда), который пропорционален току источника 7 сигнала установки частоты. При изменении тока источника 7 в иироких пределах (от десятков мкА до десятков мА) несогласованность параметров транзисторов, возникающая ввиду изменения режимов работы транзисторов первого 5 и второго 6 генераторов тока, нарушает равенство токов заряда и разряда конденсатора интегратора 1 и, как35

40

45

50

55

следствие, симметрию выходного треугольного напряжения ввиду различия скоростей нарастания и убывания.

Для пояснения совместной работы первого и второго детекторов среднего значения, дифференциального каскада с другими блоками устройства принимаем, что в момент времени t (фиг.2) ток источника 7 сигнала установки частоты изменяется в два раза. При идеальной работе первого и второго генераторов 5 и 6 токов частота генератора треугольного напряжения увеличивается в два раза (пунктирные линии диаграмм на ,в).

Предположив, что ток разряда в интервале (t tj)превысил ток заряда, получаем нарушение симметрии выходного напряжения (сплошная линия диаграммы фиг.2в). Несимметрия выходного напряжения вызывает отклонение от меандра выходных напряжений компаратора 3 и, следовательно, нарушается равенство выходных напряжении детекторов 11 и 12 среднего значения о При этом нарушается равномерное распределение тока первого выхода первого генератора 5 тока в дифференциальном каскаде 13: ток через первый выход увеличивается (сплошная линия фиг.2ж), а через второй выход уменьшается (сплошная линия диаграммы на фиг.2з), что уменьшает различие токов заряда и разряда конденсат- тора 1 (фиг о 2-6) и улучшает симметрию напряжения на выходе (сплошная линия диаграммы на фиг.2в).

Аналогично симметрирование выходного напряжения протекает при час- ротной модуляции, когда на третьем управляющем входе второго генератора 6 тока действует модулирующее напряжение источника 8.

Следует отметить, что при повышении частоты генератора, вызванном увеличением сигнала источника 7 сигнала установки частоты, уменьшаются выходные напряжения первого и второго детекторов среднего значения (уменьшаются заштрихованные площади диаграмм на фиг02д,ж), что снижает разбаланс дифференциального каскада 13 и уменьшает различие между токами его первого и второго выходов. Компенсация этого явления достигается увеличением тока третьего управляющего входа дифференциального каскада 13 при повышении частоты генератора.

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1.Генератор треугольного напряжения, содержащий интегратор, выход которого соединен с выходной шиной устройства и управляющим входом компаратора, первый выход которого соединен с управляющим входом переключателя тока, выход которого подключен

к входу интегратора, первый и второй генераторы тока, источник сих- нала установки частоты и источник модулирующего напряжения, первый и второй резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения симметрии выходного напряжения, в него введены первый и второй детекторы среднего значения и дифференциальный каскад, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго детекторов среднего значения, третий управляющий вход диф-.-.ч ференциального каскада подключен к первому выходу первого генератора тока, первый выход дифференциального каскада соединен с первым управляющим входом второго генератора тока, второй выход - с вторым управляющим входом второго генератора тока, первьй выход которого соединен с первым сигнальным входом переключателя тока, второй сигнальный вход которого соединен с вторым выходом первого генератора тока, управляющий вход которого соединен с вторым выходом второго генератора тока, сигнальный вход которого подключен к выходу источника сигнала установки частоты, а третий управляющий вход подключен к выходу источника модулирующего напряжения, причем опорный вход компа- paiopa через первый резистор соединен с общей шиной устройства, через второй резистор - с первым выходом компаратора и входом первого детектора среднего значения, второй выход компаратора соединен с входом второго детектора среднего значения.

2.Генератор по п01, о тли - чающийся тем, что первый генератор тока содержит первый, второй и третий транзисторы п-р-п-типа, третий, четвертый и пятый резнеторы, причем коллектор первого транзистора n-p-n-типа соединен с его - базой, с базой второго и базой третьго транзисторов n-p-n-типа и управляющим входом первого генератора тока, эмиттеры первого, второго и третьего транзисторов n-р-п-типа соединены соответственно через третий, четвертый и пятый резисторы с шиной первого источника питания, коллектор второго транзистора подключен к второму выходу, а коллектор третьего транзистора - к первому выходу первого генератора тока.

3. Генератор по п.1, о т л и - чающийся тем, что второй -генератор тока содержит первый, второй и третий и четвертый транзисторы р-n-p-тнпа, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый резисторы и конденсатор, причем база первого транзистора p-n-p-тнпа соединена с базой второго транзистора р-п-р-ти

0

первого транзистора соединен через последовательно соединенные конденсатор и десятый резистор с третьим управляющим входом второго генераг тора тока, эмиттер второго и эмиттер третьего транзисторов p-n-p-типа соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго генератора тока,коллектор первого транзистора p-n-p-типа соединен с сигнальным входом второго генератора тока и базой четвертого транзистора р-п-р- типа, коллектор которого соединен с обцей тиной, коллектор второго транзистора p-n-p-типа соединен с вторым выходом, а коллектор третьего транзистора p-n-p-типа - с первым выходом второго генератора тока.

4. Генератор по п.1, о тли- ч л ю щ и и с я тем.что,переключатель тока содержит четыре диода, соединенных по схеме диодного моста, причем аноды первого и второго диодов

Изобретение относится к импульсЩт ной технике и может быть использовано, например, при построении задающих перестраиваемых генераторов Цель изобретения - повышение симметрии выходного напряжения. Цель реализуется путем построения устройства на основе интегратора 1, выполненного на базе усилителя J9, компаратора 3, детекторов 11, 12 среднего значения, дифференциального каскада 13, первого и второго генераторов 5 и 6 тока, к которым подключены источник 7 сигнала установки частоты и источник 8 модулирутцего напряжения,, 3 з.п„ cp-jn i, 2 ил. ел

па,базой третьего транзистора р-п-р-гн-35 подк.шочсны к первому сигнальному па,эмиттером четвертого транзистора p-n-p-типа и через шестой резистор с шиной второго источника питания, которая через седьмой резистор соединена с эмиттером первого транзистора p-n-p-тииа, через восьмой резист ор с эмиттером второго транзистора p-n-p-типа и через депятый резистор -с эмиттером третьего транзистора- р-п-р-типа, причем эмиттер

30

входу переключателя TOK.I, катоды третьего и четвертого диодов подк чены к второму сигнальному входу переключателя тока, катод первого диода соединен с анодом третьего да и управляющим входом переключа ля тока, катод второго диода соед нен с анодом четвертого диода и в ходом переключателя тока.

подк.шочсны к первому сигнальному

входу переключателя TOK.I, катоды третьего и четвертого диодов подключены к второму сигнальному входу переключателя тока, катод первого диода соединен с анодом третьего диода и управляющим входом переключателя тока, катод второго диода соединен с анодом четвертого диода и выходом переключателя тока.

а

-Х /Ч

/

3 &

&

Фиг. i

/

/X

WvVxxA

I

1

1

1

1

i

I

м