Управляемое прецизионное регенеративное пороговое устройство

Авторы патента:

Сафинов Шамиль Саидович (RU)

Галлямов Роберт Наилевич (RU)

H03K3/13 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2544783:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к импульсной электронике и может использоваться в прецизионных время-импульсных преобразователях и генераторах сигналов двухтактного интегрирования. Технический результат заключается в увеличении крутизны фронтов выходных импульсов и повышении температурной стабильности пороговых напряжений. Устройство содержит первый и второй аналоговые коммутаторы и операционный усилитель. Второй аналоговый коммутатор имеет нормально замкнутый ключ, размыкающий контакт, последовательно соединенный с резистором цепи положительной обратной связи операционного усилителя, вход и выход дифференцирующей RC-цепочки подключены соответственно к выходу и входу операционного усилителя и управляющему входу второго аналогового коммутатора. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной электронике и может использоваться во время-импульсных преобразователях и генераторах сигналов.

Известны управляемые регенеративные неинвертирующее и инвертирующее пороговые устройства (патент на полезную модель RU №121409 U1, H03K 3/13, опубл. 20.10.2012 г.), содержащие операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью, в цепь которой включен аналоговый коммутатор, управляемый выходным напряжением операционного усилителя и коммутирующий два независимых управляющих напряжения.

Известные неинвертирующий и инвертирующий управляемые пороговые устройства (УПУ) имеют недостатки:

- недостаточная крутизна переднего и заднего фронтов выходных прямоугольных импульсов, что ограничивает точность преобразования время-импульсных преобразователей сигналов, особенно преобразователей двухтактного интегрирования, в которых выходные прямоугольные импульсы порогового устройства подвергаются интегрированию. Непрямоугольность выходных импульсов особенно проявляется в начале переходных процессов переключения всех известных регенеративных неуправляемых и управляемых пороговых устройств из одного устойчивого состояния в другое;

- нестабильность по температуре пороговых напряжений, обусловленная включением в цепь положительной обратной связи полупроводникового элемента - аналогового коммутатора, сопротивления включенных ключей которого нестабильны по температуре и имеют отрицательный коэффициент сопротивления. Поэтому известные УПУ могут использоваться только в условиях почти неизменной температуры окружающей среды и не могут применяться в прецизионной информационно-измерительной электронной аппаратуре специального назначения, к которой предъявляются жесткие требования по термостабильности параметров и характеристик в широком диапазоне температур окружающей среды (например, в авиации и космонавтике, в ресурсодобывающей, нефте- и газоперерабатывающей, энергогенерирующей промышленностях).

Задачей изобретения является расширение возможности применения заявленного УПУ в импульсной электронике, прежде всего в прецизионных время-импульсных преобразователях и генераторах двухтактного интегрирования.

Технический результат - увеличение крутизны фронтов выходных импульсов и повышение температурной стабильности пороговых напряжений управляемого порогового устройства.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в заявленное управляемое регенеративное пороговое устройство, независимо инвертирующее оно или неинвертирующее, содержащее операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью, первый аналоговый коммутатор, управляемый выходным напряжением операционного усилителя и коммутирующий два независимых управляющих напряжения, как в известных управляемых регенеративных неинвертрующем и инвертирующем пороговых устройствах, включены второй аналоговый коммутатор, имеющий нормально замкнутый контакт, последовательно с резистором цепи положительной обратной связи, не соединенным с первым коммутатором, и дифференцирующая RC-цепочка, вход и выход которой подключены соответственно к выходу операционного усилителя и управляющему входу второго коммутатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 и фиг.2 изображены функциональные схемы заявленных УПУ соответственно неинвертирующего и инвертирующего типа.

Согласно представленным функциональным схемам УПУ включает в себя резисторы 1 (R1) и 2 (R1), образующие положительную обратную связь операционного усилителя (ОУ) 3, аналоговые коммутаторы 4 и 5 с двухполярным управлением и дифференцирующую RC-цепочку 6.

Первый аналоговый коммутатор 4 (предпочтительно МОП-типа) имеет два ключа, работающие в противофазе. Если выходное напряжение ОУ U_вых положительно, то цепь положительной обратной связи будет подключена к управляющему напряжению U₁. Если же выходное напряжение ОУ (и УПУ в целом) U_вых отрицательно, то цепь положительной обратной связи оказывается подключенной к управляющему напряжению U₂. Полярности напряжений U₁ и U₂ значения не имеют.

Второй однотипный аналоговый коммутатор 5 имеет один нормально замкнутый ключ и управляется выходным напряжением дифференцирующей RC-цепочки 6. В статическом состоянии УПУ на выходе дифференцирующей цепочки 6 напряжение dU_вых/dt=0 и ключ коммутатора 5 включен. В течение времени, когда происходит процесс переключения УПУ из одного из двух возможных устойчивых состояний (U_вых>0 или U_вых<0) в другое устойчивое состояние (соответственно U_вых<0 или U_вых>0), на выходе дифференцирующей цепочки 6 появляется импульс положительного или отрицательного напряжения U_Д=dU_вых/dt. Импульсное напряжение U_Д размыкает ключ коммутатора 5, причем, что очень важно, только в течение переходного процесса изменения состояния УПУ.

Так как в течение переходного процесса резисторы 1 (R1) отключаются от цепей положительной обратной связи ОУ, то коэффициенты положительной обратной связи в обеих схемах становятся равными единице. Следовательно, длительность переходных процессов переключения УПУ будет минимально возможной, а крутизна выходных импульсов схемы станет максимально достижимой, ограниченной только параметром используемого типа ОУ - скоростного нарастания выходного напряжения и паразитными емкостями монтажа схемы.

Итак, технический результат - уменьшение длительностей (повышение крутизны) фронтов выходных импульсов УПУ - достигается.

Включение второго коммутатора с нормально замкнутым ключом обеспечивает повышение температурной стабильности пороговых напряжений заявленного УПУ.

В известных УПУ, считающихся прототипами, пороговые напряжения определяются выражениями:

неинвертирующего УПУ и

инвертирующего УПУ.

Если учитывать остаточные сопротивления r включенных полупроводниковых ключей коммутаторов известных УПУ, то выше представленные формулы будут иметь вид:

При неизменной температуре эксплуатации УПУ сопротивления включенных ключей коммутаторов r можно учесть посредством регулировки одного из сопротивлений R₁ или R₂. Если температура изменится на Δt°С, то сопротивления включенных ключей коммутаторов r (например, остаточных сопротивлений индуцированных каналов транзисторов МОП-типа) изменятся на Δr, причем с отрицательным температурным коэффициентом, и пороговые напряжения неинвертирующего и инвертирующего управляемых ПУ изменятся:

Температурная нестабильность пороговых напряжений известного УПУ оценивается относительной погрешностью:

где в реальных схемах R₂/r+1>>Δr/r и (R₁+R₂)/r+1>>Δr/r, поэтому с вполне достаточной точностью:

Из представленных формул следует вывод, что относительное температурное изменение сопротивления r включенных полупроводниковых коммутаторов Δr/r оказывает непосредственное влияние на стабильность пороговых напряжений известных УПУ, причем тем сильнее, чем меньше отношение R₂/r или (R₁+R₂)/r соответственно для неинвертирующего и инвертирующего известных УПУ.

Пороговые напряжения заявленных УПУ с учетом сопротивлений включенных ключей r можно рассчитать по формулам:

где R₁ - сопротивление резисторов 1; R₂ - сопротивление резисторов 2.

Если температура заявляемых УПУ, например, увеличится на Δt°C, то сопротивления включенных ключей r коммутатора 4 уменьшатся на Δr, и пороговые напряжения будут определяться выражениями:

Тогда относительные изменения пороговых напряжений U_{пор.неинв} и U_{пор.инв.} УПУ, вызванные изменением температуры, будут равны:

Разделив числители и знаменатели последних двух выражений на r, получим:

В реальных схемах УПУ всегда выполняются соотношения:

R₂/r+1>>Δr/r и тем более (R₁+R₂)/r+2>>2Δr/r, поэтому с достаточной для практической электроники точностью можно считать, что

Сравнение выражений (1) для известных УПУ с выражениями (2) приводит к выводу: температурная нестабильность заявляемых неинвертирующего и инвертирующего УПУ меньше температурной нестабильности известных УПУ, вызванных термозависимостью остаточных сопротивлений r включенных полупроводниковых ключей, в (R₁+r)/(R₁-R₂) раз.

Более того, из (2) следует, что при R₁=R₂ в заявленных УПУ зависимость сопротивления r включенных ключей коммутатора от температуры никак не будет влиять на термостабильность пороговых напряжений. Равенство R₁=R₂ в реальных схемах УПУ может выполняться с вполне достаточной точностью.

Таким образом, задача повышения температурной стабильности УПУ решается, заявленные УПУ имеют несравнимо более высокую термостабильность пороговых напряжений по сравнению с известными УПУ.

Итак, поставленная задача решается и технический результат достигается - заявленное изобретение позволяет значительно повысить температурную стабильность пороговых напряжений и увеличить крутизну фронтов выходных импульсов управляемых регенеративных пороговых устройств, независимо от того неинвертирующее оно или инвертирующее.

Управляемое регенеративное пороговое устройство, независимо инвертирующее оно или неинвертирующее, содержащее операционный усилитель с резистивной положительной обратной связью и первый аналоговый коммутатор, управляемый выходным напряжением операционного усилителя и коммутирующий два независимых управляющих напряжения, отличающееся тем, что в устройство включены второй аналоговый коммутатор, имеющий нормально замкнутый ключ, последовательно с резистором цепи положительной обратной связи, и дифференцирующая RC-цепочка, вход и выход которой подключены соответственно к выходу операционного усилителя и управляющему входу второго коммутатора

Похожие патенты:

Двухступенчатый триггер // 2542575

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к бистабильным схемам с использованием в качестве активных элементов полевых транзисторов с внутренней положительной обратной связью, и может быть использовано в устройствах интерфейса ввода-вывода данных.

Магнитоэлектрическая машина // 2542322

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам с постоянными магнитами. Технический результат состоит в повышении к.п.д.

Способ цифровой генерации непрерывного случайного процесса произвольной длины // 2541904

Изобретение относится к способам создания широкополосных случайных сигналов с заданными собственными спектральными плотностями мощности при испытаниях аппаратуры на вибростойкость к воздействиям случайной вибрации.

Генератор непрерывных случайных сигналов произвольной длины // 2541897

Изобретение относится к области создания устройств для генерирования широкополосных случайных стационарных процессов с заданными собственными и взаимными спектральными плотностями мощности.

Триггер комплементарной металл-оксид-полупроводниковой структуры микросхемы // 2541894

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в элементах управления микропроцессорных КМОП микросхемах и элементах считывания запоминающих устройств.

Способ подбора профиля высоковольтных кольцевых экранов // 2538917

Способ подбора профиля высоковольтных кольцевых экранов относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в генераторах высоковольтных импульсов и ускорителях заряженных частиц при подборе профиля закругления острых торцевых кромок проводников сильноточных формирующих линий.

Обнаружитель комбинированных сигналов баркера // 2538280

Изобретение относится к системам с кодовым разделением каналов или с использованием сигналов с расширенным спектром. Технический результат - обнаружение сигналов более сложных и помехоустойчивых, нежели сигналы Баркера.

Генератор комбинированных сигналов баркера // 2538279

Изобретение относится к системам с кодовым разделением каналов или с использованием сигналов с расширенным спектром. Технический результат - получение новых более сложных, нежели сигналы Баркера, сигналов, обладающих значительно большей помехоустойчивостью.

Способ импульсной зарядки емкостного накопителя энергии // 2534037

Изобретение относится к импульсной технике. Техническим результатом является возможность зарядки емкостного накопителя от нестабилизированного источника питания до уровня напряжения, превышающего напряжение источника питания, а также возможность изменения уровня напряжения, до которого можно зарядить накопитель, в каждом цикле его зарядки-разрядки вне зависимости от начальных условий.

Устройство формирования сильноточных импульсов // 2531560

Устройство относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в ускорителях заряженных частиц и устройствах для формирования сильноточных импульсов.

Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью // 2546068

Изобретение относится к мощной импульсной энергетике, к устройствам для генерации мощных импульсов тока и может использоваться в источниках микроволнового излучения, лазерах, генераторах нейтронов. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности управления длительностью каждого импульса в формируемой конечной последовательности импульсов тока и управления длительностью интервала времени между каждой парой следующих друг за другом импульсов в серии. Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью содержит омическую нагрузку, источник питания, замыкатель, двухобмоточный индуктивный накопитель энергии, вакуумный контактор, дополнительный накопитель энергии, переключатель полярности дополнительного накопителя энергии, блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, который выполнен в виде искусственной длинной линии (ИДЛ) из N, где N≥10, последовательно включенных идентичных Г-образных LC-звеньев, а омическая нагрузка подключена ко второй обмотке двухобмоточного индуктивного накопителя энергии с обеспечением возможности замены ее по окончанию каждого импульса в генерируемой серии импульсов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Мультивибратор // 2547215

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнической и автомобильной промышленностях. Технический результат - обеспечение регулирования параметров выходного импульсного сигнала: скважности, частоты следования импульсов или длительности импульсов внешними сигналами. Мультивибратор содержит два транзистора, два коллекторных резистора, два переходных конденсатора, каждый из которых соединен с коллектором одного и с базой другого транзистора, при этом мультивибратор дополнительно снабжен двумя транзисторами, двумя коллекторными резисторами и двумя резисторами питания баз дополнительных транзисторов, дополнительные транзисторы соединены эмиттерами к базам соответствующих основных транзисторов, а базами и коллекторами соответственно через резисторы питания баз и коллекторные резисторы - с источником питания. 1 ил

Многомодульный генератор высоковольтных импульсов мультитераваттной мощности // 2547235

Изобретение относится к средствам систем энергоснабжения установок для исследований в различных областях физики высоких плотностей энергии. Технический результат заключается в уменьшении разброса времени срабатывания модулей мультитераваттного генератора. В устройстве система формирования высоковольтных импульсов модуля выполнена на основе двойной ступенчатой формирующей линии (ДСФЛ), а предымпульсный коммутатор состоит из управляемых разрядников, срабатывающих на спаде первой положительной полуволны напряжения, формируемого ДСФЛ, причем внутренний заземленный электрод двойной ступенчатой формирующей линии образует приосевую полость, в которой проложены пусковые кабели для запуска разрядников предымпульсного коммутатора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство заряда накопительного конденсатора // 2549164

Изобретение относится к устройствам заряда емкостных накопителей электрической энергии, широко используемых в импульсной технике, и может быть использовано для «медленного» заряда конденсатора емкостного накопителя электрической энергии от источника тока ограниченной мощности. Технический результат заключается в повышении КПД и сокращении времени заряда накопительного конденсатора. Устройство содержит источник постоянного напряжения и трансформатор тока, первый вывод вторичной обмотки которого подключен к первому электроду накопительного конденсатора, а второй электрод накопительного конденсатора подключен ко второму выводу вторичной обмотки трансформатора, в эмиттер управляемого ключа включен датчик тока, выход которого подключен к входу компаратора, а выход компаратора - к входу генератора импульсов, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа, а второй вход генератора импульсов подключен к выходу компаратора напряжения, выход которого подключен к датчику тока во вторичной обмотке трансформатора. 2 ил.

Способ стабилизации параметров высоковольтных импульсов // 2549171

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к схемам генераторов высоковольтных импульсов с газоразрядным коммутатором тока и индуктивным накопителем энергии, и может быть использовано при создании генераторов высоковольтных импульсов со стабильными параметрами. Технический результат - стабилизация параметров генерируемых импульсов: амплитуды тока, амплитуды напряжения на нагрузке и длительности переднего фронта импульса напряжения. Предлагаемое изобретение отличается тем, что в схеме включения газоразрядного коммутирующего прибора, содержащей индуктивный накопитель энергии, газоразрядный прерыватель тока, схему управления, датчик контроля температуры, усилитель и регулятор напряжения, введена отрицательная обратная связь по напряжению накала водородного генератора газоразрядного коммутирующего прибора. 4 ил.

Способ учета стрелы провеса проводов трехфазной трехпроводной линии электропередачи при ее согласовании с электрической нагрузкой // 2551126

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение потерь электрической энергии. Согласование трехфазной трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой достигается в результате выполнения определенных условий, которые посезонно могут изменяться в результате изменения первичных параметров трехфазной трехпроводной линии электропередачи, определяемых с учетом величины стрелы провеса каждого провода этой линии электропередачи. Посезонное изменение стрелы провеса каждого провода измеряется при помощи дальномеров. Согласование заключается в сопоставлении действительного и эталонного сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов, поступающих в нагрузку. Исходные данные о напряжениях и токах в линии получают через устройства сопряжения или датчики, выполненные в виде трансформаторов напряжения и тока, спектроанализаторов, делителей напряжения или шунтов переменного тока. В результате обработки исходных данных в процессоре формируются управляющие сигналы для корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, автоматизированные технологические комплексы, накопители электроэнергии, источники активной мощности, такие как маломощные гидроэлектростанции или электростанции других типов. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Трансформаторный способ управления транзистором // 2551806

Изобретение относится к области управления транзистором и может использоваться в автоматике, телемеханике, робототехнике. Достигаемый технический результат - обеспечение надежной изоляции между управляющей и управляемой цепью. Трансформаторный способ управления транзистором характеризуется тем, что выходная силовая управляемая цепь транзистора гальванически развязывается по базе с управляющей слаботочной цепью трансформаторной связью вторичной обмоткой трансформатора, который может содержать или не содержать сердечник, при этом управляющая цепь имеет качер в качестве первичной обмотки трансформатора, который может иметь не зависимый от управляемой цепи источник питания. 2 ил.

Формирователь последовательности прямоугольных импульсов с изменяемой длительностью и интервалом // 2552179

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах радиоавтоматики и системах автоматического управления летательными аппаратами. Техническим результатом является формирование последовательности двух прямоугольных импульсов с возможностью изменения в широких пределах их длительности (от 100 мс до 150-200 с) и интервала между ними (от 4 с до 215 с). Устройство содержит четыре триггера Шмитта, источник колебаний произвольной формы, три переключателя на два положения, источник постоянного напряжения, два делителя напряжения, интегратор, перемножитель сигналов, два вычитающих устройства и суммирующее устройство. 2 ил., 1 табл.

Источник питания для станций безобмоточного размагничивания кораблей // 2552625

Изобретение относится к области размагничивания кораблей и может быть использовано для питания рабочих обмоток размагничивания с установкой на судах размагничивания и на береговых станциях размагничивания взамен используемых в настоящее время электромеханических систем. В основе изобретения лежит использование емкостного накопителя энергии и принцип широтно-импульсной модуляции для обеспечения повышенной точности поддержания заданных параметров импульсов размагничивания. Техническим результатом является снижение требований к мощности питающей сети, уменьшение массогабаритных характеристик, высокий КПД, простота обслуживания, бесшумность и повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для формирования импульсов тормозного излучения // 2553088

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в импульсном рентгеновском ускорителе прямого действия. Технический результат - формирование серии последовательности импульсов тормозного излучения с минимальным размером фокусного пятна для регистрации быстропротекающих процессов. Устройство для формирования импульсов тормозного излучения содержит генератор с индуктивным накопителем и электровзрывающимися последовательно соединенными проводниками разного диаметра, ускорительную трубку с вакуумным диодом с «обращенным» катодом, обостряющий разрядник, при этом диаметр di и длина li электровзрывающихся проводников 2 определяются по формулам: , где di - диаметр электровзрывающегося проводника; W - энергия, запасенная в генераторе; ρ - волновое сопротивление разрядного контура; , где li - длина последовательно включенных электровзрывающихся проводников; Si - площадь их поперечного сечения, γ - удельное электрическое сопротивление; ρ - волновое сопротивление разрядного контура; k≥0,03 - эмпирически определенный коэффициент пропорциональности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.