Кольцевой автогенератор Советский патент 1981 года по МПК H03K3/281 

ключей к входу первого инвертора, катод второго диода подключен к входу третьего инвертора, а аноды диодов соединены с общей шиной.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема кольцевого автогенератора; на фиг. 2 - график колебаний.

Кольцевой автогенератор содержит логические инверторы 1, 2, 3 соединенные в кольцо через резисторы связи 4 и 5, частотнозадающий конденсатор 6, включенный между входом первого и входом третьего инверторов фиксирующие диоды 7 и 8. Транзистор 9 типа п-р-п, резисторы 10, 11, 12 и конденсатор 13 образуют каскад синхронизации. Транзистор 14 типа р-п-р, резисторы 15, 16 и конденсатор 17 образуют дополнительный каскад синхронизации. Синхронизация автогенератора возможна при подаче внешнего сигнала на вход каскада на транзисторе 9, т. е. на конденсатор 13. Синхронизация также возможна при подаче одновременно внешнего сигнала на вход каскада на транзисторе 9, т. е. на конденсатор 13 и на вход каскада на транзисторе 14,т.е. на конденсатор 17. В последнем случае обеспечивается более широкая полоса захвата по частоте. После включения напряжения питания в автогенераторе возникают автоколебания, в силу того, что три инвертора, соединенные в кольцо по постоянному току представляют собой систему не имеющую ни одного устойчивого состояния. Частота автоколебаний определяется емкостью конденсатора 6 и сопротивлением резистора 4. При этом на выходах инверторов 1, 2 и 3 появляются колебания прямоугольной формы. Ключевой каскад на транзисторе 9 позволяет синхронизировать автогенератор внешним импульсным сигналом. При поступлении на клемму синхро.цизации положительного импульса транзистор 9 открывается и оказывается в области насыщения. В этот момент времени низкоомный резистор 10 ограничивает всплеск тока, возникающий в цепи, состоящей из элементов: диод 8 - конденсатор 6 - резистор 10 - транзистор 9. При этом напряжение на входе инвертора 1 устанавливается на низком уровне, несмотря на то, что на выходе инвертора 3 присутствует высокий логический уровень напряжения, за счет того, что величина резистора 4 выбирается значительно большей, чем величина резистора 10. В рассматриваемый полупериод инверторы 1 и 3 оказываются закрытыми, инвертор 2 - открытым, а конденсатор б разряженным. В момент окончания входного положительного импульса синхронизации закрывается транзистор 9, при этом инверторы 1 и 3 оказываются открытыми, инвертор 2 - закрытым, а конденсатор 6 начинает заряжаться по цепи: выход инвертора 3 - резистор 4 - конденсатор 6 - резистор 5 - выход инвертора

2. Процесс заряда продолжается до прйХбда следующего синхронизирующего импульса. Благодаря этому колебания автогенератора оказываются синхронными с внешним синхронизирующим сигналом. В случае пропадания импульсов внешней синхронизации, автогенератор работает на собственной частоте FoПри этом устойчивая синхронизация внешним сигналом возможна в полосе частот Fc - 0,5 Fo-Fjaakc- ЗдеСЬ fmakc-

максимальная частота для данного типа микросхемы логического инвертора. Таким образом, синхронизация колебаний автогенератора возможна не только на частотах выше собственной, но и «а частотах ниже собственной частоты автогенератора, что и является его принципиальным преимуществом. Если к синхронизирующему каскаду

на транзисторе 9 типа п-р-п добавить каскад на транзисторе 14 типа р-п-р, то возможна синхронизация кольцевого автогенератора внешним сигналом в более широкой полосе со стороны низких частот. Такой дополнительный каскад на транзисторе 14 содержит также элементы 15, 16, 17, а вход каскада подключается к входу синхронизации (на фиг. 1 показано пунктиром). При отсутствии внешней синхронизации

дополнительные транзисторы 9 и 14 закрыты и не влияют на работу автогенератора. Автогенератор в этом случае работает на собственной частоте. При поступлении на вход синхронизации сигнала в виде

прямоугольной волны, происходит поочередное открывание транзисторов 9 и 14. Коллекторы транзисторов 9 и 14 через низкоомный резистор 10 связаны с входом логического инвертора 1. Поскольку величина резистора 4 выбирается значительно большей, чем резистора 10, верхний и нижний уровни входного напряжения для логического инвертора 1 полностью определяются уровнем напряжения на коллекторах

транзисторов 9 и 14. Благодаря этому состояние инвертора 1, а следовательно инверторов 2 и 3 оказываются жестко синхронными с внешним сигналом синхронизации. В такой схеме нижний предел частоты

внешней синхронизации определяется только величиной емкости конденсаторов 13 и 17.

В установившемся режиме автоколебаний в кольцевом автогенераторе при отсутствии

внешней синхронизации, на выходах инверторов 1, 2, 3 наблюдаются колебания прямоугольной формы. Полярность напряжения на конденсаторе 6 изменяется с одной на другую в течение одного периода колебаний. Если с выхода инвертора 2 поступает высокий уровень напряжения, то конденсатор 6 заряжается через резистор 5 и через резистор 4, поскольку в данный полупериод напряжение на выходе инвертора 3

имеет низкий уровень. В последующий полупёрйбд колебаний напряжение на выходе инвертора 3 примет высокий уровень. В этом полупериоде перезаряд конденсатора 6 идет по цепи: выход инвертора 3 - резистор 4 - конденсатор 6 - резистор 5 - выход инвертора 2. В обоих рассмотренных полупериодах в моменты переключения, кратковременно и поочередно открываются диоды 7 и 8. При этом происходит фиксирование напряжения на конденсаторе 6, что обеспечивает стабильную длительность полупериодов и частоты генерируемых колебаний. На фиг. 2 приведены графики зависимости частоты генерируемых колебаний от напряжения питания в известном устройстве А и предлагаемой Б. Изменения частоты предложенного автогенератора при изменении окружающей температуры от -20°С до +100°С при стабильном напряжении питания не превышают 2%, что также значительно лучше, чем в известных устройствах. В качестве инверторов были применены логические микросхемы серии 134 или 734 - инвертор 1, и логические микросхемы серии 106 или 706 - инверторы 2 и 3. Новым свойством предлагаемого автогенератора является возможность его устойчивой синхронизации сигналами с частотой не только более высокой, но и более низкой, чем его собственная частота. Это новое свойство автогенератора позволяет создать два взаимно синхронизированных генератора с целью резервирования. Это новое свойство автогенератора позволило также при разработке аналогов микросхем SI 442 (фирма Plessy Semiconductors США) и ESM353 (фирма Sescosem, Франция), отказаться от систем фазовой автоподстройки частоты и тем самым сушественно упростить интегральные микросхемы. Кроме того, предлагаемый автогенератор имеет существенно меньшую нестабильность частоты в диапазоне изменения напряжения питания и температуры.

Формула изобретений

Кольцевой автогенератор, содержащий три инвертора, которые соединены последовательно, причем выход первого инвертора соединен с входом второго непосредственно, а выход второго инвертора с входом третьего иивертора и выход третьего инвертора с входом первого инвертора соединены соответственно через резисторы, вход первого инвертора соединен с входом третьего инвертора через конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты генерируемых

импульсов и обеспечения возможности синхронизации, в устройство введены два транзистора разного типа проводимости и два диода, эмиттер транзистора типа р-п-р соединен с шиной питания, база транзистора

типа р-п-р подключена через резистор к шине питания, эмиттер транзистора типа п-р-п соединен с общей шиной, база транзистора типа п-р-п подключена через резистор к общей шине, коллекторы транзисторов соединены через резистор с входом первого инвертора, базы транзисторов через последовательные RC-цепи соответственно подключены к источнику импульсов синхронизации, катод первого диода подключен к

входу первого инвертора, катод второго диода подключен к входу третьего инвертора, а аноды диодсв соединены с общей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Андрющенко А. И. Образцовые циклы перспективных парогазовых установок. -

«Электроника, 1977, № 3, с. 58.

2.Трачик В. Дискретные устройства автоматики. М., «Энергия, 1978, с. 80 (прототип) .