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

Изобретение относится к импульсной технике. Формирователь может найти применение в качестве образцовой меры переменного напряжения. Для калибровок электронных вольтметров во встроенных поверочных устройствах и т. д. находят применение и перспективны источники прямоуголь ного напряжения, обладающего П-обрйзной формой (напряжение меандра). При П-образной форме три значения напряжения: амплитудное, действующее, и среднее равны. Такое образцовое напряжение можно получить с пом щью калибратора. Основой калибратора прямоугольного напряжения является формирователь. В формирователях прямоугольного напряжения преобразование постоянного напряжения в напряжение меандра осуществляется с помощью транзисторной клю чевой схемы. Известен формирователь прямоугол ных импульсов по авторскому свидете ству 502492, который формирует на пряжение меандра и содержит темпера турно скомпенсированные стабилитрон переходный конденсатор, баластные резисторы диодного стабилизатора напряжения, транзисторные ключи типа р-п-р и транзисторный ключ типа п-р-п, мультивибратор, симметричный триггер, две ускоряющие RC-цепочки и резисторы. Принципиальньам недостатком такого устройства является повышенная нестабильность выходного напряжения. Нестабильность выходного напряжения обусловлена главным образом неста- бильностью динамического сопротивления температурно скомпенсированных стабилитронов, причем изменение динамического сопротивления стабилитрона на нестабильность выходного на-, пряжения оказывает .более сильное влияние, чем изменение статического сопротивления,Одним из факторов, вызывающих наибольшую нестабильность динамического сопротивления температурно скомпенсированного стабилитрона является зависимость его динамического сопротивления от температуры. Вторым принципиальным недостатком известного устройства является пониженная точность калибровки выходного уровня напряжения при варьировании сопротивления резистора нагрузiKH формирователя импульсов. Данный :недостаток обусловлен тем, что динамическое сопротивление температурно скомпенсированных стабилитронов нелинейно в диапазоне токов стабилизации, напр104ер для температурно скомпенсированных стабилитронов типа Д 818 А - Д 818 Г при изменении токов от 12 до 5 мА динамическое сопротивление возрастает от 12 до 30 Ом,

Если даже сопротивление резистора нагрузки, по величине неизменно, но при этом изменяется частота работы формирователя импульсов, то появляется частотная погрииность. Пониженная точность калибровки уровня выходного напряжения формировате|ля импульсов объясняется тем, что динамическое сопротивление температурно скомпенсированных стабилитронов; например, типа Д 818 Е изменяется в диапазоне частот, а именно динамическое сопротивление стабилитрона с ростом частоты увеличивается. Увеличение динамического сопротивления температурно скомпенсированных стабилитронов с ростом частоты объясняется тем, что носители заряда в полупроводниковом материале имеют конечную скорость движения. Пр использовании температурно скомпенсированного стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения скорость движения носителей заряда полупроводника практически не оказывает влияния на точность калибровки.

Цель изобретения - уменьшение нестабильности выходного напряжения.

Это достигается тем, что в формирователь прямоугольных импульсов по авт. св. № 502492 введены резистор,.измерительный масштабный преобразователь и операционный усилитель с делителем напряжения, включенным между входом операционного усилителя и общим выводом его, при этом средняя точка делителя напряжения соединена с инвертирующим входом .операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с переходным конденсатором и с одним из выводов введенного резистора, другой вывод которого подключен к температурно скомпенсированным стабилитронам и к входу измерительного масштабного преобразователя, выход которого соединен с общим выводом операционного усилителя.

На чертеже представлена принципиальная злектрическая схема формирователя прямоугольных импульсов.

Формирователь содержит мультивибртор 1 (задающий генератор), симметричный триггер 2, переходный конденсатор 3, ключ на транзисторе 4 типа р-п-р, ключевое устройство 5 на стабилитронах 6, 7, резисторе 8, операционном усилителе 9 с делителем напряжения на резисторах 10, li и

измерительном масштабном преобразователе 12, две ускоряющие RC-цепочки на резисторах 13, 14 и конденсаторах 15, Ib, резисторы 17-20, ключ на транзисторе 21 типа п-р-п и ключ на транзисторе 22 типа р-п-р, резистор 23 нагрузки.

Формирователь прямоугольных импусов работает следующим образом.

Если в исходном состоянии ключ на транзисторе 4 выключен, то транзисторы 22 и 21 включены благодаря тому, что они охвачены положительной обратной связью, В зтом случае ток от положительного вывода источника постоянного напряжения Е к отрицательному протекает по четырем путям: через стабилитрон 6, через резистор 23 нагрузки и выходное сопротивление операционного усилителя 5/ через измерительныйМасштабный преобразователь 12,переходный конделяющие тока далее .протекают через резистор 8 и переходный конденсатор 3, а также через эмиттер-базу транзистора 22, резистор 14, конденсатор 16, резистор 19. Все четыре составляющие тока далее протекают через резистор 20 и транзистор 21. При этом конденсатор 3 заржается и на резисторе 23 формируется отрицательный импульс напряжения

С подачей в цепь базы ключа на транзисторе 4 отрицательного перепа напряжения с триггера 2, работающего в счетном режиме, он включается в режим насыщения, базовая цепь транзистора 22 обесточивается и последний выключается. Благодаря этому обесточивается базовая цепь транзистора 21 и он выключается. Конденсатор 3 разряжается через резистор 8, стабилитрон 7 и измерительны масштабный преобразователь 12, а. также через последовательно соединенные выходное сопротивление операционного усилителя 9 и резистор 23 нагрузки. Общий ток разряда переходного конденсатора 3 протекает через открытый транзистор 4 и резистор 19 к левой обкладке переходного конденсатора. На выходе ключевого устройства 5 формируется положительный импульс напряжения, т. е. в течение периода на резисторе 23 нагрузки формируется напряжение меандра.

Таким образом, -уменьшение нестабильности выхо,цного напряжения и повышение точности его калибровки достигнуто благодаря тому, что в формирователе прямоугольных импульсов автоматически сравнивается напряжение на образцовом резисторе 8, сопротивление которого равно, например, динамическому сопротивлению температурно скомпенсированных стабилитронов 6 И 7/ с падением напряжения на динамическом сопротивлеНИИ теьотературно скомпенсированных стабилитронов. Разностное значение сравниваемых напряжений выделяется операционным усилителен 9 и суммируется с соответствующим знаком с напряжением стабилизации стабилитронов 6 и 7, при этом уровень напряжения формирователя прямоуголь ных импульсов остается неизменным независимо от нестабильности и нелинейности динамического сопротивления стабилитронов б и 7. Сказанное справедливо лишь в слу чае, если образцовый резистор 8 име ет малый то 1пературный коэффициент сопротивления по сравнению с температурным коэффициентом сопротивления динамического сопротивления температурно скомпенсированных стабилитронов, обладает более долговре менной стабильностью по , сравнению с долговременной стабильностью темп ратурно скомпенсированных стабилитр нов и меньшей постоянной времени, чем постоянная времени динамическо сопротивления температурно скомпенсированных стабилитронов. Данным требованиям отвечают проволочные р зисторы. Таким образом, нестабильность вы ходного напряжения формирователя прямоугольных импульсов главным об разом определяется нестабильностью образцового резистора 8. Что касается влияния нестабильности измерительного масштабного преобразователя 12 на нестабильность выходного напряжения формирователя прямоугольных импульсов, то при при менении измерительного индуктивного масштабного преобразователя н напряжения, например автотрансформатора, она может быть сведена к пренебрежимо малой величине. Коэффициент усиления операционного усилителя 9 устанавливается равнымР - /Я где RCT статическое сопротивление температурно скомпенсированных стабилитронов 6 и 7 при заданном токе стабилизации; Pg - сопротивление резистора 8. Это объясняется тем, что на инвертируйищи вход операционного усилителя поступает в к раз меньший уровень напряжения стабилизации стабилитронов 6 и 7, а следовательно, и в к раз меньше информации о нестабильности их динамического сопротивления. Формула изобретения Формирователь прямоугольных импульсов по авт.св. № 5,02492, о Т л и ч а ю щ ии с я тем, что, с целью уменьшения нестабильности выходного напряжения, в него введены резистор, измерительный масштабный преобразователь и операционный усилитель с делителем напряжения, включенным между выходом операционного усилителя и общим выводом его, при этом средняя точка делителя напряжения соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, неинверТирующий вход которого соединен с переходным конденсаторсм и с, одним из выводов введенного резистора, другой вывод которого подключен к температурно скомпенсированным стабилитронамJи к входу измерительного масштабного преобразователя, выход которого соединен с общим выводом операционного усилителя.

JT