ГЕНЕРАТОР ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ Советский патент 1974 года по МПК H03B5/00 G06G7/18 H03K4/00 

1

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в измерительной технике, в частности, в ядерной физике.

Известен генератор экспоненциальной функции, в котором для получения напряжения, меняющегося по экспоненциальному закону во времени, используются интегратор и инвертор. Сигнал с интегратора поступает на инвертор, выходной сигнал которого через обратную связь подается на вход интегратора. Такой генератор можно использовать только для получения экспоненциальной функции с периодом порядка 10 сек и менее. Кроме того, он не обеспечивает высокой точности в силу того, что интегратор и инвертор подвержены временному и температурному дрейфу.

Использование известного генератора для получения экспоненциальной функции высокой точности с периодами порядка 100 сек приводит к значительному усложнению его: к применению усилителя постоянного тока с модуляцией и демодуляцией.

Кроме того, из-за свойства интегрирующих конденсаторов в течение некоторого времени самопроизвольно заряжаться после того, как они разрядятся, значительно снижается точность генератора при частых пусках и сброся его.

Целью изобретения является повышение точности и увеличение периодов получаемой

экспоненциальной функции. Это достигается тем, что на вход и выход интегратора подключены модулирующий и демодулирующий транзисторы соответственно, на базы которых поданы в противофазе переключающие импульсы с управляющего генератора. Параллельно конденсатору интегратора подключен через ключ дополнительный конденсатор, а к входу интегратора подсоединена цепочка из сопротивления и диода, компенсирующая дрейф демодулятора.

На чертеже показана схема предлагаемого генератора.

Интегратор генератора содержит усилитель

1, к которому подключен модулятор на транзисторе 2. Усилитель обхвачен обратной связью с помощью интегрирующих ко 1денсаторов 3 и 4, соединенных перекидным переключателем 5. Параллельно конденсаторам 3 и 4 подключена цепочка б для задания начального уровня, состоящая из переключателя и источника напряжения. К выходу интегратора через сопротивление 7 подключен демодулятор на транзисторе 8, коллекторно-эмиттерный переход которого зашунтирован последовательно соединенными конденсатором 9 и диодом 10. Точка соединения носледних связана с входом интегратора через сопротивление 11, к которому через соиротивление 12 подключена цепочка из сопротивлепия 13 и диода 14.

К базам транзисторов 2 и 8 подсоединен генератор 15 управляющих импульсов.

В исходном состояпии переключатель цепочки 6 замкнут и кондепсаторы 3 и 4 заряжепы до напряжения источника питания этой цепочки, задающего начальный уровень экспоненты. Напряжение на выходе усилителя 1 близко по величине к напряжению па конденсаторах 3 и 4, так как коэффициент усиления усилителя достаточно велик. Транзистор 8, работающий в ключевом режиме, создает на своем коллекторе импульсы, амплитуда которых близка к уровню выходного напряжения усилителя. При этом па диоде 10 в силу заряда и разряда конденсатора 9 создаются импульсы, полярность которых противоположна полярности выходного напряжения усилителя, а фаза совпадает с фазой импульсов, поступающих па базу транзистора 8. Величина этих импульсов близка к выходпому напряжению усилителя, если величина сопротивления 11 много больше величины сопротивления 7. Эти импульсы создают ток через сопротивление 11, поступающий па вход усилителя, в тот момент, когда транзистор 2 заперт, так как управляющие импульсы с генератора 15 идут на его базу со сдвигом на 180° по отношению к управляющим импульсам транзистора 8.

При размыкании переключателя цепочки 6 через конденсаторы 3 и 4 протекает ток, который суммируется на входе с остальными токами на входе усилителя, в результате на его выходе начинает нарастать напряжение по экспоненциальному закону.

Для подготовки повторпого пуска переключатель цепочки 6 замыкают, а переключатель 5 переводят в противоположное положение, при этом выводы конденсатора 4 поменяются по отношению к выводам конденсатора 3. Пеобходимость такой операции обусловлена тем, что при разрядке конденсатора часть энергии остается запасенной в его диэлектрике, причем она медленно освобождается, что выражается в самопроизвольном заряде конденсаторов, который может привести к большой погрешности выходного сигнала. При встречном переключении конденсаторов эти заряды взаимно компенсируются, что значительно спил ает погрешность при частых включениях генератора.

Демодулятор, как отмечалось выше, предназначен для получения импульсов, полярность которых противоположна выходпому напряжению усилителя. Для изменения папряжения на выходе интегратора точно по экспоненциальному закону необходимо, чтобы амплитуда импульсов была пропорциональна этому напряжению, так как только в этом случае связь между токами на входе усилителя описывается дифференциальным нием первого порядка вида dU, , и.

-0,

di

где С

- суммарпая емкость конденсаторов 3 и 4,

/( - коэффициент пропорциональности между напряжением па выходе усилителя п амплитудой импульсов инвертирующего устройства, г - сопротивление И, Не - напряжение на выходе усилителя, и решением этого уравнения, как известно, является экспоненциальная функция

u, u,,i,

где Т - период функции,

0 - напряжение начального уровня.

Но так как линейная связь между напряжением Не и амплитудой импульсов на инвертирующем устройстве несколько нарушается, особенно в области малых напряжений

Uc, в силу имеющегося порога напряжения у диода 10, который также зависит и от температуры, то с целью повышения точности возникает необходимость его скомпенсировать. Эту компенсацию удается осуществить с помощью цепочки из сопротивления 13 и диода 14, подключенной к источнику питания, так как величину сопротивления 12 можно всегда выбрать такой, чтобы ток через пего, вызываемый падением напряжения на диоде 14, мог в значительной степени скомпенсировать погрешность, вызванную диодом 10.

Предмет изобретения

Генератор экспоненциальной функции, содержащий интегратор, па входе которого включена диодно-резпстивная цепочка, и генератор управляющих импульсов, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности и увеличения длительности периода экспоненты, к суммирующей точке интегратора подключен модулирующий транзистор, а к его выходу через резистор - демодулирующий

транзистор, коллекторно-эмиттерный переход которого зашуптирован последовательно соединенными конденсатором и диодом, точка соединения которых подключена через резистор к суммирующей точке интегратора, а на базы

модулирующего и демодулирующего транзисторов поданы управляющие импульсы в противофазе с указанного генератора, причем параллельно конденсатору интегратора подключен через ключ дополнительный интегратор.