Селектор импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные
Владельцы патента RU 2666459:
Публичное акционерное общество "Долгопрудненское научно-производственное предприятие" (RU)
Изобретение относится к области импульсной техники с применением в автоматике и может быть использовано, например, для стабилизации температуры в подогреваемых генераторах радиочастоты по принципу широтно-импульсного регулирования, для управления релейным распределителем, где требуются импульсы, укороченные многократно. Технический результат заключается в уменьшении длительности входных импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные с длительностью, например, от сотен миллисекунд до десятков микросекунд. Результат достигается введением времязадающей RC-ячейки, стабилитрона, ограничивающего напряжение заряда конденсатора ячейки, и двух тиристоров. 1 ил.
Селектор импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные относится к области импульсной техники с применением в автоматике и может быть использован, например, для стабилизации температуры в подогреваемых генераторах радиочастоты по принципу широтно-импульсного регулирования, для управления релейным распределителем по патенту RU 2158451 и вообще там, где требуются импульсы, укороченные многократно.
Известно устройство для формирования установочного импульса по патенту №2296419, содержащее шину питания, стабилитрон, восемь резисторов, два n-p-n транзистора, конденсатор, триггер Шмитта, выходную и общую шины.
Шина питания подключена к катоду стабилитрона, через два последовательно соединенных резистора к первому входу триггера Шмитта, второй вход которого соединен с его первым входом, а выход подключен к выходной шине.
Анод стабилитрона через резистор подключен к базе первого транзистора, коллектор которого подключен к общей точке двух резисторов, один из которых соединен с шиной питания, а второй - с базой второго транзистора, коллектор которого через резистор подключен к общей точке двух резисторов, соединяющих шину питания с входным триггером Шмита, и к первому выводу конденсатора, второй вывод которого объединен с эмиттерами обоих транзисторов и подключен к минусовой шине.
Базы обоих транзисторов через резисторы подключены к минусовой шине.
Недостатками устройства являются: запитка устройства происходит от входных импульсов, на что требуется их достаточная мощность, выходные импульсы не являются прямоугольными, т.к. их задние фронты повторяют формы задних фронтов входных импульсов, а также необходимость иметь триггер Шмитта и КМОП-микросхему для превышения минимально-допустимого напряжения питания микросхем, на которые работает устройство.
Целью данного изобретения является селекция входных импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные с длительностью, например, от сотен миллисекунд до десятков микросекунд.
Технический результат, заключающийся в том, что селекция импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные с длительностью, например, от сотен миллисекунд до десятков микросекунд и менее достигается тем, что в устройство для формирования установочного импульса по патенту №2296419, содержащее шины питания, стабилитрон, восемь резисторов, два n-р-n транзистора, конденсатор, триггер Шмитта, выходную и общую шины, а также не показанную на схеме КМОП-микросхему, введены два тиристора, диод, один n-p-n и два p-n-р транзистора, изъяты триггер Шмитта, КМОП-микросхема, при этом анод первого тиристора через резисторы соединен с плюсовой шиной питания и базой входного p-n-р транзистора, его катод через коллектор-эмиттерный переход n-p-n транзистора соединен с минусовой шиной питания, а управляющий электрод этого тиристора через диод и резисторы выведен на вход устройства, соединен с базой n-р-n транзистора и минусовой шиной питания, коллектор p-n-р транзистора соединен с резистором времязадающей ячейки, через резистор - с базой выходного n-p-n транзистора, с базой p-n-р транзистора, шунтирующего конденсатор RC-ячейки, и с анодом второго тиристора, катодом присоединенного к минусовой шине питания, а управляющим электродом через стабилитрон, эмиттер-коллекторный переход n-p-n транзистора и резистор - к плюсовой шине питания, через база-эмиттерный переход соединен с общей точкой RC-ячейки, выходной n-p-n транзистор коллектором соединен с плюсовой шиной питания, базой через резистор - с минусовой шиной питания, а его эмиттер выведен на нагрузку.
Указанная совокупность признаков позволяет селектировать входные импульсы произвольной формы с длительностью, например, в несколько сотен миллисекунд в короткие прямоугольные с длительностью в несколько десятков микросекунд.
На чертеже представлена схема селектора импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные.
Селектор импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные состоит из входного каскада на резисторах 3, 4, 5, 6, диоде 7, тиристоре 8, n-р-n транзисторе 9, промежуточного каскада на резисторе 10, p-n-р транзисторе 11, времязадающей RC-ячейки на резисторе 12 и конденсаторе 13, зашунтированного p-n-р транзистором 14, и выходного каскада на резисторах 15, 16, тиристоре 17, стабилитроне 18, n-p-n транзисторе 19, резисторе 20, выходном n-p-n транзисторе 21 и резисторе 22.
Анод первого тиристора 8 через резисторы 4, 10 соединен с плюсовой шиной питания 1 и базой p-n-р транзистора 11, катод тиристора 8 через коллектор-эмиттерный переход n-p-n транзистора 9 соединен с минусовой шиной питания 2, а его управляющий электрод через резистор 3 и диод 7 выведен на вход устройства, через резисторы 5, 6 соответственно соединен с базой n-p-n транзистора 9 и минусовой шиной питания 2.
Эмиттер p-n-р транзистора 11 подключен к плюсовой шине питания 1, а его коллектор соединен с резистором 12 RC-ячейки на этом резисторе и конденсаторе 13, зашунтированном p-n-р транзистором 14.
Общая точка RC-ячейки через резистор 16 соединена с базой n-р-n транзистора 19, коллектором через резистор 20, соединенного с плюсовой шиной 1, а эмиттером через стабилитрон 18 с управляющим электродом тиристора 17, катодом соединенного с минусовой шиной 2, а анодом – с базами транзисторов 14 и 21.
Выходной транзистор 21 коллектором соединен с плюсовой шиной 1, базой через резистор 22 - с минусовой шиной 2, и его эмиттер выведен на нагрузку Rн (показано условно).
Селектор импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные работает следующим образом.
При подключении питания и отсутствии входного импульса транзистор 9 оказывается закрытым, т.к. его база через резистор 6 соединена с минусовой шиной 2. Тиристор 8 не включен, поэтому напряжение на его аноде фактически равно напряжению на плюсовой шине 1, транзисторы 11, 9, 14, 21 тоже закрыты, на нагрузке напряжения нет.
При поступлении входного импульса произвольно нарастающей формы по мере увеличения напряжения сначала открывается транзистор 9, затем включается тиристор 8, отпирается транзистор 11, и его эмиттер-коллекторным током отпирается выходной транзистор 21, тем самым образуется передний фронт выходного импульса ступенчатой формы, усиленный по напряжению и мощности.
С момента отпирания транзистора 11 через резистор 12 начинает заряжаться конденсатор 13. Когда напряжение на нем превысит напряжение стабилизации стабилитрона 18, отпирается транзистор 19 и включается тиристор 17, при этом напряжение на базе транзистора 21 оказывается близким к нулю, транзистор 21 запирается. В этот момент формируется задний фронт выходного импульса ступенчатой формы, хотя входной импульс еще не закончился. Одновременно через эмиттер-коллекторный переход транзистора 14 разряжается конденсатор 13.
По окончании входного импульса и благодаря диоду 7 полностью прекращается база-эмиттерный ток транзистора 9, что приводит к его запиранию и выключению тиристора 8. Схема приходит в исходное состояние. Затем процесс повторяется. Следовательно, длительность выходных импульсов равна времени заряда конденсатора 13 через резистор 12 до напряжения стабилизации стабилитрона 18, подбором номинальных значений, которых можно устанавливать длительность, например, в пределах от нескольких сотен миллисекунд до нескольких десятков микросекунд.
Длительность t выходных импульсов с достаточной для практики точностью выводится из общеизвестного выражения.
, откуда
, где
- постоянная времени
U - напряжение питания
Uc - напряжение на конденсаторе через время t.
В данном случае за Uc принимается напряжение стабилизации стабилитрона 18.
Если применить стабилитрон 18 с напряжением стабилизации, равным 0,63U, a U=1, то
t=τ, что упрощает расчеты.
Прямоугольность укороченных импульсов достигается введением в схему двух тиристоров в цепи управления транзисторами и обеспечивает их работу в ключевом режиме, что снижает нагрев.
В лаборатории изготовлен и испытан макет селектора импульсов произвольной формы в короткие прямоугольные.
Селектор импульсов произвольной формы в короткие, прямоугольные, содержащий шины питания, стабилитрон, восемь резисторов, два n-p-n транзистора, конденсатор, триггер Шмитта, выходную и общую шины, а также не показанную на схеме КМОП-микросхему, в который введены два тиристора, один n-p-n и два p-n-p транзистора, изъяты триггер Шмитта и КМОП-микросхема, при этом анод первого тиристора через резисторы соединен с плюсовой шиной питания и базой входного p-n-p транзистора, его катод через коллектор-эмиттерный переход n-p-n транзистора соединен с минусовой шиной питания, а управляющий электрод через диод и резисторы выведен на вход устройства, соединен с базой n-p-n транзистора и минусовой шиной питания, коллектор p-n-p входного транзистора соединен с резистором времязадающей ячейки, через резистор - с базой выходного n-p-n транзистора и анодом второго тиристора, катодом присоединенного к минусовой шине, а управляющим электродом через стабилитрон и эмиттер-коллекторный переход n-p-n транзистора и резистор - к плюсовой шине питания, через база-эмиттерный переход p-n-p транзистора и резистор соединен с общей точкой времязадающей ячейки, выходной n-p-n транзистор коллектором соединен с плюсовой шиной, базой через резистор - с минусовой шиной, а его эмиттер выведен на нагрузку (Rн).
