Генератор импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K3/282 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники в качестве задающего генератора импульсов низкой частоты Известен генератор импульсов, содержащий два инвертора на биполярных тран 1сторах, включенные по кольцевой схеме, одна из связей осуществляется через хронирующую RC-цепь, перезаряд хронирующего конденсатора осуществляется через биполярный транзистор 1. К недостаткам зтого устройства следует отнести сравнительно низкую стабильность частоты колебаний в условиях изменяющихся характеристик окружающей среды, в первую очередь температуры. Другим недостатком зтого генератора является то, что с помощью ее можно генерировать колебания сравнительно высокой частоты. Это объясняется включением хронирующего резистора в базовую цепь биполярного транзистора. Уве личение сопротивления хронирующего резистора ограничивается режимом транзистора по посто-янному току и выполнением в схеме условий самовозбуждения. Существенного понижения частоты генерируемых колебаний можно добиться при исттользовании в схемах полевых транзисторов. Известен симметричный мультивибратор с коллекторно-затворными связями, содержандай два полевых транзистора и два биполярных транзистора: полевые транзисторы обеспеч тают возможность подключения ко входу каскада высокоомных хронирующих цепей, биполярньте транзисторы являются пороговыми элементами состояний устройства и вместе с тем обеспечивают хорошие усилительные свойства каскада, что гарантирует надежное возбуждение схемы. Каскады включены по кольцевой схеме с использованием двух хронирующих RC-цепей. Стабильность частоты колебаний этих устройств также сравнительно невелика и существенно зависит от величины напряжения отсечки полевых трайзисторов, имеющей значительный разброс. Другим недостатком этого класса устройств является использование в них двух хронирующих цепей и в первую очередь хронирующих конденсахоров, имеющих значительные габариты при необходимости обеспечения стабильности колеба ний в интервале температур. 1Лзвеёты тШфтр Шп инвертор на полевом транзисторе и инвертор на биполярном транзисторе, включенные по кольдевой схеме с одной непосредственной связью и одной емкостной СВЯЗЙ6, цепи из даода и х нирующего резистора, полевой транзистор, резистивный делитель 3. Автоколебательный режим в указанном генераторе достигается выбором напря ёки 1 смещ ния на затворе полевого транзистора (рабочей точки) в области активной работы устройства. При этом при подходе к границам этой зоны в устройстве действует положительная обратная связь и возникает автоматическая генерация. Ширину активной области можно определить по формуле . , где Д и. область изменения напряжения на затворе, в пределах которой устрой ство находится в активной режиме работы; -напряжение питания усгройстра; -крутизна переходной харШстерйСтнки полевого транзистора; -коэффициент прямой передачи тока бийдлЯрного транзистора; -коллекторная нагрузка биполярного транзистора; -стоковая нагрузка полевого транзис -(Х противление резистора между стоком полевого транзистора и базой биполярного транзистора. Как видно из формулы, практическая шири на активной области невелика. Отсюда вытекает первый недостаток устрой(йгМ: прйизменеига пар метров элементов устройства в реальных условиях эксплуатации (воздействие температурного фактори, старение элементов, йэменейиё напряжения питания) велика вероятность такого взадмного перемещения раЕючёй точки и области активной работы устройства, что рабочая точка выйдет из области активной работы, а, следовательно, произойдет невозбужденйе или срыв колебаний генератора. Второй недостаток описанного устройства закЛ1очается в том, что ее опрокидывание на гранипдх области активной работй происходят вблиш у :1ановившегося значения напряжения на хронирующем кодейсаторе. То есть на пологом уастке экспоненты; этим обстоятельством выэ&ана сравнительно низкая стабильность устpoifcraa в ушьвиях эксплуатаяда. Целью изобретения является улучшение условий Самовозбуждения и стабилизации частоты.

738108 Для достижения указанной цели в генератор импульсов, содержащий игоертор на полевом tpaHзиcт6pei и инвертор на биполярном транзисторе, включенные по кольцевой схеме с одной непосредственной связью и одной емкостной связью, образованной хронирующим .конденсатором, две параллельные цепи, состоящие каждая из последовательно включенных диода и хронирующего резистора, подключенных одним концом к затвору полевого транзистора, а другим - к средней точке резистнвного делителя, включенного между полюсом источника питания и общей точкой, причем диоды в параллельных цепях включены встречно, введены дополнительный биполярный транзистор другого типа проводимости и дополнительный резистивный делитель. Причем база дополнительного транзистора подключена к части коллекторной нагрузки инвертора на биполярном транзисторе, коллектор - к средней точке резистивного делителя, эмиттер- - к общей точке, дополнительный резистивный делитель подключен между полюсом источника питазшя и общей точкой, .--,..;ч а его средняя точка подключена к истокупоЛевого транзистора. Введение дополнительного биполярного транзистора и допол1штельного резистнвного делителя позволяет осуществлять опрокидьшаюте устройства на участках экспонент со сравнительно большой крутизной, чем достигается повышенная стабильность частоты колеб НИИ при изменении параметров устройства и величины питающего напряжения. Благодаря наличию в устройстве дополнительного резистивного делителя и дополнительного транзистора, коммутирующего потенциал на хронирующей ЯС-цёпн со стороны хрЬнируюЩего резистора, существенно расширяется область допустимых взаимных перемещений области активной работы и рабочей точки устройства, фиксируемой резистивными делителями, при которых в устройстве возбуждаются колебания. При этом напряжение между затвором и истоком в процессе перезаряда хронирующего конденсатора, стремится к установнвщемуся значению, лежащему с другой стороны области активной работы устройства, роэтому оно всегда попадает в эту збну. При настройке устройства, нсходя из требований стабильности частоты колебаний, зона активной работы удалена от установившихся в устройстве значений напряжения, вследствие этого вероятность невозбуждения или срыва колебаний при изменении параметров элементов в процессе эксплуатации сводится к нулю.., .На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит инвертор на пйлевом транзисторе 1, инвертор на биполярном транзисторе 2, хронирующий конденсатор 3, параллель ные цепи из диодов 4 и 5 и хронирующими резисторами 6 и 7, резистивный , делитель, состоящий из резисторов 8 и 9, дополнительный .биполярный транзистор 10, дополнительный резистивный делитель, состоящий из резисторов 11 и 12, коллекторную нагрузку транзистора 2 на резисторе 13, дополнительный резистор 14, конденсатор 15. Генератор импульсов работает следующим образом. В исходном состоянии при подаче напрянюния питания транзисторы 1, 2 и 10 закрьпы. Полевой транзистор 1 закрыт, поскольку кего затвору приложен потетщиал, близкий к нулю, складьгоающийся из напряжения на разряженном конденсаторе 3, и падения напряжения на резисторе 13 за счет зарядного тока конденсатора 3, которое мало, так как величи на сопротивления резистора 13 много, меньше СУММЫ сопротивлений резисторов 8, 6, входяших в цепь заряда. На исток полевого транзистора задается , больший напряжения отсечки полевого транзистора. Так как полевой транзистор находится в области отсечки, на базу транзистора 2 задается потенциал, близкий к Напряжению питания и транзистор 2 а, следовательно, и транзистор 10 закрыты. По мере заряда конденсатора 3 напряжение на затворе транзистора 1 возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к значению UH-UO EJJ и при достижении величины UQ - напряжение отсечки полевого транзистора; ,, Уд - напряжение. задаваемое делителем на резисторах 11, 12 в средней точке. Устройство переходит в активную область работы и опрокидьтается. При зтом полевой транзистор 1 открывается, транзисторь1 2 и 10 открьтаются и переходят в режи(51 насыщения. Хронирующий конденсатор 3 начинает перезаряжаться по цепи: полюс источника питания, насыщенный транзистор 2, хронирующий резистор 7, диод 5, насыщенный транзистор 10, общая точка. Напряжение на затворе уменьшается по экспоненциальному закону, стремясь к значе1шю U О и при достижении величины Q устройство опрокидьшается, в резуль тате чего полевой транзистор 1 и транзисторы 2, 10 закрьшаются. В устройстве начинается но вьш перезаряд ковденсатора 3 по цепи: поякк источника питания, резистор 8, диод 4, резисто б, резистор 13, общая точка устройства. Величина смещений на истоке полевого траюистора 1 задается резистивным делителем на резистбрах 11, 12 из условиях надежного опрокндыййния устройства и стабильности частоты опрокидывания во всех условиях эксплуатации. Коэффициент Передачи резистивного делителя на резисторах 8, 9 выбирается из условия обеспечошя стабильности частота -рпрокидьшаиия устройства при различных напряжениях питания. При величинах напряжения питания, удовлетворяющих условию EJJ 2UQ, резистор 9 в устройстве может отсутствовать. В момент перехода устройства из одного состояния в другое в работе устройства принимает участие конденсатор 15, ток перезаряда которого усиливает действие положительной обратной связи, создавая напряжение определенной полярности на резисторе 12. Резистор 12 при использовании полевого транзистора с управляющим р-п-переходом уменьшает влияние затворного тока на период колебаний генератора, за счет чего ловьпцается температур- . ная стабильность. При использовании полевого транзистора с изолированным затвором резистор 14 в устройстве может отсутствовать. Максимальная стабильность частоты колебаний в предлагаемом устройстве достигалась при настройке выбором соотношения плеч резистивюго делителя на резисторах 11, 12 такям образом, чтобы опрокидьшание устройства после формирования каждого из полупериодов происходило в моменть времени , которым на экспоненциальных кривых перезаряда хронирующего конденсатора соответствуют точки с одинаковой крутизной характеристик. При этом изменение параметров ряда элементов устройства (напряжения отсечки полевоготрагоистора.номиналбв сопротивлений резистивных делителей) и напряжения питания дают оддааковый по величине и противоположный по знаку вклад в длительность каждого из полупериодов.Период колебаний при этом остается неизме.нным. Формула изобретения 1. Генераторимпульсов, содержащий инвертор йа полевом транзисторе и инвертор на биполярном транзисторе, вклю ченньге по кольцевой схеме с одной непосредственной связью и одной емкостной связью, образованной хронирующим конденсатором, две параллельные цепи, состоящие каждая из последовательно вклшченньо: диода и хронирующего резистора подключенные одним концом к затвору полевого транзистора, а другим - к средней точке,|езист1шноп) делителя. подключенного между пол|6сом источника пн™™ « общей точкой, причем диоды в параллельных цепях включены встречно, о т л и ч ю щ в и с я тем, что, с целью улучшения условий самовозбуждения и стабилизации частоrti, в него введены дополнительный биполярный транзистор другого типа проводимости и дополнительный резистивный делитель, причем база дополнительного транзистора подключена к части коллекторной нагрузки инвертора на биполярном транзисторе, коллектор - к средней точке резистивного делителя, эмиттер - к общей точке, дополнительный резистивный делитель подключен между полюсом источника питания и общей точкой J его средняя точка подключена к истоку полевого транзистора.

Источники информации, принятые во в шмание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 422080, кл. Н 03 К 3/28, 08.04.74 (прототип).