Генератор экспоненциального напряжения Советский патент 1979 года по МПК H03K4/08 

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях.

Известен генератор, содержащий формирующий конденсатор, зарядный резистор, управляемый ключ, выходной эмиттерный повторитель, стабилитрон, нелинейный элемент 1. Недостатком его является нестабильность выходного напряжения, определяемая зависимостью от величины падения напряжения на выходном эмиттерном повторителе.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является генератор экспоненциального напряжения, содержащий ключевой элемент, параллельную RCцепь, включенную между выходом ключевого элемента и общей шиной устройства

2.

У известного генератора экспоненциального напряжения величина начального напряжения экспоненты зависит от величины падения напряжения на ключе и меняется с изменением температуры. На величину постоянной времени экспоненциального напряжения, определяемую в основном параметрами параллельной RC-цепочки, оказывает влияние сопротивление нагрузки.

Цель предлагаемого изобретения - стабилизация амплитуды выходного напряжения.

Цель достигается тем, что в генератор экспоненциального напряжения, содержащий ключевой элемент, параллельную RCцепь, включенную между выходом ключевого элемента и общей шиной устройства, введены согласующий усилитель, включенный между выходом ключевого элемента и

выходной шиной устройства, источник опорного напряжения, первый дополнительный ключевой элемент, устройство сравнения, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй

вход - с выходом устройства, а выход - с входом первого дополнительного ключевого элемента, импульсный усилитель, вход которого соединен с выходом первого дополнительного ключевого элемента, триггер,

входы которого соединены с выходами импульсного усилителя, второй дополнительный ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, интегрирующая RC-цепь, вход которой соединен с выходом второго дополнительного ключевого элемента, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегрирующей RC-цепи, второй вход соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - со входом ключевого элемента и устройства управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключевого элемента и первого дополнительного ключевого элемента.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема генератора экспоненциального напряжения; на фиг. 2, а-д даны временные диаграммы, поясняющие его работу.

Генератор экспоненциального напряжения содержит параллельную RC-цепь 1, ключевой элемент 2, согласующий усилитель 3, суммирующий усилитель 4, устройство сравнения 5, источник опорного напряжения 6, первый дополнительный ключевой элемент 7, импульсный усилитель 8, триггер 9, второй дополнительный ключевой элемент 10, интегрирующую RC-цепь 11, устройство управления 12.

На фиг. 2 , -Е соответственно амплитуды положительного и отрицательного напряжения it/n на выходе второго дополнительного ключевого элемента 10, At/, А(/1 - напряжения соответственно на входе и выходе первого дополнительного ключевого элемента 7, UT - напряжение на выходе триггера 9, U - выходное напряжение интегрирующей RC-цепи 11, f/on - напряжение источника опорного напряжения 6, it/вых - выходное напряжение генератора экспоненциального напряжения.

Работает генератор экспоненциального напряжения следующим образом.

Конденсатор параллельной RC-цепи 1 заряжается во время замкнутого состояния ключевого элемента 2, а во время его разомкнутого состояния разряжается через резистор параллельной RC-цепи 1 с постоянной времени т, определяемой параметрами этой цепи. Выходное напряжение параллельной RC-цепи 1 подается на вход согласующего усилителя 3, имеющего коэффициент передачи /С В период разомкнутого состояния ключевого элемента 2 на выходе согласующего усилителя 3, являющегося выходом генератора экспоненциального напряжения, получается экспоненциальное напряжение

вы (),

где (/н - выходное напряжение суммирующего усилителя 4, до которого заряжается конденсатор параллельной RC-цепи 1. Выходное напряжение согласующего усилителя 3 поступает на вход устройства сравнения 5, на второй вход которого подается напряжение iLon с источника опорного напряжения 6. На выходе устройства сравнения 5 образуется напряжение

,и,,-к,и,,, где /Ci и K.Z - коэффициенты передачи по соответствующим входам устройства срав- 65

нения 5. В конце заряда конденсатора RCцепи 1, непосредственно перед размыканием ключевого элемента 2, на короткое время tz-ti, ti-ta и т. д. замыкается первый дополнительный ключевой элемент 7 и выходное напряжение АС/ устройства сравнения 5, которое в этот момент оказывается равным Af/i /Cit/on-KzKU поступает на вход импульсного усилителя 8.

Выходное напряжение импульсного усилителя переключает триггер 9, выходной сигнал которого управляет работой второго ключевого элемента 10. При этом, если , ко входу интегрирующей цепи 11

через второй дополнительный элемент 10 оказывается подключено положительное напряжение -j-f, если - то отрицательное напряжение -Е. Если , то предыдущее состояние триггера 9 и второго дополнительного элемента 10 не изменяется.

Выходное напряжение U интегрирующей цепи 11 может быть представлено состоящим из двух составляющих, а именно - из

напряжения среднего уровня :f/o и переменной составляющей, имеющей треугольную форму (фиг. 2, д). Амплитуда переменной составляющей зависит от величины коэффициента усиления импульсного усилителя

8 и может быть получена достаточно малой. Напряжение U, поступая на вход суммирующего усилителя 4, добавляется к напряжению С/ош поступающему на его второй вход с выхода источника опорного напряжения 6. В результате изменяется величина выходного напряжения и„ суммирующего усилителя 4, благодаря чему и обеспечивается поддержание постоянного значения начальной амплитуды экспоненциального напряжения.

Из выражения для Af/i следует, что начальное напряжение экспоненты в установившемся режиме заключено в пределах

(и,,к,1К,-ш,к,) ки

(и,,К,1К,-Ш,1К,)

и не зависит от величины и следовательно от изменения коэффициентов передачи суммирующего усилителя 4, ключевого элемента 2 и согласующего усилителя 3.

Выбором величины коэффициента усиления импульсного усилителя 8 можно обеспечить достаточно малое значение величины АС/1 и следовательно высокую точность

поддержания начального напряжения экспоненты.

Сигналы для управления ключевым элементом 2 и первым дополнительным ключевым элементом 7 вырабатываются устройстБом управления 12.

Формула изобретения , Генератор экспоненциального напряжения, содержащий ключевой элемент, па