Релаксационный генератор Советский патент 1982 года по МПК H03K3/335 

(54) РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, измерительной и вычисл ггельной техники. Известен релаксационный генератор, содержащ й времязадающую RC-цепь, нагрузочные резисторы и тиристоры l. Однако это устройство обладает недостаточной стабильностью периода колебаний.. Наиболее близким по .технической cyuiности к предлагаемоку является генератор, содержащий времязадающему РС-цеп тиристор (эквивалентная модель которого представляется двумя биполярными транзисторами разного типа проводимости), в управляющей цепи которого включен нагрузочный резистор, а в анодной цепи полупроводниковый диод, катод подсоединен к общей шине, регулирующий транзи стор, коллектор которого подсоединен к шине пита имя, а база подсоединена к шин питания через резистор, транзистор обрат ной связи с резисторами в цепях коллектора и базы, эмиттер которого подсоедин нет1 к общрй шине, два резистора 2. Недостатком известного устройства является то, что. оно обеспечивает стабильность периода кoлeбflHVIй более 1% при взаимодействии тектературы окружающей среды до 1ОО°С.. С учетом других дестабилиз1фующих факторов (например, стар« ние элементов схемы, изменение напряжения питания) стабильность периода колебан11й превышает НЕСКОЛЬКО процентов. Использование подобьлгх генераторов в аналого-цифровь1х преобразователях, где требуется стабильность периода колебаний О,О1 - 0,25%, затруднено. Целью изобрететш является повышение стабильности периода колебаний. Поставленная цель достигается тем, что в релаксапновныД генератор, содержащий RO-цепь, полупроводниковый прибор с управляемой S -образной характеристикой, второй электрод которого подсоединен к общей шине, первьтй диод. первый в второй-транзисторы, шесть pei ЗИСТ0110В, КС-цепь вклкишна между шиной питакия и общей шиной, е ее средняя точ ка подсоединена к аноду первого диода, коллектор первого транзистора непосредственно, а база через первый резистор подк1аочоны к шине питания,. эмиттер второго Транзистора подсоединен к общей шике, а к еро базе подсоединен один вывод второго резистора, дополнительно введены второй диод, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой тра кзисторы, седьмой и всяаьмой резисторы-, причем база третьего транзистора подсоединена через третий резистор к третьему электроду псяуйроводншсового прибора с управгагемой 5-образнойхарактеристикой и через четвертый резистор к эмиттеру, коллектор через пятый резистор подсоединен к общей шине и через шеетой резистор - к базе четвертого транзистора, эмиттер которого непосредственно, а база через седьмой резистор соединены с общей шиной, коллектор подсоединен к сред ней точке КС-цепи, эмиттер третьего транзистора подсоединен к эмиттеру пятого транзистора и через восьмой резистор - к базе шестого транзистора, коллекторы пятого и седьмого транзисторов подсоединены к шине питания, база пятого, коллектор шестого и эмиттер седьмого транзисторов объединены и подсоединены к второму выводу второго резистора, база седьмого, эмиттер Первого и коллектор второго транзисторов o&if единены, эмиттер шестого транзистора подсоединен к обшей шине, первый электрод полупроводникового прибора с управляемой 5-образной характеристикой под соединен к катоду второго диода, анод которого подсоединен к катоду первого диода. Третий транзистор имеет тип проводимости, противоположный типу проводимос ти остальных транзисторов. В качестве полупроводникового прибор с управляемой S-образной характеристикой использован тиристор. На чертеже приведена схема релаксационного генератора. Генератор содержит времязадающие резистор 1 и конденсатор 2, тиристор 3 (эквивалентная модель которого представ лена р V -р и И-р -и типами транзисторов 4,5),полупроводниковые диоды 6 и 7, нагрузочные резисторные делител 8,9 ; 10,11 (причем резисторы 8:10 выключающие резисторы), нагрузочный резистор 12, выключающие р-и - р и 1-Р-И ТИПЫ транзисторов 13 и 14, транзисторы 15 и 16 и резисторы 17 и 18 обратной связи, регулирукягае Tpaifrзисторы 19-21 и резистор 22. , FeiffipaTOfx работает следующим обраом. .: При подаче на схему напряжения питания происходит заряд конденсатора 2 через резистор 1 до напряжения максимума (включения) , которое имеет трристор 3 на своей входной вольтамперной характеристике (ВАХ) с учетом падения напряжения на полупроводниковых иодах б и 7. После чего происходит включение тиристора 3 и с его нагруочного резисторного делителя 8, 9 поступает сигнал на вход. выключающего транзистора 13, в коллекторную цепь которого подсоединены нагрузочный резисторный делитель 10,11 и нагрузочный резистор 12. Нагрузочный резиоторный делитель 10,11 задает требуемой величины входной ток транзисторы 14- Через открытый вход тиристора 3 и открытый транзистор 14 происходит разряд конденсатора 2 до напряжения мин№мума (выключения) , равного падению дапряжения на открытом транзисторе 14 (U| 9)4. ° Р автоколебательном режиме работы генератора рабочая точка выбирается на отрицательном участке входной В-образ ной ВАХ тиристора 3. При этом условии состояние тиристора 3 неустойчиво и он выключается. Вновь начинается заряд конденсатора 2 и весь процесс повторяется вновь. Для работы тиристора 3 напряжение на его аноде (Е) должно быть больше, чем напряжение ( U ) на его управляющем электроде. Данное условие создается транзисторами 15 и 16 и резисторами 17 и 18 обратной связи, регулирующими транзисторами 19-21 и резистором 22, Причем транзисторы и резисторы обратной связи устанавливаЬт оптимальный режим работы регулиру1ощих транзисторов 1921, а резистором 22 устанавливается требуемое выходное напряжение U. В общем виде период колебаний генератора (-fc ) определяется временем заряда конденсатора 2 (to,) и его временем разряда (t ), т.е. Если заряда конденсатора много больше его времени разряди, то перйод колебаний можно принять примерно равным его времени заряда (t -lOOtp) fi этом случае период колебаний описывается известным выражением ...(3) Е-и,лакс Из анализа выражения (3) следует, что период колебаний зависит от многих факторов -t - CR,C,E ,U ллмм, } Даже применение традиционных стабилизаторов напряжения с высокими эксплуатационными параметрами не смогут учесть измен НИИ параметров УЛЛИИ и U/VAQKC тириоторе при воздействии дестабилиз фующих факторов. На основе анализа зависимости (3) предлагается комплексный метод стабилт зации периода колебаний генератора в условиях нестабильности определяющих его параметров (Е, U/SAMH) этой эели вводится произвольный пара. метр Ulf . Суть анализа заключается в нахождении такого закона изменения параметра (j , реализация которого в еледящем устройстве позволила бы компенси ровать влияние на величину периода коле бания нестабильности всех трех общих параметров, которые присущи для напряжений максимума и минимума, Из фиг. 1 следует, что напряжения максимума и минимума в общем виде oiro сываются выражениями идлакс- ир и и/ инг-кэ Ор-у,, где - напряжение на открытом И-р-И транзисторе 5; Ор.у, - усредненное напряжение на р-и переходах полупроводниковых диодов и база эмитгерном перекопе транзист ора 4; Vi- общее количество переходов, участвующих для создания напряжения максимума. Как видим из выражения (4) и (5), общим параметром для напряжений максимума и минимума является усредн енно напряжение переходов Op viИз решения выражений (3)-(5) перио колебаний описывается t-ViUp-M-UK t--Rce, TMjli-yi Ор-м Потенцируя выражение (б) и решая его относительно параметра, найдем закон его изменения 1 и, --Е K: -viк и р.и ( -Kq) UK (7) где, к ч-1И1е), Устройство, реализующее выражение (7),, приведено на чертеже и представлено транзисторами 15,16,19-21 и резисторами 17,16 и 22, а его выходное напряжение описывается выражением U-tKtj-UEgViKc (8) где К.. - коэффициент деления напряжения питанш по входу регулирующего транзиотора 19; Ugg - усредненное напряжение базаэмиттерных переходов всех регулирующих транзисторов; И- количество база-эмиттерных переходов в h-регулирующих транзисторах. Из рещения выражений (4), (б)-(8) при условии, что АЛИН KSjU tc H-ap. период колебаний описывается в виде t-R-c-Bv,-:,. (12) Как видно из выражения (12), период колебаний зависит лишь от параметров времязадающей RC-цепи и коэффициента деления напряжения питания, который не зависит от дестабилизирующих факторов. Следовательно, выходное напряжение U/I , изменяющееся по закону (8), компенсирует влияние на прямее НИИ максимума и минимума в тиристоре при воздействии всех дестабилизирующих факторов на период колебаний релаксационного генератора. Чем точнее компенсация между суммарным напряжением база-эмиттеркых периодов в регулирующих транзисторах и суммарным напряжением всех p-h переходов, участвующих в создании напряжения максимума, при напряжении минимума, примерно равным нулю, тем лучщую стабилизацию периода колебаний удается получить. Эффект можно еще усилить, выполmm все вышеуказанные элементы на одном кристалле. Бблее точная компексашш получается при большем количестве npi мененных в генераторе и-регулирующих транзисторов ((1-1)-транзисторов обрат.ной связи и ( И-1 )-полупроводниковь1х диодов. Например, общая нестабильность периода колебаний составлйет (fij. « 0,353% при Vle2, и (f «0,085 при 3,. что подтверждается актом испытаний. Таким образом, данный генератор позволяет уменьшить общую нестабильность п& риода колебаний почти в 10 раз по отношению к известному. Кроме того, можно ожидать и уменьше1гае стоимости предлагаемого генератора за счет меньшего числа его элементов, по отношению к числу элементов, имеющихся в схеме известного,, с учетом дополнительно введенных элементов, позво ляющтос достичь тех же значений по неста бильности периода колебаний,, что и в предлагаемом генераторе. За счет лучшей стабилизации периода колебаний при сравнительно простом схем ном решении предлагаемый генератор мозкет найти широкое применение в разных областях техники. Формула изобретения 1. Релаксационный генератор, содержащий RC-цепь, полупроводниковый прибор с управляемой 5 -образной характери тикой, второй электрод которого подсоединен к общей шине, первый диод, первый и второй транзисторы, шесть резисторов, КС-цель между шиной питания и общей шиной, а ее средняя точка подсое динена к аноду первого диода, коллектор первого транзистора непосредственно, а база Через первый резистор подсоединены к шине питания, эмиттер . второго транзистора подсоединен к общей шине, а к его базе подсоединен один вывод второго резистора, отличающийся тем ч го, с целью повышения стабилизации периода колебаний, в него дополнительно введены второй диод, третий, четвертый, 96 78 пятый, шестой и седьмой транзисторы, седьмой и восьмой резисторы, причем база третьего транзистора подсоединена через третий резистор к третьему электроду полупроводникового прибора с управляемой 5-образной характеристикой Ихчерез четвертый резис тор к эмиттеру, коллектор через пятый резистор подсоединен jc общей шине и через шестой рединен к обшей шине и через шестой резистор - к базе четвертого транзистора, эмиттер которого непосредственно, а база через седьмой резистор соединены с общей шиной, а коллектор - подсоединен к средней точке RC-цепи, эмиттер третьего транзистора подсоединен к эмиттеру пятого транзистора и через восьмой резистор - к базу шестого транзистора, коллекторы пятого и седьмого транзисторов подсоединены к шине питания, база пятого, коллектор шестого и эмиттер седьмого транзисторов объединены и подсоединены к второму выводу второго резистора, база седьмого, эмиттер первого и Коллектор второго транзисторов объединены, эмиттер шестого транзистора подсоединен к общей шине, первый электрод полупроводникового прибора с управляемой S-образной характеристикой подсоединен к катоду второго диода, анод которого подсоединен к катоду первого диода. . 2. Генератор поп. 1,отличающ и.й С . . тем, чТо третий транзистор имеет тип проводимости, противоположный типу проводимого остальных транзистород 3. Генератор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве полупроводникового прибора с управляемой S -образной характеристикой использован тиристор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3781715, к кл. 332-91, 1970. 2.Важенина 3. П., Пудриков Э. В. Транзисторные генераторы импульсов миллисекундного диапазона. М..) Сов. радио, 1974, с. 84 (прототип).