Генератор инфранизкочастотных импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K3/00 

(5t) ГЕНЕРАТОР ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретени(В относится к импульсной технике и может быть использовано в приборах времени, а также в автоматических устройствах в качестве датчиков унитарного кода Ьремени или такто вых сигналов, Известны генераторы ин(1ч)анизкочастотных импульсов, используемые в элек ромеханических времени, которые содержат импульсный инфранизкочастотный генератор, выполненный в ви де вращаемого импульсного колеса с множеством поочередно расположенных на нем изолирующих и контактных площа док, а таюхе с зондируюидим элементом для генерирования.импульсов. Последний представляет собой контактную пру жину, прилегающую к наружной поверхности импульсного колеса. В соединенный с импульсным колесом стопорный зубчатый венец так входит в зацеплени стопорная пружина,что при застопорен ном импульсном колесе контактная пружина прилегает к изо)1ированной части нару)хнои поверхности колеса между двумя соседними контактными площадками, причем в цепи силового привода импульсного колеса расположен переключающий элемент 1, Недостатком такого генератора являются его сложность и недостаточная надежность, что обусловлено применением устройства с системой замыкающихся и размыкающихся контактов. . Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор инфранизкочастотных импульсов, содержащий маломощный приводной механизм, например часовой механизм с механическим редуктором, на выходной оси которого установлен кулачок, механически свя;занный с подвижной пластиной конденсаторного датчика, которая соединена с выходом источника напряжения высокой частоты, а неподвижная пластина конденсаторного датчика соединена через последовательно включенные детектор, фильтр высоко39частотных составляющих и дифференци.рующую цепь с входом формирователя длительности импульсов, и выпрямительный питающий блок, включающий выпрямительный диодный мост, одна диагональ которого через гасящий конденсатор и помехозащитный фильтр подключена к выходам источника переменного напряжения, а другая диагональ диодного выпрямительного моста через сглаживающий фильтр и параллельно включенный стабилитрон соединена с пи тающими входами источника напряжения высокой частоты и питающими входами jфopмиpoвaтeля длительности импульсов выход которого является выходом генератора 23., Недостатком известного генератора является большая потребляемая мощность. Целью изобретения является уменьшение мощности, потребляемой генератором. Поставленная цель достигается тем что в генератор инфранизкочастотных импульсов для программных реле времени, содержащий маломощный привод, например электрочасовой механизм с редуктором, на выходной оси которого установлен кулачок, механически связанный с подвижной пластиной конденсаторного датчика, которая соедин на с выходом источника напряжения высокой частоты, а неподвижная пласт на конденсаторного; датчика соединена через последовЬтельно включенные детектор, фильтр высокочастотных составляющих и дифференцирующую цепь с входом формирователя длительности им пульсов, блок питания, включающий диодный мост, одна диагональ которог через гасящий конденсатор и помехозащитный фильтр подключена к выходам источника переменного напряжения, а другая диагональ диодного моста чере сгламувающий фильтр и параллельно включенный стабилитрон соединена с питающими входами источника напряжения высокой частоты и питающими входами формирователя длительности импульсов, введены формирователь разно полярных импульсЬв, тиристорный ключ управляющий блок, ограничительный ре зистор, дополнительный гасящий конде сатор, триггер и оптрон, причем выходом генератора является выход формирователя разнополярных импульсов, вход которого соединен с одним входо триггера и выходом формирователя дли 4 тельности импульсов, вход которого юдключен к другому входу триггера, выход которого связан со светодиодом оптрона, а фотодиод оптрона включен между общей шиной и сигнальным входом управляющего блока, питающий вход которого через дополнительный гасящий конденсатор соединен с.входом тиристорного ключа, который подключен через ограничительный резистор к одному из выходов помехозащитного фильтра и первой обкладке гасящего конденсатора, -вторая обкладка которого соединена с выходом тиристорного ключа и общей шиной, которая является другим входом управляющего блока, выход которого соединен с управляющим входом тиристорного ключа, причем управляющий блок выполнен в виде выпрямителя, импульсного трансформатора, порогового элемента и транзисторного ключа, выходы которого соединены соответственно с сигнальным входом управляющего блока и общей шиной, выход транзисторного ключа соединен с одним входом порогового элемента, другой вход которого подключен к общей шине, выход порогового элег мента через первичную обмОтку импульсного трансформатора соединен с выходом выпрямителя, вход которого является питающим входом управляющего блока, а выходом управляющего блока является вторичная обмотка импульсного трансформатора. Кроме того, в генераторе инфранизкочастотных импульсов формирователь разнополярных импульсов содержит симметричный триггер, два элемента совпадения и выходной суммирующий мост, причем вход формирователя соединен с первыми входами элементов совпадения и с входом симметричного триггера, выход которого подключен к вторым входам элементов совпадения, выходы которых соединены с входом выходного суммирующего моста, выходы которого являются выходами формирователя разнополярных импульсов. На фиг. 1 представлена схема генератора инфранизкочастотных импульсов; на фиг. 2 - схема формирователя разнополярных импульсов. Устройство содержит маломощный привод 1, например электрочасовой механизм с редуктором 2,, выхбдную ось 3 редуктора, кулачок 4, выполненный с одноступенчатой канавкой 5, конденсаторный датчик 6 на основе .двух плас.5 тин 7 неподвижной и подвижной, при чем последняя соединена с выходом ис точника 8 напряжения высокой частоты детектор 9, фильтр 10 высокочастотны составляющих, дифференцирующая цепь формирователь 12 длительности импуль сов,, блок 13 питания, содержащий диодный мост И, гасящий конденсатор 1 помехозащитный фильтр 16, сглаживающий фильтр 17, стабилитрон 18, форми рователь 19 разнополярных импульсов, тиристорный ключ 20, управляющий блок 21, ограничительный резистор 22 дополнительный гасящий конденсатор 2 триггер 2 и оптрон 25 на основе светодиода 26 и фотодиода 27, причем управляющий блок 21 содержит импульсный трансформатор 28, пороговый элемент 29, транзисторный ключ 3 и выпрямитель 31, э формирователь 19 разнополярных импульсов содержит сим метричный триггер 32, элементы 33 и совпадения и суммирующий мост 35. Разработанный генератор предназна чен для работы совместно с программным реле времени, построенным по сх ме генератор импульсов - шаговый дви гатель - исполнительное устройство. Причем для питания шаговых двигателе указанного реле времени необходимы знакопеременные импульсы постоянного .тока, а питание самого реле времени, как правило, осуществляется от сети переменного тока. Генератор работает следующим образом. Приводной маломощный часовой механизм 1, обеспечивающий высокую стабильность колебаний, через специальный механический редуктор 2 создает вращение кулачка k с постоянной yi- ловой скоростью. Кулачок k выполнен с одноступенчатой канавкой 5. Такая форма выполнения кулачка и обеспечивает необходимый режим управления процессом коммутации конденсаторного датчика 5, который выполнен из двухпластин 7. За счет указанного выполнения кулачка Ц обеспечивается изменение емкости конденсаторного датчика таким образом, что сближение его пластин 7 происходит с большой скоростью. В результате получается резкое изменение емкости датчика и возникает высокочастотный импульс с крутым передним фронтом. Задний фронт импульса получается пологим за счет возврата кулачка k в исходное положе4ние, которое происходит в течение остальной части периода его вращения Одна из пластин 7 конденсаторного датчика 6 связана с выходом источника 8 напряжения высокой частоты, которыи выполнен в виде экономичного высокочастотного генератора на одном транзисторе по трансформаторной схеме с последовательным колебательным контуром. Такая схема обеспечивает при ВЫСОКОЙ добротности контура выходное напряжение порядка нескольких десятков вольт. Частота источника 8 лежит в пределах 1-2 МГц, причем ее стабильность не критична, что выгодно отличает предлагаемый генератор от известных электромеханических приборов времени подобного типа. В случае, когда пластины 7 конденсаторного датчика 6 раздвинуты, сигнал высокой частоты заполняет паузу между импуль.сами VI имеет величину много меньшую, чем в момент наибольшего сближения пластин. Таким образом, периодическое вращение кулачка Ц приводит к появлению на выходе конденсаторного датчика 6 последовательности импульсов высокой частоты. Огибающая импульсов высокой частоты выделяется детектором 9, который в предлагаемом генераторе построен на схеме удвоения напряжения. С выхода детектора 9 сигнал через фильтр 10 высокочастотных составляющих и дифференцирующую цепь 11 подается на управляющий вход ключа формирователя 12 длительности импульсов, сигнальный вход которого соединен с выходом стабилитрона 18, входящего в блок 13 питания. Выход формирователя 19 является выходом генератора. В результате на выходе генератора формируется последовательность стабильных по периоду следования импульсов с крутым передним фронтом. В ряде случаев необходима последовательность разнополярных импульсов прямоугольной формы соответствующей длительности. Поэтому в схему генератора введен формирователь 19 разнополярных импульсов. Особенностью разработанного генератора является его экономичность, которая достигается за счет того, что в моменты отсутствия выходного сигнала на выходе формирователя 12 длительности импульсов, на его питающие входы подается низкий уровень мощности, а в моменты формирования выходмого импульса - высокий уровень мощности. Это достигается тем, что в ге нераторе блок 13 выполнен с целью уменьшения габаритов по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором 15. С диодного моста Т напряжение подается через сглаживающий фильтр 17 на стабилитрон 18. В связи с тем, что период следования выходны импульсов велик (например, составляе 1 мин)j то скважность будет также большой. Все время между выходными импульсами основной нагрузкой стабилитрона 18 является входное сопротивление формирователя 12 длительное ти импульсов, потребление тока которым составляет, небольшую величину. При появлении выходного импульса на выходе формирователя 12 и максимальной нагрузке генератора ток, потребляемый от стабилитрона 18, увели чивается на порядок и составляет наи большую величину. Для нормальной работы стабилитрона 18 при таком большом разбросе тока нагрузки и использовании бестрансформаторной схемы бл ка 13 необходимо увеличивать величину гасящего конденсатора 15 что соответственно приводит к увеличению тока через стабилитрон 18 при отсутствии выходных импульсов, т.е. в режиме паузы. При этом увеличивается мощность, рассеиваемая на элементах питающего блока и потребляемаяот источника переменного напряжения (от сети). Увеличение мощности стабилитрона 18 осуществляется уменьшением величины сопротивления гасящего конден сатора 15 путем параллельного подклю чения к нему ограничительного резист ра 22 через тиристорный ключ 20, (Ko торый выполнен на основе симметрич о го тиристора ) в моменты появления вы ходных импульсов генератора, т.е. именно тогда, когда ток, потребляемый от стабилитрона 18, равен максимальному. Схема блока 13 вместе с управляющим блоком 21 при отсутствии выходно го Импульса генератора находится в следующем состоянии. Посредством фор мирователя 12 длительности импульсов открыт триггер 24 и через светодиод 26 Оптрона 25 протекает ток. Фото диод 27 оптрона 25 также открыт, а транзисторный ключ 30 управляющего блока 21 закрыт, закрыты при этом пороговый элемент 21 и тиристорный КЛЮЧ 20, так как на вторичной обмотке импульсного трансформатора 28 отсутствуют импульсы запуска. При появлении импульса на выходе формирователя 12 длительности импульсов триггер 24 переключается и оптрон 25 гаснет, транзисторный ключ ЗО открывается, срабатывает пороговое устройство 29 и с вторичной обмотки, транспорматора 28 снимаются короткие запускающие импульсы, открывающие тиристорный ключ 20. Ограничительный резистор 22 подключается параллельно гасящему конденсатору 15. Рассмотренная схема питающего блока отличается большой экономичностью, отсутствием теплоотводящих радиаторов и применением элементов малой мощности рассеивания, что позволяет уменьшить как габариты генератора, так и существенно снизить потребляемую мощность. Формула изобретения 1. Генератор-инфранизкочастотных импульсов, содержащий маломощный привод, например электрочасовой механизм с редуктором, на выходной оси которого установлен кулачок, механически связанный с подвижной пластиной конденсаторного датчика, которая соединена с выходом источника напряжения высокой частоты, а неподвижная пластина конденсаторного датчика Соединена через последовательно включенные детектор, фильтр высокочастотных составляющих и дифференцирующую цепь с входом формирователя длительности импульсов, блок питания, включающий диодный мост, одна диагональ которого через- гасящий конденсатор и помехозащитный фильтр подключена к выходам источника переменного напряжения, а другая диагональ диодного моста через сглаживающий фильтр и параллельно включенный стабилитрон соединена с питающими входами источника напряжения высокой частоты- и литающими Входами формирователя длительности импульсов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности генератора, в него введены формирователь разнополярных импульсов, тиристорный ключ, управляющий блок, ограничительный резистор, дополнительный гасящий конденсатор. триггер и оптрон, причем выходом тенератора является выход формирователя разнополярных импульсов, вход которого соединен с одним входом триггера и выходом формирователя длительности импульсов, вход которого подключен к другому входу триггера, выход которого связан со светодиодом оптрона, а фотодиод оптрона включен между общей шиной, и сигнальным входом управляющего блока, питающий вход которого через дополнительный гасящий конденсатор соединен с входом тирйсторного. ключа, который подключен через ограничительный резистор к одному из выходов помехозащищенного фильтра и пер вой обкладке гасящего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с выходом тиристорного ключа и общей шиной, которая является другим входом управлящего блока, выход которого соединен с управляющим входом тиристориого ключа, причем управляющий блок выполнен в виде выпрямителя, импульсного трансформатора, порогового элемента и транзисторного ключа, входы которого соединены соответствен но с сигнальным входом управляющего блока и общей шиной, выход транзистор ного ключа соединен с одним входом Э А10 порогового элемента, другой вхбд которого подключен к общей шине, выход порогового элемента через первичную обмотку импульсного трансформатора соединен с выходом выпрям 1теля, вход которого является питающим входом управляющего блока, а выходом управляющего блока является вторичная обмотка импульсного трансформатора. 2. Генератор по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я fем, что в нем формирователь разнополярных импульсов содержит симметричный триггер, два элемента совпадения и суммирующий мост, причем вход формирователя соединен с первыми входами элементов совпадения и с входом симметричного триггера, выход которого подключен к вторым входам элементов совпадения, выходы которых соединены с входом суммирующего моста, выходы которого являются выходами формирователя разнополярных, 1МПУЛЬСОВ. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ № 2628899, кл. G Oii С 9/00, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке ff 2891532, кл. Н 03 К 3/00, 1980 (прототип).

5J

J/

3

.I

I i

-h

Фиг. 2

TM -1MUH

-H