Генератор импульсов

 

Изобретение может быть использовано в различных цифровых и аналого-цифровьпс устройствах автоматики и вычислительной техники, например в диапазонных реле времени счетного типа. Цель изобретения - повышение точности установки периода следоваФиг .1 ния импульсов - достигается за счет уменьшения погрешности установки периода следования импульсов по равномерной шкале задатчика сопротивления времязадающей резистивной цепи. Другая цель - повьшение надежности генератора за счет исключения возможности открывания в пороговой логической схеме паразитной тиристорной структуры. Генератор содержит пороговую логическую схему 1, времязадающую резистивную цепь 2, конденсатор 3, резистивный регулировочный орган 4, резистор 5, шину-8 исг. точника питания, шины - общую 9 и выходную 10. Схема 1 содержит логические инверторы 13, 14 и 15. Цепь 2 содержит переменный I6 и подстроечный 17 резисторы, ручку 18 и круговую шкалу 19 с равномерно расположенными отметками 21 и 22, указатель 20. Для достижения поставленной цели в генератор введены резисторы 6 и 7 и новые функциональные связи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (О С N9 00 ел О1 о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3799707/24-21 (22) 04.09.84 (46) 23.01.87. Бюл. У 3 (71) Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики

Чебоксарского производственного объединения "Промприбор" (72) Л.А. Иванов (53) 621 .373(088.8) (56) Ланцов А.Л. и др. Цифровые устройства на комплементарных МДП-интегральных микросхемах. — М.: Радио и связь, 1983, с. 251.

Норман Х. Использование делителя определяет пределы настройки К/МОПгенератора. — Электроника, 1980, У 21, с. 74-75. (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение может быть использовано в различных цифровых и аналого-цифровых устройствах автоматики и вычислительной техники, например в диапазонных реле времени счетного типа. Цель изобретения — повышение точности установки периода следова„,SU»1 8 563 А1 (51)4 Н 03 К 3/03 ния импульсов — достигается за счет уменьшения погрешности установки периода следования импульсов по равномерной шкале задатчика сопротивления времязадающей резистивной цепи.

Другая цель - повышение надежности генератора за счет исключения возможности открывания в пороговой логической схеме паразитной тиристорной структуры. Генератор содержит пороговую логическую схему 1, времязадающую резистивную цепь 2, конденсатор 3, резистивный регулировочный орган 4, резистор 5, шину 8 ис, точника питания, шины — общую 9 и выходную 10. Схема 1 содержит логические инверторы 13, 14 и 15. Цепь

2 содержит переменный 16 и подстроечный 17 резисторы, ручку 18 и круговую шкалу 19 с равномерно расположенными отметками 21 и 22, указатель 20. Для достижения поставленной цели в генератор введены резисторы

6 и 7 и новые функциональные связи.

1 S II . ф-JIbI 2 HJI .

1285563

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых и аналогоцифровых устройствах автоматики и вычислительной технике, например в диапазонных реле времени счетного типа.

Цель изобретения — повышение точности установки периода следования импульсов за счет уменьшения погреш- !О ности установки периода следования импульсов по равномерной шкале задатчика сопротивления времязадающей резистивной цепи и повышение надежности генератора импульсов путем исключения возможности открывания в пороговой логической схеме паразитной тиристорной структуры.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема генератора 20 импульсов; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений и токов в некоторых электрических .точках и цепях генератора импульсов. °

Генератор импульсов содержит

КМДП-пороговую логическую схему 1, времязадающую резистивную цепь 2, конденсатор 3, резистивный регулировочный орган 4, первый 5, второй 6 и 30 третий 7 резисторы, шину 8 источника питания, общую 9 и выходную 10 шины. Первый вход цепи 2 соединен с инверсным выходом схемы 1, второй вход — с первой обкладкой конденсатора 3 и входом схемы 1. Первый вывод резистора 5 соединен с шиной 9., второй вывод — с вторыми входами регулировочного органа 4 и конденсатора 3. Первый вход регулировочного щ органа 4 соединен с прямым выходом схемы 1 через резистор 6, второй вывод резистора 5 соединен с шиной 8 через резистор 7. Шины 8 и 9 генератора импульсов соединены с шиной

11 питания и с общей шиной 12 схемы

1 соответственно. Шина 10 соединена с одним иэ выходов схемы 1, например с ее инверсным выходом.

Схема 1 выполнена на известных у

КМДП-логических элементах так, что при наличии на ее шине 11 положительного напряжения питания, действующего относительно ее шины 12 и находящегося в определенном рабочем диапазоне величины напряжения питания, и при внешних нагрузках на ее выходы, имеющих эквивалентные омические сопротивления в определенном рабочем диапазоне сопротивлений нагрузок, она обладает следующими характеристиками:

1. При напряжении на входе, находящемся в пределах от нуля до пер- вого порогового значения, напряжения на прямом и инверсном выходах находятся в определенных для этих выходов пределах напряжений логического нуля и логической единицы соответственно. При напряжении на входе, находящемся в пределах от второго порогового значения до значения напряжения питания, напряжения на прямом и инверсном выходах находятся в указанных пределах напряжений логической единицы и логического нуля соответственно. Второе пороговое значение больше первого порогового значения на величину, составляющую небольшую часть, например несколько процентов, от диапазона входного напряжения от нуля до значения напряжения питания, называемого далее рабочим диапазоном входного напряжения. Оба пороговые значения находятся в средней части рабочего диапазона входного напряжения, например в пределах 30-707 от значения напряжения питания, причем зависимости выходных напряжений от входного напряжения в его рабочем диапазоне монотонны, выходное напряжение логического нуля близко к нулю, а выходное напряжение логической единицы близко к значению напряжения питания.

2. При входном напряжении, находящемся в его рабочем диапазоне, входное сопротивление составляет десятки или сотни мегаом,а входной ток по абсолютной величине не превышает нескольких единиц или десятков наноампер. При входном напряжении, находящемся вне его рабочего диапазона, схема 1 может обладать значи-тельно более низким входным сопротивлением и значительно большим входным током, в частности схема I может быть снабжена первым защитным диодом, катод которого соединен с входом схемы 1, анод — с шиной 12, и вторым защитным диодом, анод которого соединен с входом схемы 1, катод — с шиной 11. Например, схема

1 может быть выполнена в виде последовательно соединенных логических инверторов 13-15, в качестве которых могут быть применены любые КМДП

1285563 комбинационные логические элементы, включенные известным образом инверторами, например КМДП-логические элементы 2И-HF., первые входы которых используются в качестве входов инверторов, а вторые входы соединены с шиной питания, в том числе логические элементы иэ состава известных

ЩЦП интегральных логических схем, на входах которых имеются защитные диоды.

Цепь 2 выполнена известным образом так, что,имеет между своими первым и вторым входами омическое сопротивление R, равное сумме двух

I частей. Первая часть R прямо пропорциональна величине механического или электрического задающего сигнала, создаваемого с помощью встроенного или внешнего эадатчика, вторая и часть R подбирается при регулировГке. генератора импульсов в процессе его изготовления или при периодической регламентной подрегулировке и имеет в течение всего срока эксплуатации или в течение каждого межрегламентного срока, т.е. между регламентными подрегулировками, постоянную величину. В результате сопротивление R при эксплуатации генератора импульсов может быть установлено плавно или дискретно с помощью задатчика в пределах от некоторого минимального значения F«„, которое рав- 35 но установленному при регулировке генератора импульсов значению. — со,противления B до некоторого максимального значения RÄ « равного сумме максимального значения со- 4р

I противления R, соответствующего верхнему пределу изменения задающего сигнала, и установленного указанным образом значения сопротивления

И

R . Причем по крайней мере некоторым 45 значениям задающего сигнала поставлено в соответствие определенное номинальное значение периода Т следования выходных импульсов генератора импульсов (именуемого далее просто gp период) из заданного диапазона его установки, в частности номинальные нижний Т„,„ „ и верхний Т пределы установки Т, с помощью цепи

2. Регулировочный диапазон изменения о

R токов — отношение R /R может

МаКе имн быть при регулировке генератора импульсов изменено относительно его среднего значения, равного отношению

Т„ „, „ /Т, в любую сторону н йом. б.п.. ном н.пнекоторое число раз, которое выбирается в зависимости от возможных отклонений от номинальных или типовых значений параметров примененных элементов генератора импульсов, влияющих на величину периода, например в

1,5 раза. Величина R«„, преимущественно находится в диапазоне 10

10 Ом, и величина Н„„„ составляет не менее 10 Ом. Например, цепь 2 со4. держит переменный резистор 16 с круговым перемещением движка, обладающий номинально линейной зависимостью сопротивления от углового положения движка, и подстроечный резистор 17, соединенные последовательно, а также эадатчик, состоящий из ручки 18, которая закреплена на оси резистора

16, равномерной круговой шкалы 19, установленной или нанесенной концентрично относительно оси резистора 16 либо на ручке 18, либо на корпусе или другой несущей конструктивной детали генератора импульсов, неподвижной относительно корпуса резистора 6, и указателя 20, который закреплен или нанесен на несущей конструктивной детали при первом либо на ручке при втором иэ указанных вариантов размещения шкалы 19.

Шкала содержит равномерно расположенные отметки, крайние из которых 21 и 22 оцифрованы заданными значениями Тном п.п Т „ом s.n . УГ ловой диапазон шкалы между ее. крайними отметками выбран таким, что не превышает углового диапазона перемешения движка резистора,16, в котором этот резистор обладает указываемой для него в технических условиях характеристикой линейности. Ручка 18 зафиксирована на оси резистора 16 так, что при совмещении указателя

20 с отметкой 21 шкалы сопротивление резистора 16 близко к минимально возможному значению, находящемуся, однако, вне области начального скачка сопротивления этого резистора, если этот скачок значителен. Сопротивление R представляет собой используемую для установки периода часть сопротивления резистора !6, о а сопротивление R — сумму установленного сопротивления резистора 17 и неиспользуемой для настройки периода части со стороны меньших значений резистора 16.

1285563

55

Регулировочный орган 4 выполнен в виде переменного резистора и обеспечивает плавную или с небольшой относительной дискретностью установку сопротивления R от нуля до макси1 мального значения Р.

4иакс.

Сопротивления резисторов 5 — 7, обозначаемые далее Р., Р. и Р., таковы, что отношение R и Р. преr имущественно близко к отношению максимально допускаемого вытекающего тока логической единицы к максимально допускаемому втекающему току логического нуля прямого выхода примененной схемы 1, и R не менее величины, рассчитанной как сопротивление параллельного соединения резисторов 5 и 7, и преимущественно близко к этой .величине. Кроме того, в трехполюснике, образованном органом

4 и резисторами 5 — 7, при подключении его первого и второго входов, являющихся несоединенными непосредственно между собой выводами резисторов 5 и 7, к шинам 9 и 8 соответственно, между которыми приложено на,пряжение Е питания схемы 1, находя щееся в рабочем диапазоне ее напряжения питания, и при нулевом сопротивлении органа 4 значения тока, возникающего через резистор 6 при подсоединении третьего входа упомянутого трехполюсника, являющегося выводом резистора 6, не соединенным непосредственно с органом 4, поочередно с шиной 8 и с шиной 9, по аб солютной величине не превышают максимально допускаемого вытекающего тока логической единицы и максимально. допускаемого втекающего тока логического нуля прямого выхода схемы соответственно, но преимущественно близки к этим последним значениям.

Иаксимальное сопротивление R„

4 макс органа 4 таково, что при изменении

К от среднего значения до нуля и до

R< сумма сопротивлений К и R . ф изменяется в отношении, которое больше суммы максимально возможных допускаемых относительных отклонений от номинальных значений примененных в генераторе импульсов конденсатора

3 и резисторов и преимущественно близко к последней сумме, например при десятипроцентных указанных допускаемых отклонениях может быть выбрано номинальное максимальное сопротивление органа 4, равное номинальному сопротивлению резистора 6

Работа генератора импульсов, в котором схема 1 выполнена в виде трех соединенных последовательно

КМДП-логических инверторов 13 — 15 (фиг. 1),.поясняется с помощью временных синхронных диаграмм, приведенных на фиг. 2 для напряжения U. на входе схемы 1, являющемся входом инвертора 13, для напряжения U на э выходе инвертора 13, для напряжения

Б на прямом выходе схемы 1, являющемся выходом инвертора 14, для напряжения U в. точке 24 соединения между собой вторых выводов резистора

15 5 и регулировочного органа 4, причем напряжения U — U,,U действуют как и напряжение Е на шине 8 относительно шины 9, для напряжения U на первой обкладке конденсатора 3

20 относительно его второй обкладки и для тока д через конденсатор, для которого за положительное принято направление от первой к второй обкладке конденсатора.

Для упрощения диаграмм коэффициенты усиления инверторов 13 и 14 в средних областях их выходных характеристик переключения приняты настолько большими, что максималь30 ное и минимальное значения напряжения Б,, при которых напряжение У входит в активную область характеристики переключения инвертора 14 сверку и снизу соответственно, раз35 личаются между собой незначительно и поэтому приняты равными одному значению порога переключения U, и-1 инвертора 13, и что максимальное и минимальное значения напряжения

40 П,,при которых напряжение Б входит в активную область переключения сверху и снизу соответственно, также различаются между собой незначительно и поэтому приняты равными одному значению порога переключения U„ инвертора 12. Причем принято, что

U „., =П„, =У„, что практически имеет место при использовании .в качестве инверторов 13 и 14 одинаково включенных логических элементов, входящих в одну и ту же интегральную микросхему. Для определенности U приняи то несколько меньшим, 0,5 Е, а напряжения нулевых и единичных логических уровней инверторов 13-15 приняты равными нулю и Е соответственно.

В момент времени C напряжение может быть как меньше, так и больше U> . Предположим (фиг. 2), 12855

7 что в момент времени U, меньше 1

11 настолько, что U больше U„, в этом случае U имеет значение, близf кое к нулю, а Б — значение, близкое к Е (выходной логический сигнал ин5 вертора 15, представленный уровнями напряжения Б, является логической инверсией выходного логического сигнала инвертора 14, представленного уровнями напряжения U, с учетом это 10 го для упрощения временная диаграмма для напряжения U< !не изображена), и конденсатор 3 заряжается положительным током, идущим с выхода инвертора

15 через цепь 2. При входе напряже- 15 ния У снизу (со стороны меньших значений) в активную область характеристики переключения инвертора 13 напряжение U. уменьшается от близкого к Е значения, стремясь к нулевому 20 значению, со скоростью, равной по абсолютной величине произведению скорости изменения напряжения U „ на значение коэффициента усиления инвертора 13, которое в средней части ука- 25 занной активной области обычно достигает максимального значения (порядка нескольких десятков или сотен).

При входе напряжения U. сверху в

2 активную область характеристики пере- 30

"ключения инвертора 14, как только достигает единицы произведение коэффициентов усиления инверторов 13 и !4 и коэффициента передачи напряжения

U. в точку 24 резистивной .цепью, об—

3 разованиой регулировочным органом 4 и резисторами 5-7, вследствие действия положительной обратной связи, охватывающей инверторы 13 и 14, через последовательно включенные резис- 40 тор 6, регулировочный орган 4 и конденсатор 3, в момент времени t, возникает регенеративный процесс ускорения переключения инверторов 13 и 14, быстро заканчивающийс.;;-становлением д5 на их выходах близких к нулю и E значений напряжений U. и U> соответственно. При этом напряжение U скачком увеличивается от ц, до U,, Этот скачок передается конденсатором 3 на вход схемы 1, увеличивая напряжение U 1 от U„ до максимального значения У4„, практически одновременно напряжение U скачкооб1 разно изменяется от значения, близкого к Е, до значения, близкого к о нулю. Значение U, приблизительно равно U -,, которое имело бы напря о кк жение U о при U =O и разорванной

63 8 цепи конденсатора 3, а именно нео сколько больше U так как к моо. хх менту времени t, ток i, имеющий

t минимальное положительное значение .а создает на выходном сопротивлении Р в точке 24 дополнительное положительное падение напряжения. (Значение U> q приблизительно равно значению U- „, которое имело бы напряжение U 4 при U э = Е и разорванной цепи конденсатора 3, а именно несколько меньше U „„, так как в момент времени t начинается разряд конденсатора 3 током i,, который в момент времени t принимает макси4 мальное по абсолютной величине от:рицательное значение i из чего видно, что значение U „, больше U не более, чем на величину разности между s a e sMz U .xõ U „ „„ последняя при указанном выборе сопротивлений резисторов 5-7 не превышает разности между Е и U следовательно напряжение U в момент его положительного скачка остается менее значения Е (при любых установленных зна чениях сойротивлений R и Р4).

С момента времени t конденсатор ! 3 сначала разряжается от положитель,:ного заряда, а затем перезаряжается отрицательным током i . При этом напряжение U, уменьшается по экспоненциальному закону через включенные с ним последовательно сопротивления

R и Р.. Зто изменение напряжения U сопровождается уменьшением по абсолютной величине отрицательного тока что в свою очередь приводит к некоторому увеличению напряжения U

1 относительно значения U, . При достижении напряжением U сверху значения, близкого к U„, в момент времейи аналогично описанному для момента времени t возникает pere4 неративный процесс скачкообразного обратного переключения выходных логических сигналов схемы 1, в результате которого снова напряжения У и

U принимают значения, близкие к Е, 4 напряжение U — близкое к нулю. При

3 этом напряжение U скачком уменьшается до значения U 2.2, близкого к

Этот скачок передается конД 2 денсатором 3 на вход схемы 1, уменьшая напряжение U приблизительно от

U до минимального значения U„

11

Так как к моменту времени t ток имеющий отрицательное значение

63 10 противления R, например, с помощью резистора 17 значительно сильнее влияет на нижний, чем на верхний предел установки Т. Поэтому генератор импульсов обеспечивает возможность такой его регулировки путем поочередного подбора сопротивления

R< при установке указателя 20 против

Н отметки 22 шкалы и сопротивления R например сопротивления резистора 17, при установке указателя 20 против отметки 21 шкалы, что после этой регулировки генератор импульсов обеспечивает достаточно точную установку с помощью задатчика сопротивления цели 2 верхнего и нижнего пределов установки Т непосредственно по шкале 19. Так как в процессе работы генератора импульсов при любом сопротивлении R и любом установленном значении сопротивления R напряжение

U остается в пределах от нуля до

Е, то входное сопротивление схемы

1 все время остается очень высоким даже при наличии в схеме 1 защитных

;циодов на ее входе.

Так как в генераторе импульсов

1входное напряжение пороговой логи."ческой схемы во всем регулировочном диапазоне его регулировочного органа находится в пределах от нуля до Е, в нем исключена возможность открыва ния в пороговой логической схеме па.разитной тиристорной структуры, ко,торая обычно имеется в КМДП-интег-. ральных логических схемах и открытие которой может вызвать необратимое разрушение логической схемы. Поэтому предлагаемый генератор импульсов обладает значительно более высокой надежностью.

В тех случаях применения генератора импульсов, когда достаточная точность установки периода обеспечивается и при произвольно больших значениях сопротивления резистора 7, последний может быть исключен. При этом сохраняется необходимость соблюдения указанного соотношения между сопротивлениями резисторов 5 и 6 для обеспечения надежной работы генератора импульсов.

1. Генератор импульсов, содержащий КМДП-пороговую логическую схему с прямым и инверсным выходами, вре9 12855 создает на сопротивлении R с.д дополнительное отрицательное падение, напряжения, несколько уменьшающее напряжение U относительно значения

Б,„, а в момент времени t ток принимающий положительное значение .ь создает на сопротивлении R дополнительное положение падение напряжения, несколько увеличивающее напряжение U> относительно значения ® о то величина отрицательного скачка напряжения U в момент време" ни t по абсолютной величине не пре2 I вышает величину разности между U»„ и U,„„, Последняя при указанном вы- 15 боре сопротивлений резисторов 5-7 не превышает U следовательно напряжение U, в момент его отрицательного скачка остается выше нуля (при любых установленных значениях сопротивле- 20 нийКиК).

С момейта времени t конденсатор

3 сначала разряжается от отрицательного заряда, а затем перезаряжается ,положительным током i<. При этом на- 25 пряжение О, увеличивается по экспоненциальному закону через сопротив,ления R u RH до тех пор, пока оно вновь не достигнет снизу значения

:U . Далее генератор импульсов дейст- 30 вует описанным образом циклически, формируя на шине 10 периодическую последовательность прямоугольных импульсов, период Т следования которых может быть с некоторой погрешностью З5 установлен в некотором диапазоне с помощью эадатчика сопротивления цепи

2 непосредственно по его шкале 20.

При увеличении сопротивления R, от нуля до R„„ „,. скачки напряжения 4g

U в момент времени t,, и, t достижения этим напряжением зйачения

U., поочередно снизу и сверху уменьшаются от максимального до минимального по абсолютной величине зна- g) чения, при этом период Т монотонно уменьшается (при фиксированном сопротивлении R öåïè 2). Причем при таких больших значениях отношений

R < к R, которые имеют место для 50

Мин указанно1о диапазона изменения R и указанных значений P., R., R<, b относительные изменения Т при фиксированных значениях R,„„„;и R. „. приблизительно одинаковы, т.е. из- 55 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ,менение R вызывает приблизительно одинаковые относительные изменения верхнего и нижнего пределов установiI ки T. Изменение второй части R coе

1285563

2. Генератор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью дальнейшего повышения точности установки периода следования импульсов, в него введен третий резистор, который включен между вторым выводом первого резистора и шиной питания

КМДП-пороговой логической схемы. р

lg

llgg

4 уР

kg уО (Е. Цзй ц

Составитель Н. Ферапонтова

Редактор А. Шишкина Техред M. оданич Корректор С. Черни

Заказ 7533/55 Тираж 899 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 мязадающую реэистивную цепь, первый вход которой соединен с инверсным выходом КМДП-пороговой логической схемы, конденсатор, первая обкладка которого соединена с вторым входом времяэадающей реэистивной цепи, резистивный регулировочный орган, первый резистор, первый вывод которого соединен с общей шиной генератора импульсов, второй вывод — с вторым 10 входом резистивного регулировочного органа, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности установки периода следования импульсов и повышения надежности; в него вве- 15 ден второй резистор, который включен между первым входом регулировочного органа и прямым выходом КМДЛ-порого" вой логической схемы, первая обкладка конденсатора соединена с входом пороговой логической схемы, вторая обкладка — с вторым выводом первого резистора.