Генератор случайной последовательности импульсов
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВМ ЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскнк
Социалистических
Ресиублнн
Опубликовано 15.0780. Бюллетень М2 26
Дата опубликования отивсвнил 170780 (51)М. Кп.
Н 03 К 5/08
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 374. .35 {088.8). (72) Авторы изобретения
С. И. Шукурьян и Г. М. Карнаухов (71) Заявитель (54) ГEHEPATOP СЛУЧАИНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
ИМПУЛЬСОВ
Изобретение относится к устройст вам генерирования беспорядочно повторяющихся импульсов и может быть использовано в вычислительной технике при моделировании случайных процессов.
Известен генератор случайной последовательности импульсов, содержащий последовательно соединенные пер- 1О вый стабилитрон, усилитель шума, заторможенный мультивибратор, второй стабилитрон и дополнительный транзистор, причем выход первого стабилитрона соединен с базой нормально зак-1е рытого транзистора мультивибратора, а выход усилителя — с коллектором этого транзистора. Выход второго стабилитрона соединен с базой дополнительного транзистора, включенного в эмиттер-© ную цепь мультивибратора (1) .
В этом генераторе широкополосные шумы стабилитрона усиливаются усилителем шума и преобразуются в случайную последовательность импульсов за- 2с торможенным мультивнбратором.
Недостатком этого генератора является относительная сложность схевая и сложность настройки генератора на определенную среднюю частоту сигнала на выходе генератора.Сложность схемы объяснявтся тем, что амплитуды шумов стабилитроиа недостаточно для запуска мультивибратора и поэтому в схему генератора дополнительно введено два усилительных элемента. Сложность настройки объясняется взаимосвязью двух регулировок, что приводит. к значительному иттерационному процессу настройки генератора.
Известен генератор случайной последовательности импульсов, содержащий мультивибратор с одним эмиттерным конденсатором $2j . указанный генератор достаточно сложен и имеет недостаточный диапазон регулировки средней частоты случайной последовательности импульсов на выходе генератора.
Целью изобретения является упрощение устройства и увеличение диапазона регулировки средней частоты случайной последовательности импульсов.
Для достижения указанной цели в генератор случайной последовательности импульсов, содержащий мультивибратор с одним эмиттерным конденсатором, введены стабилйтрон и конденсатор, одна обкладка которого соединена с общей
748835 шиной, а другая — через резистор с коллектором первого транзистора, база которого через диод соединена с конденсатором, причем коллектор второго транзистора соединен через резистор с шиной источника питания.
На фиг. 1 приведена принципиаль ная схема генератора, на фиг. 2 и 3графики, поясняющие его работу.
Генератор содержит первый транзистор 1,второй транзистор 2,времяэадающий резистор 3, времязадйаций конденсатор 4, эмиттерный резистор 5, коллекторный резистор 6, стабилитрон 7, резистор 8, конденсатор 9 и переменный резистор 10. коллекторная цепь первого транзистора 1 соединена с базой второго транзистора 2 и с резистором 8, входящими в цель обратной связи. Эмиттеры обоих трайэисторов соединены с земляной шиной ййтайия соответотвенио через времяэадающий резистор 3 и эмиттерный резистор 5 и между собой - времяэадающим конденсатором 4. Коллекторы первого и второго транзисторов соединены с источником постоянного напряжения соответственно через коллехторный резистор 6 и переменный резистор 10;"
Резистор 8 обратной связи соедййен с катодом стабилитрона 7 и с эемпМиой шиной через конденсатор 9. В оМиЧйе от известного заторможенного мультивибратора с эмиттерной времяэадающей цепью $2) база транзистора 1 подключена не к земпяной шине, а к аноду шумящего стабилитроиа 7, который вместе с резистором 8 и конденсатором
9 образуют цепь обратной связи между коллектором и базой транзистора 1.
Устройство работает следующим образом. В иоходноМ состОяний транзистор 2 открыт и насыщен,а транзистор 1 приэакрыт положительным напряжением 0э„. Так как рабочая характеристика стабилитрона имеет участок отрицательйого сопротивления, то при переходе рабочей точки стабилитрона с участка положительного сопротивления на участок отрицательного сопротивления обратная связь будет положительной. Однако надо отметить, что положительная обратная связь действует лишь при появлении переменного (шумового) напряжения на базе транзистора 1. При отсутствии шумов стабилитрОна указанная обратная связь является. отрицательной, что обеспечивает устойчивую работу мультивибратора, так как удерживает транзистор
1 в призакрытом состоянии. Ток через стабилитрон задается резистором 10.
С изменением .величины резистора 10 изменяется коллекторный ток транзистора 2 и соответственно напряжение на резисторе 5. Изменение напряжения на эмиттере транзистора 2 приводит к йзменейию напряжения на его базе,что приводит к изменению тока через стабилитрон и перемещению рабочей точки транзистора 1.При определенном значении базового тока транзистора 1 на его коллекторе появляется усиленное шумовое напряжение. Этот ток назван условно током включения цепи положительной обратной связи и показан на
Фиг. 2.
При увеличении сопротивления резистора 10 рабочая точка транзистора
1 из области глубокого эапирания (точка A) (см. Фиг. 2) перемещается в об-. ласть слабого запирания транзистора
1 (точка В);
Параметры цепи положительной об» ратной связи подбираются таким обраl$ зом, чтобы усиление шума стабилитроиа транзистором 1 было максимально.
При пояэлении выброса шума на "базе транзистора 1, превышающего напряжение 0,эамыкается цепь положительщ ной обратйой связи через транзистор
1„ резистор 8 и стабилитрон 7- и этот выброс усйливается (показано,штриховой линией на фнг. 2, момент времени
). Таким образом, первый транзистор мультивибратора.дополнительно используется для усиления шумов стабилитрона. Усиленный выброс шума выводит второй транзистор из насыщения. Это приводит к падению напряжени на ре зисторе 5,что, в свою очередь, приводйт к уменьшению напряжения на резисторе 3. Развивается лавинообразный процесс, который переводит.транзистор 1 в насыщение (момент времени t< на Фиг. 3); Конденсатор 4 через резистор б,коллекторно-эмиттерный переход транзистора 1 и эмиттерный резистор 5 заряжается до напряжения, величина которого определяется напряжением 0 „ на коллекторе транзистора 1 в исходном состоянии. Процесс формирования импульса заканчивается после окончания заряда конден-, сатора 4 и вцхода транзистора 1 из насыщения; При выходе транзистора 1 из режима насыщения потенциал его кол» лектора начинает повышаться (MOMeHT с» на фиг. 3), вызывая отпирание транзистора 2 и увеличение тока его эмиттера, а также повышение потенциала коллектора транзистора 1.
Так развивается лавинообразный процесс, почти мгновенно возвращающий генератор в исходное состояние.
Транзистор 2 при этом отпирается, а 1 запирается (см. точку С на фиг. 2).
З5 После возврата генератора в исходное состояние начинается стадия восстановления, характеризуемая разрядом конденсатора 4 через времяэадающнй резистор 3, транзистор 2 и резистор що 10. При этом рабочая точка транзистора 1 перемещается из области глубокого запирания (точка С) в область слабого запирания (точка В). После полного разряда конденсатора 4 на базе транзистора 1 вновь появляется
748835
Формула иэобретения шумовое напряжение, под действием одного из выбросов которого схема вновь вырабатывает отрицательный импульс.
Так как моменты появления выбросов шума случайны, то и моменты появления импульсов также случайны. 5
Среднюю частоту случайной последовательности импульсов на выходе генератора (коллектор транзистора 1) легко изменять, меняя величину сопротивления резистора 10. При перемещении рабочей точки первого транзистора в область отпирания увеличивается чувствительность схемы к выбросам шума, что приводит к увеличению средней частоты импульсов на выходе генератора. При перемещении рабочей точки в точку, для которой U О, генератор переводится в режим автоколебаний с частотой, определяемой величиной резистора 3 и конденсатора 4. При пе- ремещении рабочей точки в область глу- О бокого запирания (точка А) на выходе генератора импульсов не будет.
Иэ сказанного ясно, что верхняя граница средней частоты случайной импульсной последовательности на выходе 25 предлагаемого генератора определяется в основном временем восстановления схемы в исходное состояние и изменяется с изменением величины емкости конденсатора 4. Изменение положения 3р рабочей точки транзистора 1 возможно также посредством изменения величины сопротивления коллекторного резистора б. Но такая регулировка средней частоты случайной последовательности З5 импульсов генератора обладает рядом недостатков.
Изменение величины этого резистора приведет к изменению длительности импульса и к изменению выходного со- 4(). противления генератора, что нежелательно при сопряжении генератора с другими устройствами. Изменение величины сопротивления резистора 6 приведет к изменению степени насыщения транзистора 2, что отрицательно сказывается на устойчивости работы всей схемы генератора.
Изменение величины сопротивления резистора в цепи коллектора второго транзистора приводит лишь к изменению коллекторного и базового токов этого транзистора, не изменяя степени его насыщения. Чувствительность второго транзистора к выбросам шума при этом увеличивается. 55 Введение в схему заторможенного мультивибратора цепи положительной обратной связи, содержащей последовательно соединенные RC-фильтр и стабилитрон, а также переменного реэис- Я тора, позволило получить на выходе схемы мультивибратора случайную последовательность импульсов беэ предварительного усиления шумов стабилитрона, что, в свою очередь, позволило упростить схему генератора случайной последовательности импульсов. Изменение режима работы мультивибратора позволило расширить диапазон измене ния средней частоты импульсов на выходе генератора. Достоинством схемы предлагаемого генератора является также то, что шумы первичного источника не влияют на длительность и форму импульсов и на время восстановления схемы в исходное состояние . Это объясняется тем, что шумовой выброс появляется;лишь кратковременно и только после полного разряда конденсатора 4. Температурная стабильность работы генератора обеспечивается спецификой схемы мультивибратора, а также тем, что указанная обратная связь положительна лишь для шумовой составляющей коллекторного напряжения перво го транзистора, а для постоянной состайляющей 0„„ эта обратная связь будет отрицательной, тем самым поддерживается постоянство положения как рабочей точки транзистора 1 (см. точку
В фиг. 2), так и напряжения 0
Таким образом, введение в схему генератора отличительных признаков позволило но сравнению с известными аналогаии упростить конструкцию генератора, увеличить диапазон регулировки средней частоты последовательности импульсов на выходе генератора при улучшении параметров последовательности импульсоз (стабилизировать длительность импульса и speMa восстановления) Генератор случайной последовательности иМпульсов, содержащий мультивибратор е одним эмиттерным конденсатором, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и увеличения диапазона регулировки средней частоты случайной последовательности импульсов, в него введены стабилитрон и конденсатор, одна обкладка которого соединена с общей шиной, а другая — через резистор с коллектором первого транзистора, база которого через диод соединена с конденсатором, причем коллектор второго транзистора соединен через разистор с шиной источника питания.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство
Р 447820, кл. Н 03 К 5/08, 1974.
2. Справочник по импульсной технике - Под редакцией Яковлева В..Н.
Киев,"Техника", 1971.(прототип).
