Генератор случайной последовательности импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K5/08 

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

; , 1

Изобретение относится к устройствам генерирования беспорядочно повторяющихся импульсов и может быть использовано в вычислительной технике при моделировании случайных процессов .

Известен генератор случайной последовательности импульсов, содержащий последовательно соединенные пер- |0 выйстабилитрон, усилитель шума, заторможенный мультивибратор, второй стабилитрон и дополнительный транзистор, причем выход первого стабилитрона соединен с базой нормгшьно зак-., рытого транзистора мультивибратора, а выход усилителя - с коллектором этого транзистора. Выход второго стабилитрона соединен с базой дополнительного транзистора, включенного в эмиттерт ную цепь мультивибратора 1 .

В зтом генераторе широкополосные шумы стабилитрона усиливаются усилителем шума и преобразуются в случайную последовательность импульсов за- 25 торможенным мультивибратором.

Недостатком этого генератора является относительная сложность и сложность настройки генератора на определенную среднюю частоту сигна- « ИМПУЛЬСОВ

ла на выходе генератора.Сложность схеNbj объясняе-тся тем, что амплитуды шумов стабилитрона недостаточно для запуска лультиви6ратора и поэтому в схему генератора дополнительно введено два усилительных элемента. Сложность настройки объясняется взаимосвязью двух регулировок, что приводит к значительному иттерационному процессу настройки генератора.

Известен генератор случайной последовательности импульсов, содержэций мультивибратор с одним эмиттерным конденсатором 2 .

Указанный генератор достаточно сложен и имеет недостаточный диапазон регулировки средней частоты случайной последовательности импульсов на выходе генератора.

Целью изобретения является упрощение устройства и увеличение диапазона регулировки средней частоты случайной последовательности импульсов.

Для достижения указанной цели в генератор случайной последовательности импульсов, содержащий мультивибратор с одним змиттерным конденсатором, введены ста билитрон и кондёйсатор, одна обкладка которого соединена с общей

748835

шиной, а другая - через резистор с коллектором первого транзистора, база которого через диод соединена с конденсатором, причем коллектор второго транзистора соединен через резистор с шиной источника питания. ; На фиг. 1 приведена принципигшьяая схема генератора; на фиг. 2 и 3графики,поясняющие его работу.

Генератор содержит первый транзистор 1,второй транзистор 2,времязадающий резистор; 3, времязадёквдий конденсатор 4, эмиттерный резистор S, коллекторный резистор б, стабилитрон 7, резистор 8, конденсатор 9 и переменный резистор 10, Коллектора&я цепь первого транзистора 1 соединена с базой второго транзистора 2 и с резистором 8, входящими S цепь обратной связи. Эмиттеры обоих трамзйсз 0| Ов . соединены с земляной шиной пйтайия соответственно через времязадаадий резистор 3 и эмиттерный резистор 5 и между собой - времязадашйй конденсатором 4. Коллекторы первого и второго.транзисторов соединены с ийтбчяиком постоянного напряжения соответственно через коллекторный резистор 6 и переменный резистор 10; Резистор 8 oбp.atнoй связи соедййен с катодом стабилитрона 7 я с зёмпййой шиной конденсатор 9. В от известного заторможенного мультивибратора с эмиттерной времяэ)ада ощей цепью И база транзистора 1 подключена не к земляной шяне, а к аноду шумящего стабилитрона 7, который вместе с резистором 8 и конденсатором 9 образуют цепь обратной связи мезвду коллектором и базойГ транзистора 1.

Устройство работает следуйвдим образом. В исходном состояний транзистор 2 открыт и насыщен, а транзистор 1 призакрыт положительным напряжением Так как рабочая характеристика стабилитрона имеет участЬк бтр йЦательного сопротийлёнйй, тъ при переходе рабочей точки стабилитрЬна с участка положительного сопротивлейи йа участок отрицательного сопротивления обратная связь будет положительной. Однака надо отметить, что положительнеш обратная связь действует лишь при появлении переменного (шумового) напряжения на базе транзистора 1. При oTcyTCTBijH tuyMoia стабилитрона укаэа:нная обратная связь является отрицательной, чТо обеспечивает устойчивую работу мультивибратора, так как удерживает транзистор 1 в призакрытом Состоянии. Ток через стабилитрон задается резистором 10. С Изменением -..величины резистора 10 изменяется коллекторный ток транзистора 2 и соответственно напряжение на резисторе 5. Изменение напряжения на эмиттере транзистора 2 приводит к изменению напряжения на его базе,что приводит к изменению тока через стабилитрон и перемещению рабочей точки транзистора 1.При определенном значении базового тока транзистора 1 на его коллекторе появляется усиленное шумовое напряжение. Этот ток назван условно током включения цепи положительной обратной связи I

и показан на

вое.

фиго 2,

При увеличении сопротивления резистора 10 рабочая точка транзистора 1 из области глубокого запирания (точка А) (см, фИг, 2) перемещается в область слабого запирания транзистора 1 (точка в).

Параметры цепи положительной обратной связи подбираются таким образом, чтобы усиление шума стабилитрона транзистором 1 было максимально.

При появлении выброса шума на базе транзистора 1, превышающего напряжение Ug, замыкается цепь положительной обратной связи через транзистор 1, резистор 8 и Стабилитрон 7 и этот выброСусиливается (показано штриховой линией на фиг, 2, момент времени t ). Таким образом, первый транзистор мультивибратора дополнительно используется для усиления шумов стабилитрона. Усиленный выброс шума выводит второй транзистор из насыщения. Это приводит к падению напряжения на резисторе 5,что,в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения на резисторе 3. Развивается лавинообразный процесс, который переводит.транзистор 1 в насыщение (момент времени tt на фиг, 3); Конденсатор 4 через резистОр 6,коллекторно-эмиттерный переход транзистора 1 и эмиттерный резистор 5 заряжается до напряжения, которого определяется напряжением на коллекторе транзистора 1 в исходном состоянии. Процесс формирования импульса заканчивается после окончания заряда конденсатора 4 и транзистора 1 из насыщения. При выходе транзистора 1 из режима насьа ения потенциал его коллектора начинает повышаться (момент с.д на фиг, 3), вызывая отпирание транзистора 2 и увеличение тока его эмиттера, а также повышение потенциала коллектора транзистора 1,

Так развивается лавинообразный процесс, почти мгновенно возвращающий генератор в исходное состояние, Транзистор 2 при этом отпирается, а 1 запирается (см, точку С на фиг, 2). После возврата генератора в исходное состояние начинается стадия восстановления, характеризуемая разрядом конденсатора 4 через времязгщающий резистор 3, транзистор 2 и резистор 10, При этом рабочая точка транзистора 1 перемещается из области глубокого запирания (точка С) в область слабого запирания (точка в). После полного разряда конденсатора 4 на базе транзистора 1 вновь появляется шумовое напряжение, под действием одного из выбросов которого схема вновь вырабатывает отрицательный импульс. Так как моменты появления выбросов шума случайны, то и моменты появления импульсов также случайны. Среднюю частоту случайной последовательности импульсов на выходе генератора (коплектор транзистора 1) легко изменять, меняя величину сопротивления резистора 10. При перемещении рабочей точки первого транзистора в область отпирания увеличивается чув ствительность схемы к выбросам шума, что приводит к увеличению средней частоты импульсов на выходе генерато ра. При перемещении рабочей точки в. точку, для которой Ugg- , генератор переводится в режим автоколебаний с частотой, определяемой величиной резистора 3 и конденсатора 4. При Перемещении рабочей точки в область глу бокого запирания (точка А) на выходе генератора импульсов не будет. Из сказанного ясно, что верхняя граница средней частоты случайной им пульсной последовательности на выходе предлагаемого г енератора определяется в основном временем восстановления схемы в исходное состояние и изменяется с изменением величины емкости конденсатора 4. Изменение положения рабочей точки транзистора 1 возможно также посредством изменения величины сопротивления коллекторного резистора 6 . Но такая регулировка средней частоты случайной последовательности импульсов генератора обладает рядом недостатков. Изменение величины этого резистора приведет к изменению длительности импульса и к изменению выходного со противления генератора, что нежелательно при сопряжении генератора с другими устройствами. Изменение величины сопротивления резистора б при ведет к изменению степени насыщения транзистора 2, что отрицательно сказывается на устойчивости работы всей схемы генератора. Изменение величины сопротивления резистора в цепи коллектора второго транзистора приводит лишь к изменению коллекторного и базового токов этого, транзистора, не изменяя Ьтепени его насыщения. Чувствительность второго транзистора к выбросам шума при этом увеличивается. Введение в схему заторможенного мультивибратора цепи положительной обратной связи, содержащей последовательно соединенные RC-фильтр и ста билитрон, а также переменного резистора, позволило получить на выходе схемы мультивибратора случайную последовательность импульсов без предварительного усиления шумов стабилитрона, что,в свою очередь, позволило упростить схему генератора случайной последовательности импульсов. Изменение режима работы мультивибратора позволило расширить диапазон изменения средней частоты импульсов на выходе генератора. Достоинством схемы предлагаемого генератора является также то, что шумы первичного источника не влияют на длительность и форму импульсов и на. время восстановления схемы в исходное состояние. Это объясняется тем, что шумовой выброс появляется .лишь кратковременно и только после полного разряда конденсатора 4. Температурная стабильность работы генератора обеспечивается спецификой cxe№j мультивибратора, а также тем, указанная обратная связь положительна лишь для шумовой состав- . ляющей коллекторного напряжения первого трайзис бра, а для постоянной сос таалякацей и эта обратная связь будет отрицательной, тем самым поддерживается постоянство положения как рабочей точки транзистора 1 (см. точку В фиг. 2), так и .напряжения ицо,. Таким образом, введение в схему генератора Отличительных признаков позводило по сравнению с известными анаnoeaim упростить конструкцию генератора, увеличить диапазон регулировки средней частоты последовательности им пульсов на выходе генератора при улучшении параметров последовательности импульсов (стабилизировать длительность импульса и время восстановления). Формула изобретения Генератор случайной последовательности импульсов, .содержащий мультивибратор с одним эмиттерным конденсатором, отличаю.щийся тем, что, с целью упрощения: устройства и увеличения диапазона регулировки средней частоты случайной последовательности импульсов, в него введены стабилитрон и конденЪатор, одна обкладка которого соединена с общей шиной, а другая - через рез.истор с коллектором первого транзистора, база которого через диод соединена с конденсатором, причем коллектор второго транзистора соединен через разистор с шиной источника питания. Источники информации, принятие во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство № 447820, кл. Н 03 К 5/08, 197. 2. Справочник по импульсной технике . Под редакцией Яковлева В..Н. Киев.Техника, 1971 (прототип).