Генератор пилообразного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H03K4/08 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к синхронизируемым генераторам пилообразного напряжения, и может использоваться в различных радиоэлектронных устройствах, устройствах автоматики и управления.

Известен синхронизируемый генератор пилообразного напряжения, содержащий интегратор, компаратор и диодно-резистив- ные цепи и обеспечивающий нулевую привязку выходного напряжения и его синхронизацию. Недостатком этого устройства является то, что синхронизация выходного сигнала осуществляется одновременно с нулевой привязкой выходного напряжения в начале прямого хода пилы. Это может приводить к искажениям формы пилообразного сигнала (появление полочки на нулевом уровне), что во многих случаях является недопустимым.

Известно также устройство, содержащее интегратор и компаратор на операционных усилителях, источник опорного напряжения на резистивном делителе и ключевой элемент, обеспечивающее формирование несинхронизированного пилообразного напряжения с нулевой привязкой.

Недостатком этого устройства является невозможность синхронизации его работы внешним задающим сигналом требуемой частоты и, как следствие, нестабильность работы, обусловленная нормальным технологическим разбросом параметром его элементов и их температурным уходом.

Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения при обеспечении его внешней синхронизации.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор пилообразного напряжения, содержащий интегратор, выход которого соединен с выходной шиной и через резистор с неинвертирующим входом компаратора,

сл

с

VJ

4 Ю О 00 О

выход которого соединен с первым выводом последовательной диодно-резистивной цепочки, и шину управления, введен коммутируемый источник смещения, управляющий вход которого соединен с шиной управления, а первый и второй выводы соединены соответственно с общей шиной и с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выводом диодно-резистивной цепочки, а выход - с входом интегратора.

На фиг.1 приведена схеме генератора; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - пример возможной схемотехнической реализации.

Генератор пилообразного напряжения содержит интегратор 1, резистор 2, компаратор 3, резистор 4 и диод 5, образующие диодно-резистивную цепочку 6, коммутируемый источник смещения 7, общую 8 и управляющую 9 шины и выходную шину 10.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени ti напряжение на выходе интегратора 1 и, следовательно, на выходной шине 10 спадает до нулевого уровня (фиг.2а). При этом напряжение на инвертирующем входе компараторе 3 также спадает до нуля (фиг.2в).

Поскольку в этот момент в соответствии с управляющим синхросигналом на управляющей шине 9 напряжение между выводами коммутируемого источника смещения 7 равно нулю, напряжение на инвертирующем входе компаратора 3 также равно нулю, это вызывает переключение последнего в состояние, при котором на его выходе будет минимальное напряжение -Vm (фиг.2б).

После переключения компаратора открывается диод 5, и напряжение на инвертирующем входе компаратора скачком падает до величины- AVi -Vm -R2/(R2 + R4), где Кз и Rq - сопротивление резисторов 2 и 4 соответственно (фиг.2в), после чего начинает возрастать совместно с увеличением напряжения на выходе интегратора 1. В момент времени ta напряжение на инвертирующем входе компаратора 3 становится равным нулю. При этом напряжение на выходе интегратора 1, если пренебречь падением на диоде 5, равно V0 Vm Rg/R/jДля нормальной работы устройства необходимо, чтобы в некоторый момент времени t2, предшествующий моменту времени тз, на управляющую шину 9 был бы подан синхросигнал, в соответствии с которым напряжением между выводами источника смещения 7 изменяется от нулевого до некоторого положительного уровня V0n.

Синхросигнал должен сохраняться до некоторого момента времени t4, следующего за моментом времени t3.

На время действия синхросигнала на инвертирующем входе компаратора 3 будет присутствовать положительное напряжение Von источника смещения (фиг.2г), поэтому переключение компаратора произойдет не в момент ts, когда напряжение на его неинвертирующем входе достигает нуля, а позднее - в момент времени т.4 окончания действия синхросигнала, по его заднему

фронту, когда напряжение между выводами источника смещения падает до нуля.

После переключения компаратора 3 в состояние, при котором на его выходе присутствует максимальное выходное напряжение +Vm (фиг.2в), в момент времени t4 диод 5 запирается, и напряжение на неинвертирующем входе компаратора скачком увеличивается до величины, равной амплитуде выходного пилообразного напряжения VHM.

При этом напряжение на выходе интегратора 1 начинает уменьшаться, а напряжением на неинвертирующем входе компаратора 3 повторяет напряжение на выходе интегратора 1.

В момент времени ts напряжение на выходе интегратора 1 и соответственно на неинвертирующем входе компаратора 3 достигает нуля, компаратор переключается в состояние, при котором на его выходе будет

минимальное выходное напряжение -Vm, и далее процессы повторяются.

Для устойчивой работы генератора необходимо, чтобы соблюдалось условие т.е. необходимо, чтобы напряжение

на неинвертирующем входе компаратора пересекало бы нулевой уровень во время действия синхросигнала, а не до его появления и не после.

Кроме того, синхронизация возможна

лишь тогда, когда частота следования синхросигналов меньше собственной частоты генератора, определяемого значением постоянной интегрирования т интегратора 1, а длительность синхросигнала должна быть

не более половины периода его поступления.

Определим условия синхронизации генератора, т.е. связь между постоянной интегрирования т интегратора 1, частотой

синхронизации и длительностью синхросигнала Ти. Очевидно, что для момента t3 выполняется условие

V0 Vm -(t3-ti)/T, но V0 Vm .

тогда Vm Rfc/R Vm ()/ r, т.е. т R2/R4.

Примем момент времени t/i за начало отсчета, т.е. примем , что справедливо, поскольку речь идет о периодических сигналах.

Тогда t3 Т R2/R4.

Как уже отмечалось, необходимо, чтобы вы- полнялось условие , т.е. t2 т R2/R4, но t2 Т/2-Ти, где Т - период следования синхросигналов. Тогда Т/2-Ти г R2/R4, т.е. Т R2/R4.

Для того, чтобы синхронизация генератора осуществлялась бы задним фронтом синхросигнала, необходимо выполнение условие Vm (t4-t3)/ Т Von.

Учитывая, что , a t3 т R2/R4, имеем Vm -(Т/2-г- R2/R4)/ .

Таким образом, получаем условие синхронизации генератора:

Т/2-т- R2/R4 TM T/2 VmCT/2-r-R2/R4)/r Von, напряжения, определяющие соотношения между частотой генератора, длительностью синхросигнала и параметрами схемы.

За напряжением Vm с достаточной степенью точности можно принять положительное напряжение источника питания схемы.

При соблюдении этих соотношений генератор всегда будет работать синхронно с частотой без введения каких-либо вспомогательных связей между генератором и источником синхросигнала, т.е. реализуется принудительная синхронизация генератора внешним синхросигналом без искажения формы выходного напряжения.

Синхронизация генератора осуществляется по заднему фронту синхронизирующего сигнала в точке максимального значения выходного напряжения, что позволяет синхронизировать работу генератора

без искажения формы выходного сигнала, обеспечить стабильность частоты выходного сигнала, соизмеримой со стабильностью синхронизирующего сигнала, осуществить жесткую привязку минимального значения

выходного сигнала к нулевому уровню. Формула изобретения Генератор пилообразного напряжения, содержащий интегратор, выход которого соединен с выходной шиной и через резистор

с неинвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с первым выводом последовательной диодно-резистивной цепочки, и шину управления, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного сигнала при одновременном обеспечении внешней синхронизации, в него введен коммутируемый источник смещения, управляющий вход которого соединен с шиной управления, а первый и второй

выводы соединены соответственно с .общей шиной и с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединенсвторымвыводомдиодно-резистивной цепочки, а выход - с

входом интегратора.

Сущность изобретения: устройство содержит 1 интегратор (1), 2 резистора (2, 4), 1 компаратор (3), 1 диод (5), 1 коммутируемый источник (7) смещения, 1 общую шину (8), 1 управляющую шину (9), 1 выходную шину