Генератор импульсов с регулируемой скважностью Советский патент 1983 года по МПК H03K3/26 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ

12

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в качестве генератора прямоугольных импульсов с регулируемой длительностью импульсов и регулируемой скважностью. Известен мультивибратор на операционном усилителе с дифференциальным входом с регулируемой скважностью, содержащий резистивный делитель в цепи положительной обратной связи и интегрирующую цепь отрицательной обратной связи, два дополнительных операционных усилителя, причем один вход первого из них подключен к точке соединения резистора и конденсатора интегрирующей цепи отрицательной обратной связи, а выход соединен со второй обкладкой конденсатора и с одним входом основного операционного усилителя, один.вход второго дополнительного операционного усилителя соединен с выходом резистивного делителя цепи положительной обратной связи, а выход - со вторым входом основного операционного усилителя и со входом резистивного делителя цепи положительной обратной связи, fipn этом вторые входы обоих дополнительных усилителей подключены к обшему выводу источников питания, к СКВАЖНОСТЬЮ

одному из входов.дополнительных операционных усилителей подключены выходы дополнительно введенных управляемых электронных ключей, управляющие входы которых соединены с выходом основного операционного усилителя 1.

Недостатком известного устройства является сложность устройства, ко10торая в основном определяется наличием трех операционных усилителей.

Наиболее близкдал по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является генератор

15 (мультивибратор), который содержит операционный усилитель,.конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, зарядную цепь,

20 состоящую из последовательно соеди- ; ненных первого регулируемого резистора и первого диода, причем анод первого диода подключен к выходу операционного усилителя, а первый регули25 руемый резистор - к инвертирующему входу операционного усилителя, разрядную цепь, подсоединенную парал- , лельно зарядной цепи и состоящую из последовательно соединенных второго

30 регулируемого резистЬра и второго диода, причем катод второго диода подсоединен к выходу операционного усилителя, резистора, включенного между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной уст ройства, третьего регулируемого резистора, подсоединенного одним концом к неинвертирующему входу операционного усилителя, а другим - к выходу операционного усилителя 2. Регулировка скважности в прототипе осуществляется за счет изменения величины сопротивлений первого и вто рого регулируемых резисторов. В зависимости от величины этих ре зисторов максимальная скважность может быть Q SlOO, а минимальная Qn,,.-i0i.I Вследствие того, что положительные и отрицательные пороговые напряжения в прототипе равны и устанавливаются ОДНИМ и тем же регулируемым резистором, увеличение сопротивления этого резистора приводит к одновременному уменьшению как длительности положительного выходного имп льса, так и длительности отрицательного выходного импульса (уменьшение сопротивления третьего регулируемого резистора приводит к увеличению как длительности положительного выходного импульса, так и длительности отрицательного выходного импульса), поэтому третий регулируемый резистор не используется для изменения скважности. Таким образом, недостатком прототипа является небольшой диапазон скважности: , Р Ыи диапазон изменения скважности прототипа; максимальная величина сква жности прототипа; минимальная величина скваж ности прототипа. Цель изобретения - расширение диа пазона регулирования скважности импульсов . Поставленная цель достигается тем что в генератор импульсов с регулируемой скважностью, содержащий операционный усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, зарядную цепь, сое тоящую из последовательно соединенных первого регулируемого резистора и первогодиода, причем анод первого диода к выходу операционного усилителя, а первый.регулируемый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных второго регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллель но зарядной цепи, причем катод второ го диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, третий регулируемый резистор, подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу операционного усилителя, введены третий диод, последовательно соединенные четвертый регулируемый резистор и четвертый диод, первая и вторая управляеглые разрядные цепи, первая и вторая управляющие цепи, причем анод третьего диода подсоединен к второму выводу третьего регулируемого резистора, а катод соединен с анодом четвертого и с вьлходом операционного усилителя, вывод четвертого регулируемого резистора подсоединен к первому выводу третьего регулируемого резистора, при этся первая управляемая разрядная цепь, содержащая последовательно включенные пятый диод и второй резистор, и вторая управляемая разрядная цепь, содержащая последовательно включенные шестой диод и третий резистор, подсоединены параллельно конденсатоРУч при этом анод диода соединен с катодом шестого диода, первая управляющая цепь, содержа.щая последовательно включенные седьмой диод и четвертый резистор, и вторая .управляющая цепь, содержащая последовательно включенные восьмой диод и- пятый резистор, включены между выходом операционного усилителя и соответственно точкой соединения пятого диода с вторым резистором и шестого диода с третьим резистором, при этом анод седьмого диода соединен с катодом восьмого. Для расширения диапазона регулировки скважности в известном генераторе необходимо обеспечить независимое регулирование порогов срабатывания и и Uj и кроме того необходимо, чтобы длительность положительного выходного импульса t определялась интервалом времени, когда напряжение на инвертирующем вхоДе Ug положительно, а длительность отрицательного выходного импульса t определялась временем, когда напряжение на инвертирующем входе Ug отрицательно. Действительно., для увеличения скважности необходимо уменьшить длительность полржительного импульса tJJ и увеличить длительность отрицательного импульса t. Для уменьшения длительности положительного импульса t нужно уменьшить порог срабатывания и , а для увеличения длительности отрицательного импульса ti, нужно увеличить по абсолютному значению порог срабатывания U. По в схеме известного генератора при уменьшении порогового уровня ОД будет уменьшаться только часть длительности положительного выходного импульса t на интервале времени в то же время уменьшение Uf: будет уменьшать и длительность отрицательного импульса tjj на интервале По . этому скважность не изменится. Бели же увеличивать по абсолютному эна чению nopbroBfcin уроввньЧ ,то дли1тельность отрицательного выходного импульса tJ4 увеличится (на интервале ), но также возрастает и длител ность положительного выходного импульса t (на интервале O-t), таким образом скважность также не изменнтся. Значит, раздельное регулировдние пороговых уровней Р/ и Uf, в исходной схеме будет менять только частоту колебаний, но не скважность. Бсли же отрезки времени O-tjH Ц-t свести к нулю или сделать их значительно меньше отрезков времени , и соответственнр, то тогда раздельное регулирование порогов ера батывания позволит расширить диапазон регулировки сквсикности. Независимая регулировка порогов срабатывания U и U достигается путем введения дополнительных цепей между выходом операционного усилителя и неинвертирующим входом его. На фиг. 1 представлена принципиальная схема генератора импульсов с регулируемой скважностью; на фиг.2 временные диаграгФш/ поясняющие прин цип действия генератора. . Генератор импульсов содержит операционный усилитель 1/ конденсатор 2 первый регулируемый резистор 3, первый диод 4, второй регулируемый резистор 5, второй диод 6, первый рези тор 7, третий регулнрубмый резистор 8, третий диод 9/ четвертый регулируемый резистор 10, четвертый диод 11, пятый диод 12; второй резистор 13, шестой диод 14, третий резистор 15, седьмой диод 16, четвертый резис тор 17, восьмой диод 18, пятый резис тор 19, инвертирующий вход 20, неинвертирующий вход 21, выход 22. . На фиг. 2 приняты следующие обозначения:и. - напряжение на инвертирующем входе 20; и„, - напряжение на выходе 22; Б - высокий уровень выходного на пряжения; Е - низкий уровень выходного на пряжения; Vf - пороговый уровень , соот ветствующий скачкообразному переключению выходного напряжения из в выу - пороговый уровень Uj соот ветствующий скачкообразному переключению выходrforo напряжения из Е,у в Е,у , . t - постоянная времени второй уп равляемой разрядной ц«пи; pjj. - постоянная времени первой управляемой разрядной цепи; tTj - постоянная времени зарядной - постоянная времени разрадиой . цепи} t - разряда конденсатора 2 i от о;: до йуля; t - время заряда конденсатора 2 от нуля до yi ; . t, - время разряда конденсатора 2 .4 от и до нуля; Ьц - время заряда конденсатора 2 от нуля до up } икоировапные моменты времени; -временная ось;. -длительность положительного выходного (шпульса; t. - длительность отрицательного выходного импульса. Генератор импульсов с регулируемой (Скважностью работает в автоколебательномрежиме следующим образом. Начнем рассмотрение с момента времени, принятого за нулевой на временных диаграммах (фиг. 2), когда на выходе 22 схемы высокий уровень выходного напряжения При этом третий диод 9, второй диод 6 и восьмой диод 18 закрыты, а первый диод 4, четвертый диод 11 и седьмой диод 16 открыты. Открытое состояние четвертого диода 11, включенного в цепь обратной связи, обеспечивает на инвертирующем входе 21 пороговый уровень и|ц, определяемый высокю уровнем выходного напряжения и коэффициентом обратной связи по неинвертирующему входу Т-4 п, Л RT -- г. R - сопротивление первого резййто ра 7;; RJQ - сопротивление четвертого регулируемого резистора 10; ТГ - коэффициент обратной связи по неинвертирующему входу. Вследствие того, что в рассматриаемый момент времени на выходе 22 схемы высокий уровень выходного напряжения Ejt конденсатор 2 разряжается от Uf« до нуля через вторую управляемую разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных третьего резистора шестого диода 14, с постояннойвременит,: , где R - сопротивление третьего резистора 15; Се. - емкость конденсато1).

:При этом напряжение на инвертирующем входе 20 возрастает по эксперимент аль1ному закону с постоянной времениС ,(фиг. 2). В момент достижения экспонентой нулевого уровня (момент t (фиг. 2) конденсатор 2 начинает заряжаться от Еру через зарядную цепь., состоящую из первого диода 4 и первого peryjjHpyeMoro резистора 3, с постоянной времени tr t

.-гг -R,,-c,

где а сопротивление первого регулируемого резистора 3; С - емкость конденсатора 2. При этом напряжение на инвертирующем входе 20 возрастает по экспоненциальному закону с постоянной времени тг( Сфиг. 2). В момент достижения экспонентой уровня U (момент t фиг. 2) напряжение на выходе 22 скачком понижается до значения При этом закрываются первый диод 4, 11 и седьмой 16, а второй диод 6, третий диод 9 и восьмой диод 18 откпываются. Открытое состояние третьего диода 9, включенного в цепь обратной связи, обеспечивает на неиивертирующем 21 отрицательный пороговый уровень Uj; , определяемый низким уровнем выходйого напряжения iiкоэффициентом обратной связи по .неинвертирующему в ход уJ- :

П .x Б2 , . 2- RT Rg где R- - сопротивление первого резис ора 7;

R - сопротивление третьего регулируемого резистора 8.

Вследствие того, что в рассматриваемый момент времени на выходе 22 схемы низкий уровень выходного напряжения конденсатор 2 разряжается от Uj: до нуля Г через первую управляемую разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных второго резистора 13 и пятого диода 12, с постоянной времени Т :

ftC

,2.

где R - сопротивление второго резистора 13;

С - емкость конденсатора 2. При этом напряжение на инвертирующем входе 20 падает по экспоненциальному закону с постоянной времени Та (фиг. 2). В момент достижения экспонентой нулевог.о уровня (момент t на фиг. 2) конденсатор 2 начинает заряжаться от E(,,y через разрядную цвпь .состоящую из второго диода 6 и второго регулируемого резистора 5, с постоянной времени 2.5

--Р5-Са,

где R- - сопротивление второго регулируемого резистора 5; С/л - емкость конденсатора 2, При этом напряжение на инвертирующем входе 20 понижается по экспоненциаль ному закону с постоянной времени Т. В момент достижения |Экспо«внтой (уровня ууг (момент t на фиг. 2) напряжение tia выходе 22 скачком повышается до значения E-vT... .

П .DVIA

Длительность положительных импульсов, формируемых схемой, определяется как

.-И

о.

,

где t время разряда конденсатора 5 ч. 2 от и йо нуля;

t - время заряда конденсатора 2 от нуля до и , так как эащаемся t с ft / то длительность положительных импульсов равна

. -с Р

v.-ta.)

где R- - сопротивление первого регулируемогр резистора 3; 5 емкость конденсатора 2)

R-f- сопротивление первого резистора 7 ; R - сопротивление четвертого гулируемого резистора 10. 0 Длительность отрицательных импульсов определяется как ,

где tr - время разряда конденсатора

2 от Uyt, ДО нуля t - время заряда конденсатора

2 от нуля до UjT , так как задаемся . то

%-),

4- -Г -, t-M-to. I

где R - сопротивление второго ре гулируемого резистора 5; емкость конденсатора 2; сопротивление первого резистора 7; R - сопротивление третьего регулируемого резистора 8, Скважность импульсов, генерируемых предлагаемой схемой определяется выражением

-% -t-.ri- - Максимальная скважность будет при максимальных значениях второго 5 и четвертого 10 регулируемых резисторюв и при минимальных значениях первого 3 и третьего в регулируемых резисторов .

Если, как и в прототипе, взять SVioy OO ком, Ri RiwiM 1 кОм , и выбрать СГ - - о Минимальная скважность получается пр минимальных зна ениях второго 5 и четвертого 10 регулируемых резисторов и при максимальных значениях пер вого 3 и третьего 8 регулирувШ)1х ре,зистрров. Если, как и в прототипе, взять . «ОМ кОм и выбрать , кО ком/ . -oQGl Hb. Таким образом/диапазон плавного:регул рования скважности в генераторе равен: где d - диапазон изменения скважности;,- максимальная велич11на свва ности; ,- минимальная величина скваж НОСТИ. образом, для независговой ре гулировки Uf в схему предлагаемого генератора (фиг. 1) введена цепь, состоящая из четвертого регулируемого резистора 10 и четвертого диода 11, а для регулировки Up использует ся цепь, состоящая из третьего- регулируемого резистора 8 и TpeTbeib диода Третий диод 9 открывается только при отрицательном напряжении на выходе, а четвертый диод 11 открывается только при положительной полярнос ти выходного напряжения, что и обеспечивает независимость регулировки пороговых уровней и с помощью соответственно регулируемых резисторов 8 и 10. чтобы длительность поло Для того, житёльного выходного импульса оп ределялась интервалом времени, когда напряжение на инвертирукндем входе положительно, а длительность отрицательного выходного импульса J, определялась временем, когда напряжение на инвертирующем входе (/ отрицательно, р схему генератора вве дены дополнительно две управляегше разрядные цепи, которые обеспечивают ускоренный разряд ко{1денсатора 2 до нуля, в отрезки, времени O-t .и Таким образом. Введение независимой регулировки порогов срабатывания и г введение двух управляе|4ых разрядных цепей позволяют в пред лагаемся генераторе (фиг. 1) сощественно расширить диапазон регулировки скважности. Формула .Изобретения Генератор импульсов с регулируе.мойскважностью содержащий операцией ный усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя н общей {ниной, зарядную цепь, состоящую из псмследовательно соединенных первого рвгулируе-, мого резистора и первого диода, причем анод первого диода подкгаочен к выходу операционного усилителя, а первый регулируемый резистор - к . инвертирующему входу операциЬиного усилителя, разрядную , состоящую из последовательно соеищгненных второго регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллельно зарядной цепи,причем катод второго диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор,включайнмй между йенывертиру{ащим опер ационного усилителя и обцей-вшной,третий регулируемый резистор,подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расшшрения диапазона регулирования скважности .импульсов, в него введены третий диод, последовательно соединен четвертый регулируе влй резистор и четвертый диод, первая и вторая управляемые разрядные цепи, первая и вторая управляющие цепи, причем ,. ...««„v««.« « анод третьего диода., подсоединен к второму выводу третьего регулируемого резистора, а катод соединен с анодом четвертого, и с выходом операционного усилителя, вывод четвертого регулируемого резистора подсоединен к первенцу выводу третьего регулируемого; резистора, при этом первая управляемая разрядная цепь, содержащаяпоследовательно включенные пятый диод и второй резистор, и вторая управляемая разрядная цепь, содержащая последовательно включенные шестой диод и третий резистор, подсоединены параллельно конденсатору,при этом анод пятого диода соединен с катодом шестого диода, первая управляющая цепь, Содержащая последовательно включенные седьмой диод и четвертый резистор, и вторая управлякядая цепь, содержащая последовательно включенные восьмой диод и пятый резистор, включены между выходом операционного усилителя и соответственно точкой соединения пятого диода с вторым резистором и шестого диода с третьим резистором, при этом анод седьмого диода соединен с катодом восьмого. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 393802, кл. Н 03 К 1/00, 26.08.71. 2.ЩацС.Я. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах. М., Советское рааио, 1976, с. 149.

17 16

Ф«а / t±:kJIZnr:::