Импульсный генератор инфранизкой частоты Советский патент 1985 года по МПК H03K5/13 

Изобретение относится к импульсной технике инфраниэкого диапазона и может быть применено для генерирования последовательности импуль сов стабильной частоты следования их в инфранизком диапазоне в установках различного назначения и в частности, предназначено для использования в системах автоматичес кого управления переключением регенеративных теплообменников в качестве базового блока, формирующего командные сигналы для цикличного переключения регенераторов. Известны генераторы импульсов, формирующие сигналы для цикличного управления объектами, используемые в различных системах автоматическо го управления, содержащие транзист ные входные и выходные каскады, а также операционные усилители,время задающие цепи и электромагнитные реле. Такое устройство содержит интегратор на операционном усилителе в цепи обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, выход которого подключен к двум ключам, собранньм на операционны усилителях по схеме компараторов напряжений (токов), а выхо ды последних через элемент И под ключены к базе биполярного транзис тора выходного каскада, причем в цепь коллектора транзистора включе обмотка электромагнитного реле, а цепь эмиттера его включен стабилит рон. К недостаткам этого устройств нужно отнести сложность и громоздкость схемы порогового каскада, включающего два компаратора на опе рационных усилителях, а также невы сокую стабильность отработки перио да следования выходных импульсов в инфранизком диапазоне частот, так как нет специального фильтра для подавления низкочастотного шумового фона с выхода интегратора, при этом конденсатор, включенный в цепь выхода элемента И и к базе транзистора выходного каскада ухуд шает процессы переключения последнего, т.е. затягивает их, делает более инерционными. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является импульсный генератор широкого диапазона, который содержит время32задающий каскад на -полевом транзисторе, в цепи затвора которого включена зремяз дающая цепь, при этом резистивную часть этой цепи заменяет переход эмиттер-коллектор биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой и управляемого со стороны эмиттера источником напряжения, состоящим из операционного усилителя, регуляторами напряжения и тока во входной цепи его и нагруженным на транзистор, в то же время к резистору нагрузки полевого транзистора времязадающего каскада подключена сложная система порогового каскада, состоящая из цепи двух инверторов подключенных к триггеру и далее через инвертор и элемент ШШ к базе биполярного транзистора выходного каскадаJс резистора эмиттерной нагрузки которого сжимается выходной сигнал, при этом инверсный выход триггера подключен через элемент ИЛИ к затвору полевого транзистора времяэадающего каскада через транзисторную и диодную цепь, образуя обратную связь для подачи внешнего сигнала стартовых импульсов . Устройство рассчитано на работу в диапазоне от 5 МГц до 0,5 Гц, т.е. имеет верхний предел формирования периода следования импульсов равного 2 с. К недостаткам этого устройства следует отнести невысокую стабильность частоты следования импульсов в йнфранизкой области, т.е. при формировании периода следования импульсов в пределах от 5001000 с, так как времязадающий каскад на полевом транзисторе работает в режиме релаксатора в ограниченной области выходных напряжений и, следовательно, при больших величинах отрабатываемого периода следования импульсов эти ограничения снимаются и возникает неопределенность момента переключения в силу экспоненциального закона изменения выходного напряжения релаксатора. Целью изобретения является повышение стабильности частоты следования .импульсов. Цель достигается тем, что в импульсный генератор йнфранизкой частоты, содержащий источник питания с симметричными разнополярными уровнями напряжения, собранный на

двух стабилитронах и балластном резисторе, времязадающий каскад, со.бранный на операционном усили-гел с дифференциальным входом, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, резистор которой подключен к инвертирующему входу опера1щонного усилителя и плюсовой шине источника питания, цепь задержки выключения реле, подключенную через диод и разомкнутый контакт реле к обмотке реле выходного каскада, и цепь обратной связи из последовательно включенных ограничительного резистора и разомкнутого контакта, реле, которое шунтирует конденсатор времязадающей цепи, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилитель тока на транзисторе, динамический фильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощности, собранный на транзисторном модуляторе нагруженном на реле, при этом база транзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к минусовой шине источника питания, а эмиттер подключен последовательно через стабилитрон дина мического фильтра нижних частот к двум базам транзисторного модулятора, оба эмиттера которого подключены через переменный резистор к плюсовой шине источника питания, а общий коллектор к выводу обмотки реле, второй вывод которой подключен к общей шине, причем обмотка реле зашунтирована диодом, а к обеим вьтодам стабилитрона динамического фильтра нижних частот подключены конденсаторы, вторые выводы которых подключены к общей шине.

На фиг.1 представлена принципиальная схема импульсного генератора инфранизкой частоты. На фиг. 2а и 26 - осциллограммы,поясняющие принцип действия его, и уровни напряжения ( Оо - уровень искусственного нуля, - напряжение срабатывания порогового каскада, ЕП - напряжение общего источника питания.

Импульсный генератор инфранизкой частоты (см.фиг.1) содержит опрационный усилитель 1, подключен933034

ный к источнику питания, т.е. кштюсовой шине 2 и к минусовой шине 3, образованному последовательной цепью стабилитронов 4 и 5 и балластным резистором 6, который подключен к общей шине 7, при этом неинвертирующий вход 8 операционного усилителя 1 подключен между стабилитронами 4и5, т.е. к точке искусственного нуля симметричного источника питания, а инвертирующий вход 9 операционного усилителя 1 подключен к резистору 10 и конденсатору It . времязадакщей цепи, причем второй

15 вывод резистора 10 подключен к

плюсовой шине 2, а вторая обкладка конденсатора 11 подключена к выходу 12 операционного усилителя 1. Конденсатор 13, вьтолняющий функции

20 коррекции сигнала, является составной частью операционного усилителя 1. К выходу 12 операционного усилителя 1 подключена через ограничительный резистор 14 база

25 биополярного транзистора 15, коллектор которого подключен к минусовой шине 3, а эмиттер последовательно через стабилитрон 16 к двум базам транзисторного модулятора 17, .

30 оба эмиттера которого подключены через переменный резистор 18 к полюсовой шине 2, а общий коллектор - к обмотке реле 19, второй вывод которой подключен к общей нгане

5 7, при этом к общим выводам стабилитрона 16 подключены еще два конденсатора 20 и 21, вторые обкладки которых подключены к общей шине 7, а обмотка реле 19 зашунтирована

Q диодом 22 в обратно смещенном на правлении относительно полярности общего источника питания. Замыкающий контакт 23 реле 19 образует последовательную цепь с ограничительным резистором 24, которая

подключена параллельно конденсатору 11, а второй замыкающий контакт 25 реле 19 подключен к обмотке реле 19 и к диоду 26, который в свою очередь подключен к средней точке последовательной КС-цепи, второй вьшод резистора 27 которой подключен к плюсовой шине питания 2, а вторая обкладка конденсатора 28 5 к общей шине 7, при этом переключающий контакт 29 (или группа кон- . тактов) реле 19 имеет выходные цепи для подключения к объектам управления, работающих от дискретных сигналов, а выход 12 операционного усилителя 1 имеет выходную цепь 30 для подключения дополнительных нагрузок (в том числе и идентичных описанной), работающих от аналогового сигнала.

Работает устройство следующим образом.

При подключении источника питания на шинах 2 и 3 устанавливается симметричное разнополярное стабилизированное напряжение относительно неинвертирующего входа 9 операционного усилителя 1 и служит для питания последнего, при этом, поскольку конденсатор 11 включен в цепь обратной связи операционного усилителя 1, то операционн усилитель работает в режиме интегратора и в момент подачи напряжения питания на выходе t2 интегратора начинает формироваться линейно изменяющееся напряжение, т.е. интеграл от скачкообразного изменения напряжения формируемого стабилитроном 4 и подаваемое на инвертирующи вход 8 операционного усилителя 1 через резистор 10, при этом крутизна изменения уровня выходного напряжения во времени определяется постоянной времени времязадающей цепи, состоящей из резистора 10 и конденсатора 11. Выходное напряжение с интегратора подается на пороговый каскад, при этом изменение уровня напряжения на выходе 12 приводит к увеличению тока,протекающего по резистору 14 и в базе транзистора 15. Последний работает

в линейном режиме и постепенно отпирается, при этом сопротивление перехода эмиттер-коллектор его уменьшается и падение напряжения н нем тоже падает. Это приводится к тому, что уровень напряжения на эмиттере транзистора 15 линейно возрастает относительно шины 2 и сравнивается с пороговым напряжением выходного каскада, которое складывается из суммы падений напряжений на резисторе 18, переходе с эмиттер-база модулятора 17 и на обратносмещенном стабилитроне 16, и в момент достижения падения напряжения на стабилитроне 16 величине напряжения пробоя, последний

пропускает ток, что приводит к отпиранию параллельно включенных модуляторов 17 и, следовательно, к 5 резкому возрастанию тока в общей коллекторной цепи их в обмотке реле 19. Последнее срабатывает, и па этом заканчивается процесс формирования периода следования имfO пульсов, при этом замыкаюпщй контакт 23 реле 19 замыкает цепь резистора 24 и этим самым шунтирует конденсатор 11, который разряжается, что приводит к резкому воз5 Брату уровня выходного напряжения интегратора до уровня искусственного нуля, т.е. уровня напряжения между стабилитронами 4 и 5, при этом резко падает величина тока в цепи

0 базы транзистора 15, что приводит к увеличению сопротивления перехода эмиттер-коллектор последнего и к уменьшению уровня напряжения на эмиттере его относительно шины 2,

5 величина которого делается меньше величины порогового напряжения выходного каскада. Стабилитрон 16 и модулятор 17 оказываются запертыми и тока не пропускают, поэтому реле

0 19 выключается, при этом замыкающий, контакт 23 его размыкает цепь, шунтирующую конденсатор 11, и процесс зарядки последнего и формирования линейно изменяющего напряжения на выходе 12 интегратора вновь повторяется и на выходе генератора формируются импульсы с инфранизкой частотой следования, при этом выходной сигнал в дискретной форме сниQ мается с обмотки реле 19 или используется контактная группа 29

его. Резистор 24 введен для повьшгения надежности работы генератора путем ограничения Тока через контакты 23 и, следовательно, не допускает их обгорание, а условия разряда конденсатора 11 улучшаются за счет увеличения времени разряда, создаваемое искусственной задержкой отключения реле 19 его замыкающий контакт 25 подключает через диод 26 обкладку конденсатора 28 к обмотке реле 19, что и обеспечивает задержку выключения последнего,

5 при этом диод 22, шунтирующий обмотку реле 19, гасит паразитивный выброс напряжения на ней, возникаю-; щий вследствие резкого спада тока в момент отключения реле в его обмотке, причем энергия, накопленная в индуктивности обмотки, рассеивается на прямосмешенном, относител но полярности паразитного выброса, диоде 22. Время задержки выключения реле 19, зависящее от постоянной времени цепи, состоящей из резистора 27 и конденсатора 28, определяет и длительность формируемого импульса. Эффект существенного повьппения стабильности частоты следования импульсов в инфранизком диапазоне достигнут за счет предложенной схемотехники подключения элементов в выходном пороговом каскаде импульсного генератора инфранизкой частоты и в особенности за счет включения обратносмещенного стабилитрона 16 между эмиттером транзистора 15 и базами транзисторного модулятора 17 и подключения двух конденсаторов к обоим выводам стабилитрона 16 и к общей шине питания, при этом одновременно достигнуто оптимальное согласование работы всех элементов и образования фильтра низких частот образованного конденсаторами 20 и 21, а также динамическим сопротивлением стабилитрона 16, который в зависимости от режима меняет свою постоянную времени, так как величина динамического сопротивления стабилитрона 16 меняется на несколь

Фиг. / 3 ко порядков в зависимости от того, пробит он или зацерт. Так, например, в режиме формирования периода следования импульсов стабилитрон 16 в пороговом каскаде импульсного генератора заперт и тока на пропускает, при этом его внутреннее сопротивление очень велико и обычно превьпаает величину 1 мгОм, а в режиме переключения,когда стабилитрон 16 открыт, его сопротивление составляет единицы Ом,отсюда и изменения соответствующей постоянной времени на 4-5 порядков, что обеспечивает эффективное подавление низкочастотного шумового .фона: в режиме формирования периода следования. Дополнительныепреимущества предложенного устройства по отношению к прототипу выражаются в сокращении количества используемых элементов в схеме на 50% и в обеспечении возможности регулирования периода следования импульсов более простыми и надежными средствами, а именно переменным резистором 18 в цепи эмиттеров транзисторного модулятора 17, входящего в состав выходного порогового каскада, а :не во времязадающую цепь интегратора как в прототипе, что также повышает стабильность частоты следования импульсов в предложенном устройстве.

f., .... .-,...-,;..;;

- ff ,-., f- .- -..,- -л-лг I r-- 9вЗ&3

ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИНФРАНИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий источник питания с симметричными разнополярными уровнями напряжения, собранный на двух стабилитронах и балластном резисторе, времязадающий каскад, собранный на операционном усилителе с дифференциальным входом, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, резистор которой подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и плюсовой шине источника питания, цепь задержки выключения реле, подключенную через диод и разомкнутьй контакт реле к обмотке реле выходного каскада, и цепь,обратной связи из последовательно включенных ограничительного резистора и разомкнутого контакта, реле. которое шунтирует конденсатор времязадающей цепи, отличаю-, щ и и с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты следования импульсов и ускорения формиро- вания фронтов импульсов, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилитель тока на транзисторе, динамический фильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощ-, ности, собранный на транзисторном модуляторе, нагруженном на реле, при этом база транзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилиi теля, коллектор подключен к минусовой шине источника питания, а омиттер подключен последовательно через стабилитрон динамического фильтра нижних частот к двум базам транзисторного модулятора, оба эмиттера которого подключены через Х переменный резистор к плюсовой шине источника питания, а обгций коллектор 00 к вьшоду обмотки реле, второй вы:лэ вод которой подключен к общей шине, о причем обмотка реле загаунтирована СлЭ диодом, а к обеим выводам стабилитрона динамического фильтра нижнихчастот подключены конденсаторы,вторыевы, воды которых подключены к общей шине .

(/ Л

Фиг. 2