УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1968 года по МПК H03M1/60 

В практике автоматического управления, телеуправления, телеметрии и аналого-цифрового преобразования сигналов часто необходимы генераторы импульсов, частоту которых можно плавно регулировать с помощью управляющего напряжения. Другой возможной областью применения управляемых генераторов импульсов являются дискретные (бинарные) корреляционные измерительные системы, в которых функции блока регулируемого запаздывания выполняет регистр сдвига с переменной частотой продвигающих импульсов, получаемых от управляемого напряжением генератора тактовых импульсов.

Известны управляемые генераторы типа мультивибраторов, изменение частоты которых основано на изменении напряжения смещения. Однако существенным недостатком их является малый динамический диапазон по частоте - не более 10-20. Известные устройства не могут быть применены в тех случаях, когда требуется большой диапазон изменения частоты одновременно с простотой и надежностью.

Схема предлагаемого генератора переменной частоты дана на чертеже.

Генератор представляет собой несимметричный мультивибратор на транзисторах 1, 2, в котором ток разряда одного из конденсаторов 3 связи в основном определяет период следования импульсов (интервал между ними). Время разряда конденсатора 3 постоянно и определяет длительность прямоугольных импульсов, создаваемых генератором. Потенциометр 4 служит для установки начальной частоты генератора.

Генератор работает следующим образом.

В конце тактового импульса мультивибратор опрокидывается (транзистор 1 открывается, а транзистор 2 закрывается). К этому времени конденсатор 5 разряжен, конденсатор 3 заряжен (примерно до величины напряжения питания U_п). Затем конденсатор 5 заряжается через резистор 6 и промежуток эммитер-база транзистора 1. После зарядки конденсатора 5 через резистор 7 протекает небольшой ток базы транзистора 1, и последний остается открытым. Ввиду того, что при этом коллектор его находится под потенциалом +U_п и конденсатор 3 заряжен до этого потенциала, база транзистора 2 находится под потенциалом +2U_п, т.е. она имеет положительное смещение. Вследствие этого транзистор 2 заперт, и током его базы можно пренебречь. Конденсатор 3 разряжается только через транзистор 8, представляющий собой эмиттерный повторитель входного управляющего напряжения U_упр. Это значит, что ток конденсатора 3 зависит строго линейно от управляющего напряжения

где I_сз - ток заряда конденсатора;

U₁ - падение напряжения на резисторе 9;

R₁ - сопротивление резистора 9;

U_{эб const} - падение напряжения на переходе база-эмиттер.

После разряжения конденсатора 3 смещение на транзисторе 2 отрицательное; мультивибратор опрокидывается и выдает импульс. Таким образом, время разряда конденсатора 3 определяет длительность паузы (интервала между импульсами).

При U_упр=const длительность паузы легко определить по величине заряда конденсатора 3:

где C₁ - емкость конденсатора 3;

U_п - напряжение питания;

Т_п - длительность паузы (интервала между импульсами).

Подставляя (1) в (2), получим:

Во время импульса конденсатор 3 заряжается через резистор 9 и промежуток эмиттер-база транзистора 2. После окончания заряда конденсатора 3 протекающая через транзистор 8 часть тока базы транзистора 2 держит последний в открытом состоянии. Одновременно во время импульса происходит разряд конденсатора 5 через промежуток эмиттер-коллектор транзистора 2 и диод 10. За счет такого включения диода обеспечивается малое время разряда конденсатора 5. Падение напряжения на диоде 10 создает положительное смещение на транзисторе 1, запирающее последний. После разряда конденсатора 5 начинается его заряд с обратной полярностью через резистор 7 и транзистор 2. В результате база транзистора 1 получит отрицательный потенциал, транзистор 1 открывается, и тактовый импульс прекращается. Таким образом, время разряда конденсатора 5 определяет длительность импульса

где С₂ - емкость конденсатора 5;

R₂ - прямое сопротивление диода 10;

R_эб - сопротивление перехода эмиттер-база транзистора 1. Если в выражение

подставить два предыдущих уравнения, то получим выражение, определяющее частоту генератора импульсов в установившемся режиме

Как видно из этого выражения, частота генератора пропорциональна управляющему напряжению.

Преимуществом предложенной схемы является простота, устойчивая работа в очень широком диапазоне частот (от 1:500 до 1:2000) и хорошая линейность характеристики. Ограничительный резистор 11 и конденсатор 12 вместе с потенциометром 4 служат для установки начальной частоты генератора. Ограничительный резистор 13 служит для подачи управляющего напряжения на базу транзистора 8.

Управляемый генератор импульсов, выполненный в виде несимметричного мультивибратора, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности, в нем к базе одного из триодов мультивибратора подключен коллектор триода, эмиттер которого соответственно соединен через резисторы с нулевой шиной и потенциометром установки начальной частоты, а база через резистор - с источником управляющего напряжения, причем между базой и эмиттером другого триода мультивибратора включен диод, анод которого соединен с базой, катод - с эмиттером триода.