Генератор напряжения меандра

 

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в контрольно-измерительной аппаратуре. Цель изобретения - повышение стабильности границ диапазона циклического изменения частоты повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения. Для этого в генератор, содержащий транзисторы 1,2,3,12,13, диоды 4,5, резисторы 7-11, конденсатор 6, дополнительно введены компараторы 14,18, операционный усилитель 22, транзисторы 26-28, диоды 29,30, конденсатор 31, резисторы 32-42. Компаратор 18, конденсатор 31, транзисторы 27,28, обеспечивают формирование линейно изменяющегося напряжения, которое управляет током генератора тока на операционном усилителе 22 и транзисторе 26. Величина этого тока определяет частоту импульсов, формируемых схемой на компараторе 14, конденсаторе 6, транзисторах 3,12. Влияния напряжения питания на величину зарядного тока и на величину порогов срабатывания компараторов 14,18 уравновешивают друг друга, благодаря чему границы диапазона генерируемой частоты стабильны. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ap g Н 03 К /023 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPHTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4406 78 5/24- 21 (22) 08.04.88 (46) 15.12.89. Бюл. У 46 (72) Ю.Н.Ерофеев и В.К.Завадский (53) 621 ° 374 (088.8) (56) Патент США Ю 4692717, кл. H 03 K 3/023, 1987.

Гребен A.Á. Проектирование аналоговых интегральных схем. — М.: Энергия, 1976) с. 203, рис. 9 25. (54) ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ МЕАНДРА (57) ИзоЬретение относится к импульсной технике и может использоваться в контрольно-измерительной аппаратуре. Цель изобретения — повышение стабильности границ диапазона циклического изменения частоты повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения. Для этого в генератор, содержащий транзисторы 1,2,3,12, Изобретение относится к импульсной технике и может Ьыть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре.

Цель изобретения - повышение стабильности границ диапазоиа циклического изменения частоты повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения.

На фиг.l показана схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его раЬоты.

Устройство содержит с первого по третий транзисторы 1 - 3 типа п-р-п, первый 4 и второй 5 диоды, первый времязадающий конденсатор 6, с перво„„SU„„1529417 А1

13, диоды 4,5, резисторы 7-11, конденсатор 6, дополнительно введены компараторы 14,18, операционный усилитель 22, транзисторы 26-28, диоды

29,30, конденсатор 31, резисторы

32-42. Компаратор 18, конденсатор 31, транзисторы 27, 28 обеспечивают формирование линейно изменяющегося напряжения, которое управляет током генератора тока на операционном усилителе 22 и транзисторе 26. Величина этого тока определяе1 частоту импульсов, формируемых схемой на компараторе 14, конденсаторе 5, транзисторах

12. Влияния напряжения питания на величину зарядного тока и на величину порогов срабатывания компараторов 14, 18 уравновешивают друг друга, благодаря чему границы диапазона генерируемой частоты стабильны. 2 ип. го по пятый резисторы 7-11, четвертый 12 и пятый 13 транзисторы типа п-р-п, первый компаратор 14 с инвертируФщим входом 15, неинвертирующим входом 16 и выходом 17, второй компаратор 18 с инвертирующим входом 19, неинвертирующим входом 20 и выходом

21, операционный усилитель 22 с инвертирующим входом 23, неинвертирующим входом 24 и выходом 25, шестой транзистор 26 типа р-п-р, седьмой

-ранзистор 27 типа р-п-р, рвосьмой транзистор 28 типа п-р-п, третий 29 и четвертый 30 диоды, второй времязадающий конденсатор 31, с шестого по шестнадцатый резисторы 32-42, шину

1529417

43 питающего напряжения и выходную шину 44.

Эмиттер первого транзистора 1 соединен с эмиттером второго транзисто5 ра 2 и коллектором третьего транзистора 3, эмиттер которого соединен с анодами диодов 4, 5, 29 и 30, одним выводом первого времязадающего конденсатора 6 одним выводом второго времяэадающего конденсатора 31, эмиттерами четвертого транзистора 12, транзисторов 13 и 28, одним выводом четвертого резистора 10, одним выводом пятого резистора 11, одним выво-! дом пятнадцатого резистора 41 и с корпусом (общей шиной) устройства, а база первого транзистора 1 — с катодом первого диода 4 и с одним выводом шестого резистора 32. База перво- 20

ro транзистора 1 соединена с его же коллектором, базой второго транзисто ра 2 и коллектором шестого транзисто ра 26 типа р-п-р, база которого сое-! динена с выходом 25 операционного усилителя 22, а эмиттер - с одним выводом первого резистора 7 и инвертирующим входом 23 операционного усилителя 22. Коллектор транзистора 2 соединен с другим выводом первого времязадающего конденсатора 6 и неин вертирующим входом 16 первого компаратора 14. Катод второго диода 5 соединен с базой четвертого транзистора

12 и одним выводом восьмого резистора 34. Другой. вывод первого резистора

7 соединен с одним выводом второго резистора 8, одним выводом третьего резистора 9, одним выводом девятого резистора 35, с одним выводом четыр- 4п надцатого резистора 40 одним выводом шестнадцатого резистора 42 и шиной 43, Другой вывод второго резистора 8 соединен с другим выводом четвертого резистора 1О, одним выводом седьмого 4 резистора 33,и инвертирующим входом

15 первого компаратора 14, выход которого соединен с другим выводом третьего резистора 9, другим выводом шестого резистора 32, другим выводом восьмого резистора 34 и выходной шиной 44. Другой вывод пятого резистора

11 соединен с одним выводом десятого резистора 36, другим выводом девятого резистора 35 и инвертирующим входом

19 второго компаратора 18, неинверти- 5з рующий вход 20 которого соединен с неинвертирующим входом 24 операционного усилителя 22, другим выводом второго времязадающего конденсатора 31, одним выводом тринадцатого резистора

39 и коллектором седьмого транзистора

27, а выход 21 - одним выводом одиннадцатого резистора 37 и одним выводом двенадцатого резистора 38. Коллектор четвертого транзистора 12 соединен с другим выводом седьмого резистора 33. Коллектор пятого транзистора

13 соединен с другим выводом тринадцатого резистора 39, а база - с катодом третьего диода 29 и другим выводом одинадцатого резистора 37. Эмиттер седьмого транзистора 27 соединен с другим выводом четырнадцатого резистора 40, а база - с другим выводом пятнадцатого резистора 41 и другим выводом шестнадцатого резистора 42. Коллектор восьмого транзистора 28 соединен с другим выводом десятого реэистора 36, а база указанного транзистора с катодом четвертого диода 30 и другим выводом двенадцатого резистора 38.

Устройство работает следующим obразом.

После включения питающих напряжений второй времяэадающий конденсатор

31 в первый момент остается незаряженным, напряжение на неинвертирующем входе 20 второго компаратора 18 равно нулю. На выходе второго компаратора

18 вырабатывается отрицательное напряжение. Это напряжение, передаваясь через двенадцатый резистор 38 на катод четвертого диода 30, отпирает последний. Напряжение отсечки прямо смещенного четвертого диода 30 приложено к эмиттерному переходу восьмого транзистора 28, который заперт. Коллекторный ток через десятый резистор

36 не протекает, этот резистор в данном состоянии схемы не шунтирует делитель из резисторов 11 и 35. На выходе данного делителя вырабатывается высокий уровень постоянного напряжения +U „, полученный в результате деления напряжения питания, поданного на шину 43. С выхода делителя напряжения +Uqz поступает на инвертирующий вход 19 второго компаратора 18 и задает верхний порог срабатывания этого компаратора. Второй времязадающий конденсатор 31 начинает заряжаться постоянным током, который создает токостабилиэирующий каскад на седьмом транзисторе 27. По мере заряда второго времяаадающего конденсатора 3 1 коллекторным током седьмого транзис5 1529 тора 27 напряжение на указанном конденсаторе 31 нарастает и, когда оно превысит пороговый уровень +U „ на инвертирующем входе 19 второго компаратора 18, последний переключается и на его выходе 21 создается положительный уровень выходного напряжения.

Это напряжение создает .прямой ток в цепи, образованной десятым резистором

36 и омиттерным переходом восьмого транзистора 28. Этим прямым током базы восьмой транзистор 28 насыщен.

Десятый резистор 36 через выходную цепь насыщенного восьмого транзистора

28 подключается параллельно пятому резистору 11. Коэффициент деления напряжения резисгивного делителя уменьшится и на инвертирующем входе

19 второго компаратора 18 установится низкий уровень порогового напряжения

+U < . Кроме того, положительное напряжение, действующее на выходе 21 второго компаратора 18, включает пятый транзистор 13 типа п-р-п, второй времяэадающий конденсатор 31, зарядившийся до напряжения +U „, начинает разряжаться на корпус через двенадцатый резистор 39, ограничивающии ток разряда, и выходную цепь насыщенного пятого транзистора 13. Напряжение на втором времязадающем конденсаторе 31 быстро уменьшается. Когда оно снизится до порогового значения +U второй компаратор 18 переключается, и на его выходе 21 вырабатывается отрицательное напряжение. Третий и четвертый диоды 29 и 30 включаются, транзисторы 13 и 28 запираются. Напряжение на инвертирующем входе 19 второго компаратора 18 вновь принимает значение +V«, второй времязада— ющий конденсатор 31 вновь начинает заряжаться. Таким образом, при работе устройствэ на втором времязадающем конденсаторе 31 формируется управляющее напряжение, минимальное мгновенное значение которого равно +U„,, максимальное - +V „ (фиг.2а). Время обратного хода этого напряжения значительно меньше времени прямого хода.

Время прямого хода, соответствующее нарастанию напряжения от значения

+U, до значения +U„, прак .ически равно периоду изменения управляющего напряжения и определяет длительность цикла изменения частоты выходного сигнала устройства. Указанное управляющее напряжение с коллектора седь417

5

1О

40 мого транзистора 27 типа р-и-р поступает на неинвертирующий вход 24 операционного усилителя 22.

Времязадающий конденсатор 6 определяет частоту колебаний генератора импульсов на первом компараторе 14.

Когда напряжение на выходе 17 этого компаратора отрицательно, диоды 4 и

5 открыты. Напряжение отсечки первого диода 4, приложенное к эмиттерному переходу третьего транзистора 3, запирает указанный транзистор. Аналогично напряжение отсечки на открытом втором диоде 5 запирает четвертый транзистор 12. Коллекторный ток четвертсго транзистора 12 через седьмой резистор

33 в данном состоянии не протекает, седьмой резистор 33 не шунтируег чегвертый резистор 10 резистивного делителя, образованного резисторами 8 и

10. На выходе этого делителя образуется высокий уровень выходного напряжения +U „, который поступает на инвертирующий вход 15 первого компаратора

14. При запертом третьем транзисторе

3 коллекторный ток токозадающего шестого транзистора 26 замыкается через коллекторный переход второго тоанзистора 2 и обеспечивает заряд repeoãñ времязадающего конденсатора 6. Напряжение на первом времязадающем кондеH саторе 6 нарастает по линейному закону (фиг.2b). Когда это напряжение перейдет пороговый уровень +U „, зада ный на инвертирующем входе 1 5 первого компаратора 14, последний переключается и на его выходе образуется положительное выходное напряжение. При этом восьмой резистор 34 задае прямой ток базы четвертого транзистора 12 и указанный транзистор насыщается.

Через малое выходное сопротивление насыщенного четвертого транзистора 12 седьмой резистор 33 включен параллельно четвертому резистору 10 резистивного делителя. Выходное напряжение делителя, поступающее на инвертирующий вход 15 первого компаратора 14, уменьшается и принимает нижний пороговый уровень +U . Кроме того, положительное напряжение на выходе 17 первого компаратора 14 через шестой резистор 32 задает прямой ток базы третьего транзистора 3. При наличии прямого тока базы достаточной величины третий транзистор 3 насыщается.

Через насыщенный транзистор 3 эмиттеры транзисгоров 1 и 2 связаны с кор1529417 пусом устройства. Включение транзисторов 1 и 2 обеспечивает прием, в импульсной технике называемый токовым зеркалом. Ток коллектора второго транзистора 2 имеет практически то же

5 значение,что и при заряде первого времязадающего конденсатора 6. Таким током первый времязадающий конденсатор 6 разряжается. Напряжение на нем уменьшается по линейному закону.

Когда это напряжение снижается до значения + U», первый компаратор 14 переключается. Напряжение на его выходе 17 вновь становится отрицательным, что приводит к запиранию транзисторов 3 и I2 и к изменению порогового уровня на инвертирующем входе

15 первого компаратора 14 до значения

+U . Начинается новый цикл зарядки

tI4 первого времязадающего конденсатора Ь.

Ток коллектора шестого транзистора

26 зависиI от значения управляющего напряжения на неинвертирующем входе

24 операционного усилителя 22. По ме- 2 ре увеличения управляющего напряжения ток коллектора шестого транзистора 26 уменьшается. Период колебаний генератора на первом компараторе 14 увепичивается (фиг.2а-в). Таким образом, в течение цикла перестройки уменьшается частота выходных меандровых колебаний от значения FI до значения

Значения F u F стабильны и мало зависят or отклонений питающего напряжения F на шине 43. Вызвано это

35 тем, что при изменении питающего напряжения пороги срабатывания и зарядный ток изменяются так, что период колебаний остается практически неиз40 менным. При наличии токового зеркала длительность ь „прямого хода напряжения на первом времяэадающем конденсаторе 6 практически равна длительности обратного хода ь „, т.е. период

45 колебаний Т равен 2,„. Это справед" ливо и для максимального периода, соответствующего граничной частоте Р и для минимального периода, соответствующего граничной частоте F< . Таким образом, о стабильности частот F и F можно судить по стабильности л времени прямого хода с,». Частоте F„ соответствует время „, „„„, частоте

F< — время „,» „ . Справедливо соотемкость первого времязадающеr о конденсатора 6; И вЂ” амплит уда напряжения на нем; 1 „, — максимальный ток эарядки конденсатора 6 в данном устройстве. Можно считать что U =-K ЕФ м

-К Е, где К, - коэффициент деления питающего напряжения Е, обеспеченный делителем из резисторов 8 и 10, когда резистор 33 с помощью транзистора 12 отключен от корпуса и не шунтирует цепи делителя; К - коэффициент деления питающего напряжения, когда резистор 33 с помощью транзистора 12 включен параллельно резистору 10.

Следовательно, Бм=(К, -К )Е. Зарядный ток максимален при нижнем значении управляющего напряжения на входе 24 операционного усилителя 22 °

Можно считать, что I =(Е-11 „ „, „)./ з мак

/Кт, где Кт — сопротивление резистора 7. Минимальное напряжение U >p,мин задается делителем из резисторов 11, 35 и 36 и соответствует состоянию, когда резистор 36 с помощью ключевого транзистора 28 включен параллельно резистору 11. Обеспеченный реэистивным делителем коэффициент деления обозначим К э . Тогда 1 „, =-Е(1-Кq ) /

/К7, а „„„=сьR„(K>,-к<,) /(1-к,) .

Время прямого хода ".,„ ц„ не зависит от пи ающего напряжения t:, а определяется лишь постоянной времени цепи и коэффициентами деления напряжения К,, К и К >, которые задают резистивные делители устройства.

Аналогично время прямого хода маки симально и равно L 9 „;, когда зарядный ток конденсатора b минимален и равен I> «„. Зарядныи »ок минимален, когда управляющее напряжение на входе

24 операционного усилителя 22 максимально. Максимальное напряжение на втором времязадающем конденсаторе 31 и входе 24 операционного усилителя 22 получается в том случае, когда транзистор 28 типа и-р-и вык-ючсн и отключает резистор 36 от резистивного делителя 11-35. В этом случае делитель иэ резисторов 11 и 35 задает верхний пороговый уровень К,, Е> равный максим мальному значению управляющегo напряжения. Так как амплитуда 1 „ напряжения на первом времязадающем конденсаторе 6 при перес тройке час тоты не изл меняется 1 то аналогично,, »,и получим: и», Mðкс Сакт(КД КА;) (1 КА4)

Значение щ», с. .. а сi едовательно, и частота повторения F. E.íoI à окаэываются независимыми оI пи а щего напряжения Е, à определяемся лишь посто1529417 янными параметрами схемы: постоянной времени цепи Сб К и коэффициентами деления К,, К и К, . Действительно, некоторая (очень небольшая) зависимость от пи ающего напряжения сохра5 няется, например, потому, что напря— жение на насыщенном транзисторе 20 несколько увеличивается при росте питающего напряжения. Однако при при10 ближенных оценках можно считать, что период колеЬаний в данном устройстве от питающего напряжения практически не зависит и остается неизменным при изменении питающего напряжения в широких пределах (имеется в виду, что изменение питающего напряжения является медленным и за один цикл колеЬа-, ний изменение питающего напряжения исчезающе мало). формула и з о Ь р е т е н и я

Генератор напряжения меандра, содержащий первый транзистор типа п-р-п, второй транзистор типа п-р-п, Ьаза которого соединена с коллектором и

Ьазой первого транзистора типа п-р-п, третий транзистор типа п-р-п, коллектор которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов типа и-р и, первый и второй диоды, аноды которых соединены, первый времязадающий конденсатор, первый, второй и третий резисторы. первый вывод каждого из которых соединен с шиной питающего напряжения, четвертый и пятый резисторы, первый вывод каждого из которых соединен с эмиттером третьего транзистора типа п-р-п, с первым выводом первого времхзадающего конденсатора и с общей шиной, четвертый

40 и пятый транзисторы типа п-р-п, эмиттеры которых соединены, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности границ диапазона циклического изменения частоты

45 повторения выходных сигналов при изменении питающего напряжения, в него введены первый и второй компараторы, операционный усилитель, шестой и седьмой транзисторы типа р-п-р, восьмой транзистор типа п-р-п, третий и четвертый диоды, второй времяэадающий конденсатор, с шестого по шестнадцатый резисторы, причем коллектор первого транзистора типа п-р-и =оединен с коллектором шестого транзистора типа р-п-п, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а эмиттер — с вторым выводом первого резистора и инвертирующим входом операционного усилителя, коллектор второго транзистора типа и-р-п соединен с вторым выводом первого времязадающего конденсатора и с неинвертир.ющим входом первого компаратора, инвер ирующий вход которого соединен с вторыми выводами второго и четвертого резисторов и с первым выводом седьмого резистора, а выход — с вторым выводом третьего резистора, с первыми выводами шестого и восьмого резисторов и с выходной шиной, Ьаза третьего транзистора типа и-р-п соединена с вторым выводом шестого резистора и с катодом первого диода, анод которого соединен с эмиттерами четвертого и восьмого транзисторов типа п-р-п, анодами третьего и четвертого диодов, с поD выми выводами второго времязадающегo конденсатора и пятнадцатого резистора и с оЬщай шиной, кагод второго диода соединен с вторым выводом восьмого резистора и с базой четвертого транзистора типа п-р-п, коллектор которого соединен с вторым выводом седьмого резистора, второй вывод пятого резистора соединен с первьми ы од., » де.вятого и десятого резисторов:,. с инвертирующим входом второго компа ат — ра, неинвертирующий в,од которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, с коллектором седьмого транзистора типа р-п-р, с первым выводом тринадцатого резистора и с вторым выводом второго времяэадающего конденсатора, а выход второго компаратора - с первыми выводами одиннадцатого и двенадца гого резисторов, при этом эмиттер седьмого транзис гора типа р-п-р соединен с первь,м аыводом четырнадцатого резис; ора, г.торой вывод которого соединен с вторым выводом девятого резистора, с шиной питающего напряжения и с первым выводом шестнадцатого резистора, второй вывод которого соединен с базой седьмого транзистора типа р-и-р и с вторым выводом пятнадцатого рез стора, коллектор пятого транзистора типа п-р-п соединен с вторым выводом тринадцатого резистора, а база — с катодом третьего диода и с вторым выводом одиннадцатого резистора, коллектор нос ьмого транзистора типа и-р-и соединен с вторым выводом десятого резистора,а база — с катодом четвертого диода и с вторым выводом двенадцатого резистора.

1529417

Ъ а м Ги- б ! 1

11I! I I

22 ллс

Фиг 2

Составитель А.Смирнов

Редактор И.Пчолинская ТехредЛ.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 7758/54 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательскии комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагари а, 1I I I н 101