Формирователь прямоугольных импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной технике. Для калибровок электронных вольтметров , во встроенных поверочных устройствах применяют источники прямозтольного напряжения, обладающие П-образной формой (напряжение меандра),. При П-рбразной форме все три значения напряжения: амплитудное, действую щее и среднее равны. Основой калибратора прямоугольного напряжения является формирователь. В формировateляx йрямоугольного напряжений преобразование постоянного напряжения в напряжение меандра осуществляется с помощью транзистор йой ключевой схемы. По основному авт. св. N 502492, известен формирователь импульсов, который формирует напряжение меандра. Он содержит температурно компенсированные стабилитроны; переходный конденсатор, балластные резисторы диодного стабилизатора напряжения, транзисторные ключи и р-н-р и транзисторный ключ типа п-р-п, мультивибратор, симметричный триггер, две ускоряющие RC-цепочки, и резисторы 1 Принципиальным недостатком такого устройства ящляется пониженная точность установки уровня выходного напряжения при вариации сопротивления резистора нагрузки , что ограничивает область его изменения как эталонного или образцового источника напряжения меандра при . калибровках электронных вольтметров, преобразователей амплитудного, действующего и среднего значений переменного тока. Этот недостаток обусловлен значительным динамическим сопротивлением температурно-скомпенсированных стабилитронов. Если сопротивление резистора нагрузки будет изменяться, что практически всегда имеет место, то изменится и уровень выходного нащжжения формирователя прямоугольных импульсов. Цель изобретения - повьпыение точности калибровки вьисодного уровня напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в формирователь прямоугольных импульсов по основному авт. св. № 502492, содержащий температурно-скомпенсированные стабилитроны, переходный конденсатор, балластные резисторы диодного стабилизатора напряжения, ключи на транзисторах типа р-п-р и ключи на транзисторах типа п-р-п, , мультивибратор, симметричны триггер, две yckoparoume ВС-цепбЧ1сИ и резистор введены резистор и операционный усилитель с делителем напряжения, включенных между вых дом операционного усилителя и общим выводо средняя точка делителя напряжения соединена с инвертируюидим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого цодалючен к термоскомпенсированным стабили1 нШ И R одному из выводов вновь введенно го резистора, второй выход которого соединен с переходным конденсатором и с общим выводом операционного усилителя. На фиг. 1 представлена принципиальная злектрическая схема формирователя прямоугольных импульсов; на фиг. 2 дана эквивален ная схема формирователя импульсов для мгновенного эгГачения напряжения. ФбршрЬвателб Прямоугольного напряжения содержит мультивибратор 1, симметричный триггер 2, переходный конденсатор 3, ключ на транзисторе 4 типа р-п-р , ключевое устройство 5 на стабилитронах 6 и 7 резисторе 8, операционном усилителе 9 с делителем напряжения на резисторах 10, и 11, ускоряющие ПС-цепочки на резисторах12, 13 и конденсаторах 14, 15, резисторы 16, 17, 18, 19, ключи натранзисторе 20 р-п-р и ключ на транзисторе 21 п-р-п, резис тор нагрузки 22. ФйрШгрЬШтель прШоугольных импульсов работает следующим образом. Допустим, что в исходном состоянии ключ на транзисторе 4 вьпслючен, тогда ключи на транзисторах 20, 21 включены благодаря тому, что они охвачены положительной обратной с язью. В зтом случае ток от положительного источника постоянного напряжения к отри IgftienSHoMy протекает по двум путям: через стабилитрон 6 и резистор 8, а также через резистор нагрузки 22 и выходное сопротивление операционного усилителя 9. (На выходе форми рователя прямоугольных импульсов формируетс отрицательный импульс напряжения; через змиттер-базу транзистора 20, резистор 12 и кон денсатор 14, далее через резистор 16, открытый транзистор 21. Ток заряда переходного конденсатора 3 так же протекает, через резистор 16 и открытый транзистор 21. С подачей в цепь базы транзистора 4 отрица тельного перепада напряжения с триггера 2, 1ЙШпШШГ1Р1ШШ№ и Входит в режим насьпцения, базовая цепь транзистора 20 обесточивается,и последний вы ключается. Благодаря зтому обесточивается базовая цепь транзистора 21, и он вьпслючается. Конденсатор 3 разряжается через резистор 8 и стабилитрон 7. Это первая составляЮ1цая тока. Вторая составляютцая тока разряда конденсатора 3. обусловлена величиной сбпротивления последовательно соединенных выходного сопротивления операционного усилителя 9 и резистора нагрузки 22. Обе составляющие тока протекают через насыщект.га транзистор 4 и далее через резистор 19 к левой обкладке переходного конденсатора 3. На выходе ключевого устройства 5 формируется положительный импульс напряжения. Таким образом, в течение периода на выходе ключевого устройства 5 формируется напряженйе меандра.. Чтобы уровень йыходного напряжения формирователя прямо)тольных импульсов не изменялся в допустимых пределах тока нагрузки, необходимо ввести в его выходную цепь источник напряя ёнйя,по значению равного падению напряжения на динамическом сопротивлении стабилитронов. Под допустимыми пpeдeлaIvш изменения тока в резисторе 22 нагрузки следует понимать пределы изменения тока стабилизации стабилитрона, в которых его динамическое сопротивление остается неизменным по величине. Эквивалентная схема формирователя импульсов для мгновенного значения напряжения представлена на фиг. 2, где Е - ЭДС формирователя прямоугольных импульсов, Рд - динамическое сопротивление стабилитронов 6 и 7, е - ЭДС, обусловленная усилительными свойствами операционного усилителя 9, Rg - выходное сопротивление операционного усилителя 9, РП - сопротивление резистора 8, Un -- падение А напряжения на динамическом сопротивлении Пд стабилитронов 6 и 7, Uni - падение напряжения на резисторе 8, Ug - суммарное падение напряжения на резисторах Рд, , Rg, включая ЭДС, обусловленную усилительными свойствами операционногб усилителя 9, J - суммарное падение Напряжения на резисторах. На вход усилителя 9 подаемся напряжение с резистора 8. Выходное сопро-гавление усилителя 9 включено последовательно с резистором нагруз- . ки Вд, т.е. с резистором 22. Мгновенное значение выходного напряжения е операционного усилителя 9 включено встречно с напряжением/Up. Если обеспечить малое выходное сопротивление оцерационного усилителя 9 по сравнению с динамическим сдпротивлением стабилитрона Рд и , т.е. вьшолнить условие Р5«(), что на практике легко реализовать, тогда и е(1) , Чтобы выходное напряжение формирователя прямоугольных импульсов не изменялось при постоянном значении динамического схшротивления Пд стабилитронов, суммарное падение напряжения на участке между источником ЗДС формирователя и его резистором нагрузки 22 должно быть равно нулю, т.е. и О(2) Тогда падение напряжения U п должно быЧъ равно ЭДС операционного усилителя 9, т.е. е О(3) Условие (3) можно выполнить, если коэффициент ycилe шя электронного усилителя сделать равттм отношению R 4 R Высокая точность установки выходного уровня напряжения формирователя импульсов достигается и тем, что резко снижены требованияк операционному усилителю 9, так как на его вход поступает лишь небольшой уровень сигнала иэмеряемьш несколькими десятками милливольт Действительно, если пршгять во взимание, что динамическое сопротивление стабилитронов 6 и 7 равно 10 Ом, д ток стабилизации равеи 12 мА, ТО при Яд 5 Ом уровень выходного сигнала составит лишь 180 мВ. Это и позволяет Эффективно использовать микросхемы операцион ных усилителей с малым динамическим даапазоном. Вносимые при этом {линейные и нелинейHbie искажения операционгахм усилителем 9 в уровень выходного напряжения в диапазоне рабочих частот формирователя малы. мула и 3 о б р е т е н и Формирователь прямоуголышх импульсов по айт. св. № 502492, отличающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки выходного уровня напряжения, в него введены резистор и операционный усилитель с делителем напряжения, включенным между выходом операционного усилителя и общим вьшодом его, средняя точка делителя напряжения соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к терМоскомпенсированным стабшштронам и к одному из вьшодов внов1ь введенного резистора, второй вьшод которого соединен с переходньп 1 конденсатором и с общим вьшодом операционного усийитёля., Источники информации, принятие во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 502492, кл. Н 03 К 5/01, 03.04.74 (прототип). .