Генератор импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K3/00 

(5А) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ

1

Изобретение относится к.импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительных приборах и устройствах.

Известен генератор импульсов, содержа1ций последовательно соединенные источник постоянного напряжения, резистор и конденсатор, параллельно которому включен пороговый элемент; работа которого основана на заряде конденсатора через резистор от источника постоянного напряжения. При. достижении напряжения заряда конденсатора пороговой величины срабатывает пороговый элемент и конденсатор разряжается. Затем цикл повторяется вновь 1 .

Недостаток такого генератора - значительная зависимость частоты от напряжения питания, величины тока утечки конденсатора порогового элемента.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является генератор импульсов, содержащий стабилизатор тока, выход которого соединен с входом ключевого элемента и первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого соединена с выходом ключевого элемента и общей шиной устройства, сравнивающее устройство, состоящее из источника опорного напряжения, один вывод которого подключен к общей шине, операци10онного усилителя, выход которого через последовательно соединенные диод и четырехполюсник обратной связи, соединен с неинвертируюрщм входом операционного усилителя и выходом

15 стабилизатора тока, а управляющий вход ключевого элемента подключен к выходу операционного усилителя 2.

Работа этого генератора импульсов

20 основана на заряде конденсатора стабильным током с последующим разрядом его через коммутатор, управляемый сравнивающим устройством, Недостатком известного генератора импульсов является нестабильност частоты генерации, особенно в диапа зоне инфранизких частот, где приходится применять конденсаторы боль шой электрической емкости ( эл тролитические) , которые имеют низку температурную и временную стабильность. Цель изобретения - ,повьЕаение ста бильности частоты генерируемых импульсов. Указанная цель достигается тем, что в генератор импульсов, содержащий стабилизатор тока, выход которо ,го соединен с входом ключевого элемента и первой обкладкой койденса-, тора, вторая обкладка которого соед нена с выходом ключевого элемента и общей шиной устройства, сравнивающе устройство, состоящее из источника опорного напряжения, один вывод Kotррго подключен к общей гаине, операционного усилителя, выход которого через последовательно соединен.ные диод и четырехполюсник обратной свя ;зи соединен с неинвёртирующим вхо;дом операционного усилителя и выхо дом стабилизатора тока, а управляющий вход ключевого элемента подключен к выходу операционного усилителя, дополнительно введены дифферен циатор, линия задержки и двухканаль 1ШЙ коммутатор, один вход которого соединен с вторымвыводом источника опорного напряжения, второй вход с выходом дифференциатора, вход которого подключен к выходу стабилизато1)а тока, вход линии задержки соединен, с выходом операционного уси лителя, а выход линии задержки подключен к управляющему;- входу двухканального коммутатора, выход которо го соединен с инвертирующим входом операционного усилителя На чертеже представлена функциональная схема гене затора импульсов. Генератор импульсов состоит из стабилизатора 1 тока, дифференциатора 2, конденсатора 3, элемента 4 ключевого, сравнивающего устройства 5, содержащего источник 6 опорного напряжения, усилитель 7 операционный диод 8, четырехполюсник 9 обратной связи, коммутатор 10 двухканальный, линию 11 задержки. Генератор импульсов работает еледующим образом. В исходном состоянии, когда выход-, ное напряжение усилителя 7 операционного отрицательно, диод 8 и элемент 4 ключевой закрыты. При этом конденсатор 3 заряжается от стабилизатора 1 тока. Напряжение заряда конденсатора 3 поступает на неинвертирующий вход усилителя 7 и на вход дифференциатора 2. При этом выходное напряжение последнего принимает некоторое постоянное значение, так как конденсатор 3 заряжается током стабильным во времени. Выходной сигнал дифференциатора 2 через соответствующий канал коммутатора 10 двухканапьного поступает на инвертирующий вход усилителя 7. Таким образом, потенциал на инвертирующем входе усилителя 7 остается постоянным, а на неинвертирующем входе линейно нарастает. Пока выходное напряжение дифференциатора больше напряжения заряда конденсатора 3, выходное напряжение усилителя 7 отрицательно (формирование напряжения на конденсаторе происходит в положительной полярности), а в коммутаторе 10 канал, через который на инвертирующий вход усилителя 7 поступает напряжение с источника 6 опорного напряжения, заперт. При достижении напряжением заряда конденсатора 3 величины выходного напряжения дифференциатора 2 выходное напряжение усилителя 7 становится положительным, диод 8 и элемент 4 открываются, происходит разряд конденсатора 3. Выходное напряжение дифференциатора 2 меняет свой знак и в начальный промежуток времени разряда конденсатора удерживает выходное напряжение усилителя 7 положительным. Через промежуток времени Т, определяемь1й постоянной времени линии 11 задержки, положительное выходное напряжение усилителя 7 закрывает канал коммутатора 10, через который поступает выходное напряжение дифференциатора 2, и открывает канал, через который поступает напр.яжение с источника 6. Таким образом, через диод 8 и четырехполюсник 9 обратной связи, который является резистивным делителем напряжения и предназначен для придания гистерезиса усилителю 7, работающему в качестве компаратора, на неинвертирующий вход усилителя- 7 поступает напряжение положительной обратной связи и напряжение с конденсатора 3, а на инвертирую1 щй вход поступает напряжение с источника 6. Величина этого напря- . нения выбирается равной или несколько большей суммы напряжений положительной обратной связи и напряжения насыщения элемента 4. Когда, вследствие разряда конденсатора 3, напряжение неинвертирующего входа .операционного усилителя 7 стает равным или несколько меньшим опорного, поданного с источника 6, выходное напряжение усилителя 7 вновь становится отрицательнь1М. При этом элемент 4 и диод 8 эакрьшаю ся и напряжение неинвертирующего вхо да усилителя 7 снижается на величину напряжения положительной обратной св зи. Это обстоятельство приводит к тому, что в начальный момент времени, после изменения полярности выход ного напряхсення усилителя 7 с положительной полярности на отрицательную выходной сигнал операционного уси лителя 7 отрицательный. Конденсатор опять начинает заряжаться-от стабили затора 1 тока. Через промежуток времени и, определяемый, как указано вы шё, постоянной времени линии задержки, отрицательное выходное напряжение с усилителя 7 закрывает канал коммутатора 10, через которьй поступает напряжение с источника 6, и- отгкрывает канал, через который поступает выходное напряжение дифференциатора 2. Далее работа устройства повторяется. С одной стороны время Т выбрано таким образом, чтобы за это время элемент 4 успел полностью закрыться, конденсатор 3 начал заряжат ся и на выходе диеЬФеренциатора 2 появилось напряжение, пропорциональное скорости заряда конденсатора 3. С другой стороны время Т удовлетвЪряет условию (1) где UjxSp.cB величина напряжения положительной обратной связи, 1с - величина тока заряда конденсатора 3, .С - величина электрической ёмкости конденсатора 3. Если время Т не удовлетворяет условию СП , то за это время напряжение на конденсаторе 3 станет больше опорного, подаваемого через коммутатор 10 с источника 6, что приводит к ложному переключению усилителя- 7, Так- как конденсатор 3 заряжается стабильным: во времени током, то напряжение на нем в любой момент времени равно --i-r . (2) где tJc. - напряжение на конденсаторе, t - время заряда. Выходное напряжение дифференциатора 2 равно 1Г - dUe -sr где U - выходное напряжение дифференциатора, к1 - коэ(1)фициент передачи дифференциатора, т.е. на выходе дифференциатора устанавливается постоянньй уровень на- пряжения, не зависящий от времени t. Пока ., элемент 4 закрыт. В момент времени t, когда напряженив на конденсаторе 3 етановитйя равным выходному напряжению дифференциатора 2, элемент 4 открывается, а конденсатор 3 разряжается. Период колебаний генератора импульсов практически равен времени заряда конденсатора. Для его определения необходимо приравнять . -f rotl откуда следует, что tl к1, т,е. период генерируемых колебаний не зависит ни от величины тока заряда конденсатора, ни от его электрической емкости, что особенно важно при генерировании колебаний инфранизких частот, где приходится применять конденсаторы большой электрической емкости (часто электролитические) -, которые .имеют низ.кую температуру и временную стабильность. . ... Использование предлагаемого устройства позволяет повысить стабильность частоты генерируемых колебаний. Формула изобретения Генератор импульсов, содержатций стабилизатор тока, выход которого соединен с входом ключевого элемента и первой обкладкой конденсатора.