Аналоговое времязадающее устройство Советский патент 1981 года по МПК H03K5/13 H03K17/28 

(54) АНАЛОГОВОЕ ВРЕМЯЗАДАКЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое аналоговое времязадаю щее устройство относится к импульсной технике инфранизкого диапазона и можен быть применено для формирования вьщержки времени в установках различ ного назначения и, в частности, предназначено для использования в системах .автоматического управления переключением регенеративных теплообменников . Известны аналоговые врбмязадающие устройства, содержащие RC-цепи, опера ционные усилители, полевые и биполярные транзисторы, а т,акже электромагнитные реле, используемые в различных системах автоматического управления Известные устройства имеют недос-i таточный . диапазон регулирования вьще жек времени. Известно устройство, которое содержит времязадающий каскад на полевом транзисторе, к затвору которого подключена RC-цепь, а его канал -включен в одно плечо резистивного моста, к диагонали которого подключены через резисторы входы операционного дифференциального усилителя, а выход последнего подключен через стабилитрон к базе биполярного транзистора, нагруженного на обмотку злектромагнит- ного реле 2; . Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон отрабатываемых устройством регулируемь1х временных интервалов. Цель изобретения - расширение диапазона отрабатываемых временных интервалов и регули14ование их в широких пределах. Для достижения указанной цели в аналоговом времязадающем устройстве., содержащем интегратор на операционном усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор времязадающей RC-цепи, пороговый каскад, включающий биполярный транзистор, база которого подключена через резистор к выходу операционного усилителя, а эмиттер через стабилитрон к базам транзисторного модулятора, н груженного на электромагнитное реле, и источник постоянного тока с симметричными стабилизированными разнополярными напряжениями, во времйзадающую RC-цепь интегратора введены два каскодно включенных полевых тран зистора, причем затвор первого полевого транзистора подключен к конденс тору времязадающей цепи и к инвертирующему входу операционного усилител а затвор второго полевого транзистора подключен к источнику управляющего регулируемого напряжения, при этом исток первого и сток второго транзисторов соединены вместе, исток второго транзистора через резистор подключен к плюсовой шине источника питания, а сток первого транзисторак неинвертирующему входу операционно усилителя и к выводу между двумя ста билитронами источника постоянного тока с симметричными стабилизирован ными разнополярными напряжениями. На фиг. 1 представлена принципиальная схема аналогового времязадающего устройства; на фиг. 2 - экспериментально полученные зависимости отрабатываемого интервала времени в функции управляющего регулируемого напряжения. Аналоговое времязадающее устройство содержит интегратор, собранный на операционном усилителе 1, подключенный к плюсовой 2 и минусовой 3 шинам источника постоянного трка, имеющего симметричные разнополярные стабилизированные напряжения, формируемые последовательной цепью из ста билитронов 4 и 5, а также балластног резистора 6, подключенного к общей шине 7 источника постоянного тока с напряжением +ЕП, причем конденсатор 8 времязадающей RC-цепи подключен в цепи обратной связи операционного ус лителя 1, т.е. между его выходом 9 и инвертирующим входом 10, а резистивная цепь времязадающей RC-цепи соетоит из каскодно включенных двух полевых транзисторов П и 12, у которых сток первого и исток второго сое динены вместе, исток транзистора 11 через ограничительный резистор 13 . подключен к плюсовой щине 2, а сток транзистора 12 - к общему выводу меж ду стабилитронами 4 и 5 ( искус ственного нулевого уровня) и к неин9вертирующему входу 14 операционного усилителя 1, при этом .затвор (входная цепь) транзистора 12 подключен к инвертирующему входу 10 операционного усилителя 1, а затвор (входная цепь) транзистора I1 подключен через переключатель 15 к источнику управляющему регулируемого напряжения или к среднему выводу переменного резистора 16, который совместно с резистором 17 образуют делитель напряжения, подключенный к шинам 2 и 3. Конденсатор 18 выполняет функции коррекции сигнала и является составной частью операцион-. ного усилителя ij. Аналоговое времязадающее устройство содержит также выходной пороговый каскад, база биполярного транзистора 19которого подключена через резистор 20к выходу 9 интегратора, коллектор подключен к минусовой шине 3, а эмиттер через стабили-трон 21 - к двум базам Транзисторного модуля 22, оба эмиттера которого через переменный резистор 23 подключены к плюсовой шине 2, а общий коллектор его подключен к обмотке электромагнитного реле 24,второй вырод которой подключен к общей .Обмотка реле 24 зашунтирована диодом 25 в обратно-смещенном направлении относительно полярности источника питания. Репе 24 имеет контактные группы 26, выводы 27 от которых подключаются к объектам управления. Для управления раЬотой аналоговым времязадающим устройством имеется двухполюсный тумблер 28, средние выводы которого подключены соответственно к плюсовой шине 2 и к выходу 9 интегратора, при этом вывод одной переключающей группы контактов подключен к источнику постоянного, тфка с напряжением +Ед, а противоположной вывод второй переключающей группы контактов подключен к среднему выводу последовательной цепи из ограничительного резистора 29 и кнопки 30 ручного управления, вторые выводы которых шунтирук1т конденсатор 8 времязадающей RC-цепи. Полевые транзисторы 11 и 12 изготовлены на одной подложке по единой технологии и размещены в одном корпусе. Биполярные, транзисторы модулятора 22 также размещены в одном корпусе. Аналоговое времязадающее устрой- . ство работает следующим образом. При подаче напряжения питания на устройство, т.е..при включении тумб-, лера 28 в положение, при котором источник постоянного тока с напряжением +ЕП, подключен к шине 2, устройство готово к работе и практически в этот момент начинает формироваться отрабатываемый интервал вре мени, поскольку переключение тумблера 28 привело к отключению резистора 29от конденсатора 8, шуртировавшего его и снимавшего остаточные напря жения, поэтому на выходе 9 операцион ного усилителя 1 .формируется линейно изменяющийся уровень выходного напряжения, крутизна изменения которого пропорциональна величине постоянной времени времязадающей RC-Цеп интегратора, состоящий из конденсато ра 8 и входного сопротивления затвор исток полевого транзистора 12. Вы ходное напряжение интегратора, нарас тающее относительно шины 2, сравнивается с пороговым напряжением выходного каскада и как только последнее окажется меньше первого, стабилитрон 21 пробивается, ток в базах транзисторного модулятора 22 резко возрастает, и реле 24 срабатывает. На этом процесс формирования отрабатываемого интервала времени заканчивается. При необходимости повторной отработки интервала времени нанимают кно ку 30, при этом конденсатор 8 шунтируется резистором 29 и разряжается, что приводит к возврату уровня выход ного напряжения на выходе 9 интегратора до уровня, искусственного нуля, равного уровню напряжения между стабилитронами 4 и 5, а также к тому, что транзистор 19, стабилитрон 2 и модулятор 22 запираются, и реле 24. выключается. После отжатия кнопки 30 резистивньй шунт с конденсатора 8 снимается, 1И процесс формирования следукядего .интервала времени повторяется аналогично описанному. Регулирование отрабатываемых интервалов времени Т пр изводится за счет изменения управляющего напряжения подаваемого от внешнего источника через переключатель. 15 на затвор полевого транзис тора 11 или со среднего вывода переменного резистора 16, с которого так же снимается регулируемое напряжекие, при этом изменение величины Уй равляющего напряжения приводит к изменению постоянной времени l вр мязадающей RC-цепи, причем емкость . конденсатора 8 - величина постоянная и и меняется за счет изменения величины R, что и- приводит к изменению величины отрабатываемого интервала времени Т. Эффект расширения диапазона, т.е. существенного увеличения отрабатываемых регулируемых интервалов времени Т, достигнут в предлагаемом устройстве за счет нетрадиционного включения полевых транзисторов 11 и 12.на входе 10 операционного усилителя 1. Обычно для регулирования постоянной времени С с помощью управляемого напряжением сопротивления применяют полевой транзистор, на затвор которого подают регулируемое напряжение, а его канал используют в качестве изменяющегося сопротивления. Поскольку сопротивление канала полевого транзистора очень мало (0,5-5 кОм), то получить большие интервалы времени Т практически невозможно. В предлагаемом устройстве ,jc инвертирующему входу 10 операционного усилителя 1 подключен не канал, т.е. не исток или сток, а затвор полевого транзистора 12, имеющего высокое входное сопротивление, которое по отношению к входу операционного усилителя является выходным сопротивлением. при этом дополнительное увеличение последнего осуществляется тем, что транзистор 12 включен по схеме истокового повторителя, нагрузкой которого является канал второго полевого транзистора 11, а нагрузкой последнего - его ограничительный резистор 13. Оба полевых транзистора 11 и 12 включены каскадно, поэтому у них один и тот же ток каналов, причем, измеHKff величину управляющего напряжения изменяется величина тока канала транзистора 11, и, как следствие этого, изменяется величина тока канала транзистора 12, а это изменяет режим постоянного тока последнего и приводит к изменению его сопротивления затвор - исток, которое является входным сопротивлением по отношению к инвертирующему входу 10 операционного усилителя I и в совокупности с емкостью конденсатора 8 «пределяет величину постоянной времени 1/ интегратора - как времязадающего каскада. Возможности регулирования периода Т в предлагаемом устройстве показаны 8 на фиг. 2, на которой представлены экспериментально полученные регулировочные характеристики, отражающие функцию преобразования (Vyfjp ). График 1 на фиг. 2 показывает, как изменяется эквивалентное сопротивление каскада на двух полевых транзисторах 11 и 12 в зависимости от величины зависимость (Vjrrp График 2 показывает зависимость t f(R). График 3 показывает зависимость (С), а график 4 показывает результирующую зависимость Т f(yyf,p ) для предлагаемого аналого.вого времязадающего устройства. Результаты эксперимента (фиг. 2) показывают, что эквивалентное сопрот ление R времязадающей RC-цепи изменяется в широком диапазоне, т.е. от 1 до 30 ГОм, что и приводит к существенному возрастанию величины t и Т. Поскольку при традиционном вклю чении полевых транзисторов сопротивление каналав их составляет единицы килоом, а входное сопротивление зат вор-исток порядка 10-15 мОм, то эффект возрастания постояннрй времени С периода Т в Ч1редлагаеУ1ом устройст ве можно оценить по крайней мере как в 1000 раз. . . Формула изобретения Аналоговое времязадающее устройс во, содержащее интегратор на операционном усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор времязадакяцей RC-цепи, пороговый ка

иг.{ кад, включающий биполярный транзистор, база которого подключена через резистор к выходу операционного усилителя, а эмиттер через стабилитрон - к базам транзисторного модулятора, нагруженного на электромагнитное реле, и источник постоянного тока с симметричными стабилизированными разнополярными напряжениями, отличающеес я тем, что, с целью расщирения диапазона отрабатываемых временных интервалов и регулирования их в широких пределах, во времязэдающую цепь интегратора введены два каскодно включенных полевых транзистора, причем затвор первого полевого транзистора подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и к конденсатору времязадающей цепи, а затвор второго полевого транзистора подключен к источнику управляющего регулируемого напряжения, при этом исток первого и сток второго транзисторов соединены вместе, исток второго транзистора через резистор подключен к плюсовой шине источника питания, а сток первого транзистора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и к выводу между двумя стабилитронами источника постоянного тока с симметричными стабилизированными разнополярными напряжениями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР . № 534868, кл. Н 03 К 17/28} 1976. 2. Патент США № 3906248, кл. 307-293, опублик; 1966, (прототип) .

Фиг.2