Устройство формирования экспоненциального напряжения Советский патент 1980 года по МПК H03K3/02 

Настоящее изобретение касается импульсной техники и может быть использовано в информационно-измерительной и вычислительной технике. Известен генератор экспоненциального напряжения, содержащий усилительный элемент, ключевое устройство, параллельную RC-цепочку, блок управлений источник напряжения 1. Однако у известного генератора величина начального напряжения зависит от параметров усилительного элемента и поэтому нестабильна. Кроме того сопротивление нагрузки оказьивает влияние на величину постоянной времени экспо ненциального напряжения. Известен также генератор экспоненци ального напряжения, построенный на основе заряда в разряде конденсатора.через постоянное сопротивление. Для умен шения влияния нагрузки выходное напряжени.- конденсатора здесь усиливается усилителем 2. Недостатком этого генератора является зависимость величины начального значения экспоненциального напряжения от величины коэффициента усилителя. В диапазоне температур ±60 С изменение величины начального напряжения экспоненты превышает 5%, Наиболее близким по технической сущности решением к предлагаемому является устройство формирования экспоненциального напряжения, содержащее входной усилительный элемент, ключевое устройство, последовательную 1 С-цепочку С ЗЗ. Недостатком этого устройства является зависимость начального напряжения от величин падения напряжения на двух усилительных элементах (эмиттерных повторителях). Однако известно, что напряжения база змиттер транзисторов существенно изменяются с изменением температуры. Это приводит к нестабильности величины начального напряжения экспоненты. Цель изобретения - повышение стабильности начального значения экспоненциального напряжения.

Для этого в устройство формирования экспоненциального напряжения, содержащее источник входного напр51жения, выхо которого соединен со входом инвертирующего -усилителя, интегрирующую RC- аепь, вход которой соединен с выходом рвчэрядного ключа, входы которого подключены к выходу инвертирующего усилителя и к общей шине, а выход интегрирующей gC-иепи соединен со входом согласующего усилителя, введены коммутирующий ключ, интегратор и блок управления, причем вход интегратора соединен с выходом коммутирующего ключа, входы которого подключены к выходу согласую щего усилителя и к выходу источника входного напряжения, выход интегратора соединен с управляющим входом инвертирующего усилителя, а выходы блока управления соединены с управляющими входами разрядного и коммутирующего ключей.

Введение интегратора и ключа позволяет производить сравнение величины начального напряжения экспоненты с входным на пряжением и создавать управляющее воздействие, подаваемое на управляющий вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства формирования экспоненциального напряжения.

Устройство формирования экспоненциального напряжения содержит источник

1входного напряжения, инвертирукрщий усилитель 2 с регулируемым коэффициентом усиления, блок управления 3, ключ 4, интегрирующую RC-цепь/ 5, согласующий усилитель 6, коммутирующийр ключ

7, интегратор 8. ...

Устройство формирования, экспоненциального напряжения работает следующим образом. Входное напряжение с, выхода источника 1 входного напряжения поступает на вход инвертирующего усилителя

2с регулируемым коэффициентом передачи - К. На его выходе образуется напряжение равное К. U- , . Сигналом с первого выхода блока управления.

3переключается ключ 4, подключая ; вход последовательной 1 С-цепочки 5,

то к напряжению - К U , то к общей шине. При этом происходит заряд и разряд конденсатора RC-цепочки 5. Время разряда и время заряда одинаков и равны Т/2, где Т - период следования импульсов с выходом блока 3 управления. На выходе этой цепочки во время

7146224

заряда конденсатора формируется экспоненЦиальное напряжение.

3i (-«)

а во время разряда

--i, - ,

где .г- постоянная времени цепочки 5. ,

Эти экспоненциальные напряжения усиливаются согласующим усилителем 6, имеющим .коэффициент передачи К, .

На выходе устройства в течение пе- риода Т, соответственно, будем получать экспоненциальные напряжения

-u(, u,-u,

Э1

где

и.к„-к.-ивк

Напряжения U

и и

поступают

э

Э2

через коммутирующий ключ 7 на вход интегратора 8 и уменьшают заряд кон- 5. денсатора интегратора 8 на величину

.

(1)

где К,

коэффициент передачи интегратора 8,

Т г

t ™,

% тJ нO-Ocit.,e dt.(2),

от

2

На второй вход коммутирующего ключа 7 с источника выходного напряжения 1 подано входное напряжение, которое за период Т вызывает увеличение заряда конденсатора интегратора на величину

2 .(3)

Коммутирующий ключ. 7 сигналами со BTOpoiro выхода блока управления 3 управляется так, что в течение одного периОда Т формирования экспоненциального напряжения соединен с выходом устройства, а в течение следующего периода - с выходом иcтoчниka входных, сигналов 1.. . ,,

В установившемся режиме изменения зарядов одинаковы и из равенства

,

ч (4)

с учетом (1), (2), (3) получаем

и 2.и .

и вх.

Таким образом величина начального напряжения предложенного устройства oKooi.aiaorcH ноааочсящей от параметре схемы It потому стабильной. Покажем, что изменения параметров схемы, в частности, коэффициентов передачи усилительных элементов, не приводит к изменению величины начального напряжения экспоненты, В пост|1)оенном устройстве величина коэффициента передачи инверти{)ующёго усилителя 2 выбирается равной К -Кн.ог,. . где Raon. - начальное значение сопротивления оптрона, определяемое током, протекающим через лампочку оптрона от источника Е при выход ном напряжении J интегратора 8 равном нулю. При этом должно выполняться - Кгусловие К. 2, и,.следовательно. обеспечивается равенство J 2U даже при О. Пусть с изменением внешних условий например, температурь изменились величина коэффициентов передачи усилитель теперь уже К ных элементов и и как следствие . Это приведет к тому, что начнет изменяться величина напряжения Ц на выходе интегратора. Напряжение U О добавляясь к напряжению Е изменит ток протекающий через оптрон, что приведет к изменению его сопротивления и, следовательно, к изменению коэффициента передачи К у инвертирующего усилителя 2, Изменение коэффициента передачи будет происходить до тех пор, пока вновь наг пряжение интегратора 8 не достигнет величины и , при котором станет выполняться равенство (4) и следовательно вновь установится величина начально го напряжения экспоненты, определяемая (5). Установившееся значение напряжения интегратора u будет сохраняться и следовательно, будет сохраняться новое установившееся значение коэффициента передачи инвертирующего усилителя, обе печивающее выполнение равенства (5). В установившемся режиме устройство работает как безынерционное. Введение новых элементов, ключа и , интегратора, позволило значительно повысить стабильность начального напряже ния экспоненты, С помощью ключа осуществляется поочередное подключение ко входу интегратора входного напряжения и экспоненциального. Интегратор выполняет сравнение средних напряжений, поступлющих на.его вход, и вырабатывает управляющее воздействие на усилитель с регулируемым коэффициентом передачи. Благодаря этому устанавливается такое значение коэффициента усиления усилителя 2, при котором обеспечивается точное соблюдение равенства. Нестабильность начального значения напряжения экспонентьт, по сравнению, с известным устройствотЛ, уменьшилась более, чем в 10 раз. Устройство формирования экспонендшшьнаго напряжения, выполненное по описанной схеме, было изготовлено и испытано на кафедре автоматики и телемеханики Смоленского филиала МЭИ, Устройство имеет следующие данные: амплитуда выходного напряжения 5В; постоянная времени экспоненты 0,1 мс, нестабильность начальной амплитуды в диапазоне температур i 60 С не превышает 0,3%. Формула изобретения Устройство формирования экспоненциального напряжения, содержащее источник входного напряжения, выход которого соединен со входом инвертирующего усилителя, интегрирующую RC-цепь, вход которой соединен с выходом разрядного ключа, входы которого подключены к выходу инвертирующего усилителя и к общей шине, а выход интегрирующей RC цепи соединен со входом согласующего усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности начального уровня выходного сигнала, в него введены коммутирующий ключ, интегратор и блок управления, причем вход интегратора соединен с выходом коммутирующего ключа; входы которого подключены к выходу согласующего усилителя и к выходу источника входного напряжения, выход интегратора соединен с управляющим входом инвертирующего усилителя, а выходы блока управления соединены с управляющими входами разрядного и коммутирующего ключей. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1,Куликовский и др. Автоматические измерительные приборы с устройствами для выполнения математических операций, М,, Энергия, 1970, с. 51, рис,54.. 2,Смолов В, Б. Вычислительные машины непрерывного действия, М,, Высшая школа; 1964, с. 185, рис, 1У-13. 3,Авторское свидетельство СССР № 535723, кл, И 03 К 3/02, 1976 (прототип),