Генератор треугольного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H03K4/06 

(54) ГЕНЕРАТОР ТРЕУГОЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

I

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при реализации преобразователей аналоговых сигналов в цифровой код.

Известен генератор напряжения треугольной формы, содержащий генератор пилооб- 5 разного напряжения, инвертор, триггер, сумматор и электронные ключи 1.

Однако известный генератор характеризуется ограниченным диапазоном генериру емой частоты, недостаточной стабильностью и надежностью и небольшой гибкостью в ю применении.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является генератор, который содержит интегратор, инвертор, два пороговых элемента, триггер, два транзисторных ключа, суммирующий усилитель, резисторы и три клеммы для ввода опорных напряжений, причем выход интегратора соединен через резистор с первым входом одного порогового элемента и через резисторы и инвертор - с входом второго поро- 20 гового элемента, вторые входы пороговых элементов соединены с одним источником опорного напряжения, а выходы пороговых элементов - с входами триггера, выходы

которого подключены к входам двух транзисторных ключей, коллекторные цепи которых с одной стороны через резисторы связаны с клеммой для ввода опорного напряжения ()LJ, а с другой стороны - со вторыми и третьими входами суммирующего усилителя, к первому входу которого, как и к первому входу интегратора, подключена клемма для ввода опорного напряжения (+) и, к тому же второй вход суммирующего усилителя объединен со вторым входом интегратора, а выход суммирующего усилителя - с третьим входом интегратора 2.

Недостатками известного генератора треугольного напряжения являются ограниченная надежность и недостаточный диапазон регулировки требуемой частоты.

Цель изобретения - расширение диапазона изменения частоты и изменение полярности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор треуг ольного напряжения, содержащий интегратор на операционном усилителе, входы .которого соединены через ключи с шинами разнополярного напряжения, задающий генератор и триггер со счетным входом, сбросовый вход которого соединен с шиной «Сброс, а выходы - с входами управления ключами, введен управляемый делитель частоты, логический элемент И, дополнительный ключ и триггер управления, входы которого соединены с шинами сигналов «Пуск и «Сброс, а выход подключен к входу управления дополнительного ключа, второй вход которого соединен с выходом логического элемента И, а выход подключен к счетному входу триггера, причем один вход логического элемента И непосредственно, а другой через управляемый делитель частоты соединены с выходом задаюш,его генератора.

В генератор также введен источник разнополярного напряжения смещения и трехпозиционный переключатель, два подвижных контакта которого соединены с входами управления ключей, третий подвижный контакт соединен с выходом интегратора, а неподвижные контакты соединены соответственно, первый и второй с выходами триггера со счетным входом, а третий - с выходами источника разнополярного напряжения смеш.ения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема генератора треугольного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу генератора треугольного напряжения.

Генератор содержит генератор 1 импульсов стабильной частоты (с кварцевым резонатором), управляемый делитель 2 частоты, ручку 3 для установки коэффициента деления частоты, элемент И 4, дополнительный ключ 5, триггер 6 управления, шину 7 сигнала «Пуск, шину 8 сигнала «Сброс, триггер 9, трехпозиционный переключатель 10, ключи 11 и 12, щину 13 ввода опорного напряжения постоянного тока (-(-) U, шину 14 ввода опорного напряжения постоянного тока (-) и, интегратор 15 и источник 16 разнополярного напряжения смещения.

Генератор работает следующим образом.

После включения источников пи-вания через шину 8 подают импульс, под действием которого триггеры б и 9 устанавливаются в «нулевое состояние. После этого трехпозиционный переключатель 10 устанавливают либо в первое положение (см. фиг. 1), если требуется генерация треугольного напряжения положительной полярности, либо во второе положение, если требуется генерация треугольного напряжения отрицательной полярности. Ключ 11 оказывается в открытом состоянии (так как на его управляющий вход через трехпозиционный переключатель 10 с «нулевого выхода триггера 9 подается сигнал логической «1), а ключ 12 -i в закрытом состоянии (так как на его управляющий вход через трехпозиционный переключатель 10 с «единичного выхода триггера 9 подается сигнал логического «О).

В результате на вход интегратора 15 подается опорное напряжение (-t-)U и на его выходе устанавливается уровень напряжения (-) U(. (см. фиг. 2 в момент времени t о)

После этого с помоилью ручки 3 устанавливают требуемое значение коэффициента деления частоты.

Запуск генератора производится путем подачи на шину 7 сигнала «Пуск. При этом триггер 6 перебрасывается, и на его «единичном выходе появляется сигнал логической «1. В результате ключ 5 открывается, и импyv ьcы Зги заданной частотой начинают поступать на вход триггера 9 (см. фиг. 2а).

Под действием первого импульса J гн , т. е. первого после подачи на шину 7 импульса D «Пуск (см. фиг. 26), триггер 9 перебрасывается в «единичное состояние, в результате чего ключ 11 закрывается, а ключ 12 открывается, и на вход интегратора 15 подается опорное напряжение постоянного тока (-) и. На выходе интегратора 15 напряжение начинает линейно расти в сторону положительной полярности (см. фиг. 2 в момент времени ti).

После прихода второго импульса 3 ги триггер 9 снова возвращается в исходное «нулевое состояние. В результате снова открывается ключ 11 и закрывается ключ 12 и направление процесса интегрирования на выходе интегратора 15 меняется на противоположное, т. е. в это время на входе интегратора 15 действует,опорное напряжение постоянного тока ( + ) U (см. фиг. 2 в момент времени 12). Поэтому на его выходе напряжение линейно убывает до нуля и мень ше, но не ниже уровня (-) Uc (см. фиг. 2 в момент времени tj).

После прихода третьего импульса Э гк триггер 9 снова перебрасывается в «единичное состояние. В результате снова закрывается ключ 11 и открывается ключ 12, а направление процесса интегрирования снова меняется на противоположное, т. е. напряжение на выходе интегратора 15 снова ночинает линейно расти и т.рд.

Для того, чтобы остановить генерацию напряжений треугольной формы, на щину 8 подают импульс «Сброс. В результате чего триггеры 6 и 9 сбрасываются, закрывается ключ 5 и прекращается подача импульсов на вход триггера 9. В результате ключ 11 открывается, а ключ 12 закрывается. На выходе интегратора 15 устанавливается небольшой уровень напряжения (-) J (см. фиг. 2 в .момент времени tg).

Аналогично протекают процессы в случае генерации треугольного напряжения отрицательной полярности. Для этого необходимо подвижные контакты трехпозиционного переключателя 10 установить во второе положение. В этом случае, и отличие от предыдущего, на выходе интегратора 15 устанавливается небольшой уровень напряжения положительной полярности ( + )Ц;м, так как в данном случае в начальном состоянии открыт ключ 12 и закрыт ключ 11. В результате после запуска генератора амплитуда треугольного напряжения меняется в области отрицательных напряжений (см. фиг. 2 г). На фиг. 2д показана увеличенная в два раза частота тактовых импульсов. Следовательно, в два раза увеличивается и частота треугольного напряжения. Однако в этом случае в два раза уменьшается амплитуда треугольного напряжения (см.. фиг. 2 ж). Действительно, максимальное значение (пик) выходного напряжения интегратора 15 в первом случае за интервал времени 1;, - tt-i At (см. фиг. 2 в) определяется согласно выражению - им/. „ млкс - TJC где Ue,yxM(irc пиковое значение амплитуды выходного треугольного напряжения; (-)U-опорное напряжение постоянного тока; At -период следования тактовых импульсов; RC t -постоянная цепи интегратора 15. Естественно, при увеличении вдвое частоты следования тактовых импульсов в два раза уменьшается период At 0,5At, т. е. выражение () примет вид Uut 0,5 At с- --ЙГ Следовательно, в два раза уменьшается пиковое значение треугольного напряжения. Как следует из выражений (1) и (2), регулировку пикового значения амплитуды треугольного напряжения можно осуществить либо изменением уровней опорных напряжений постоянного тока ( + ) U и (-) IJ, либо изменением постоянной цепи интегратора 15, либо обоих параметров схемы. Изменять постоянную цепи RC t интегратора 15 удобнее регулировкой величины входных резисторов. Увеличение амплитуды выходного треугольного напряжения при уменьшении частоты (см. фиг. 2з) может быть обеспечено в широком диапазоне при помощи увеличения уровней опорных напряжений постоянного тока (-f)U, (-)U и уменьшением сопротивления входного резистора интегратора 15. Последний фактор, а также возможность простого способа установки и регулировки в широком диапазоне требуемой частоты тактовых импульсов при помощи регулируемого делителя частоты генератора импульсов стабильной частоты делают данный генератор треугольнойго напряжения удобным в применении. Кроме того, наличие одного операционного усилителя в контакторе а также простое схемное решение в целом генератора треугольного напряжения, обеспечивает его высокую надежность в работе по сравнению с известным. Применение в качестве источника тактовых импульсов генератора с кварцевым резонатором обеспечивает высокую стабильность генерации треугольного напряжения. Формула изобретения 1. Генератор треугольного напряжения, содержащий интегратор на операционном усилителе, входы которого соединены через ключи с шинами разнополярного напряжения, задающий генератор и триггер со счетнымвходом, сбросовый вход которого соединен с шиной «Сброс, а выходы соединены с входами управления ключами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения частоты, в него введен управляемый делитель частоты, логический элемент И, дополнительный ключ и триггер управления, входы которого соединены с шинами сигналов «Пуск и Сброс, а выход подключен к входу управления дополнительного ключа, второй вход которого соединен с выходом логического элемента И, а выход подключен к счетному входу триггера, причем один вход логического элемента И непосредственно, а другой через управляемый делитель частоты соединены с выходом задающего генератора. 2. Генератор по п. 1, отличаюи ийся тем, что, с целью изменения полярности выходного напряжения, в него введен источник разнополярного напряжения смешения и трехпозиционный переключатель, два подвижных контакта которого соединены с входами управления ключей, третий подвижный контакт соединен с выходом интегратора, а неподвижные контакты соединены соответственно, первый и второй с выходами триггера со счетным входом, а третий с вь1ходами источника разнополярного напряжения смещения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 559384, кл. Н 03 К 4/06, 16.04.74. 2.Авторское свидетельство СССР № 574850, кл. Н 03 К 4/06, 04.05.76.

f

xi

0« -«s.

СЖЭ

я

П

.

-O

J

Ci

c

-f

2 h lie t3 k tjsjrf tl2

jCJ u-J I-g Л-: r A Л. .

I т 11

u,

lT/i/--vf|

w I

k U 1 1 b

II