Автогенератор прямоугольного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Н 7Л37; С 01 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3357944/24-07 (22) 25 11.81 (46) 30.06.83. Бюл. Р 24 (72) Г.Н. Кирюшин и А.А. Рафалович (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. 8.8. Куйбышева (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Моин В.С. и Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. "Энергия", 1972, с. 387, рис. 10.6,а.

2. Авторское свидетельство СССР

N 769306, кл. G 01 В 7/00, 1980. (54)(57) АвтогкнеРАтоР пРяиоугольного

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого шунтирована двухполярным ограничителем напряжения, два токозадающих резистора, два усилителя и первый блок питания с двухполярным выходом, имеющим вывод от средней точки, о т л и„„SU„„, 1026262 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения величины и стабильности амплитуды и частоты выходного напряжения, ограничитель напряжения выполнен в виде двух соединенных последовательно пар встречно-последовательно включенных стабилитронов, усилители выполнены дифференциальными операционными, один усилитель flO цепи питания подключен к выходу первого блока питания, а другой - к выходу аналогичного введеннЬго в устройство второго блока питания, каждая пара стабилитронов через укаэанный токозадающий резистор включена между выходом операционного усилителя и вы- Р водом от средней точки блока питания этого усилителя, а вход каждого опера ционного усилителя включен между выходом одного операционного усилителя и средним выводом блока питания другого усилителя.

102!

20

45

55

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и приборостроения для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы.

Известны автогенераторы прямоугольного напряжения с выходным трансформатором, содержащие конденсаторы в качестве времязадающих элементов 1 1).

К недостаткам данных автогенераторов можно отнести большое число входящих элементов и значительные габариты конденсаторов.

Для питания индукционнь1х датчиков перемещения более удобен автогенератор, в котором роль времязадающего элемента выполняет сам выходной трансформатор, являющийся одновременно индуктивным элементом датчика и имеющий в связи с этим изменяющийся воздушный зазор магнитопровода.

Автогенератор такого типа является наиболее близким к предлагаемому и содержит выходной трансформатор, первичная обмотка которого шунтирована двухполярным ограничителем напряжения в виде пары встречно-параллельно включенных стабилитронов, два транзисторных усилителя, два токозадающих резистора и блок питания с двухполярным выходом, имеющим вывод от средней, точки, причем к выходу каждой полярности подключен указанный транзисторный усилитель (2f

Данному автогенератору присуща высокая степень инвариантности к возмущающим воздействиям эа счет кольцевого характера стабилизации напря-. жения на возбуждающей обмотке дифференциального трансформатора. Однако в силу невысокого коэффициента усиления тока транзисторов степень стабилизации амплитуды и частоты генерируемого напряжения ограничена. Кроме того, значительное отрицательное влияние на точность оказывают напряжения отк" рытых базо-эмиттерных переходов транзисторов, включенных последовательно со стабилитронами. Эти напряжения имеют значительный разброс значений и зависимость от температуры базового .перехода. Наконец, следует отметить относительно низкий коэффициент использования напряжений питания, выражающийся в том, что транзисторные ключи открываются поочередно, в результате чего амплитуда равна напря-: жению стабилизации стабиритрона, т.е.

6262 ,она меньше выходного суммарного напряжения источника в два раза.

Цель изобретения - повышение величины и стабильности амплитуды и

5 частоты выходного напряжения

Поставленная цель достигается тем, что в автогенераторе прямоугольного напряжения, содержащем выходной трансформатор, первичная обмотка которого шунтирована двухполярным ограничителем напряжения, два токозадающих резистора, два усилителя и первый блок питания с двухполярным выходом, имеющим вывод от средней точки, ограничитель напряжения выполнен в виде двух соединенных последовательно пар встречно-последовательно включенных ,стабилитронов, усилители выполнены дифференциальными операционными, один усилитель по цепи питания подключен к выходу первого блока питания, а другой - к выходу аналогичного вве-денного в устройство второго блока питания, каждая пара стабилитронов через укаэанный токозадающий резистор включена между выходом операционного усилителя и выводом от средней точки блока питания этого усилителя, а .вход каждого операционного усилителя включен между выходом одного операционного усилителя и средним выводом блока питания другого усилителя.

На фиг. 1 и 2 показаны варианты выполнения принципиальных схем предлагаемого автогенератора; на фиг, 3временные диаграммы токов и напряжений, Рвтогенератор (фиг. 1) содержит двухполярные блоки 1 и 2 питания, дифференциальные операционные усилители 3 и 4, двухсторонние пары стаби" литронов 5 и 6, токозадающие резисторы 7 и 8, выходной трансформатор 9 и детектор с фильтром 10.

Выход операционного усилителя 3 соединен непосредственно с собственным инвертирующим входом и через резистор 7 с точкой соединения стабили" тронов 5 и 6. Выход операционного усилителя 4 также соединен с собственным инвертирующим входом и через резистор 8 с точкой соединения стабилитронов, Вторые концы стабилитронов 5 и б соединены с неинвертирующими входами усилителей 3 и 4 соответственно, причем неинвертирующий вход усилителя 3 соединен сс средней точкой (СТ) блока 2 питания усилителя 4, а неинвертирующий вход усилителя 4 - со

3 10262 средней то кой блока 1 питания усилителя 3. Первичная обмотка трансформатора 9 включена параллельно с последовательно соединенными парами стабилитронов 5 и 6, а его вторичная об- мотка соединена с входом детектора с фильтром 10, выход которого является выходом автогенератора.

Автогенератор работает следующим образом. tQ

После включения блоков питания в силу неравенства нулю начального смещения операционных усилителей напряжение на их выходах начинает увеличиваться, причем связь элементов 1 схемы такова, что в случае положительного нарастания напряжения одного из усилителей выходное напряжение другого усилителя увеличивается в отрицательную сторону. Включение парал- щ лельно стабилитронам индуктивного импеданса обмотки трансформатора 9 ускоряет нарастание напряжений и по достижении ими значений, соответст" вующих лавинному пробою стабилитро- ру нов, этот процесс заканчивается. При этом усилитель 3 совместно с.резистор ром 7 и стабилитроном 5 представляет собой схему стабилизатора тока через стабилитрон 6, который совмест- эв но с усилителем 4 и резистором 8 стабилизирует ток через стабилитрон

5. Благодаря такому соединению коэффициент стабилизации преобразователя определяется произведением коэффициентов усиления усилителей 3 и 4 и составляет значение, более 10 . По достижении режима стабилизации обмотка возбуждения шунтирует своим малым сопротивлением постоянному току последовательно соединенные пары стабилитронов 5 и 6, в результате чего начинается процесс изменения напряжений на выходах усилителей в противоположную установившемуся значению сторону °

Ток в цепи первичной обмотки 3 нарастает по экспоненте и соответственно снижается ток стабилитронов 3 -т (фиг. 3). При снижении этого тока до нуля происходит реверс полярности на62 4 пряжений на выходе усилителей (0 ст, 3g ). В силу действия перекрестных связей и благодаря индуктивности обмотки трансформатора процесс обра ного перехода, как и прямого, происходит лавинообразно. В дальнейшем про-. цесс протекает аналогично вышеуказанному.

В установившемся режиме к первичной обмотке приложено переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, равной сумме напряжений ста" билизации пар стабилитронов 5 и 6, причем стабильность амплитуды и час.тоты генерируемого напряжения не зависит ни от дифференциального сопротивления стабилитронов, ни от сопротивления.обмотки трансформатора, ни от напряжений начального смещения операционных усилителей и практически полностью определяется температурным и временным дрейфом напряжений стабилизации стабилитронов, который для современных прецизионных приборов со" ставляет весьма малые значения.

В варианте выполнения принципиальной схемы, показанной на фиг. 2, переставлены местами по отношению к схеме на фиг. 1 резисторы и стабилитроны и. соответственно изменены подключения входов операционных усилителей 3 и 4, а именно в схеме на фиг. 1 инвертирующий вход усилителя (обозначен "-") подключен к выходу своего усилителя, а в схеме на фиг.2к выходу другого усилителя. Кроме то" го, в схеме на фиг. 1 неинвертирующий вход усилителя (обозначен "+") под" ключен к выводу от средней точки бло" ка питания другого усилителя, а в схеме на фиг. 2 - к выводу от средней точки блока питания своего усилителя.

Автогенератор на фиг. 2 работает аналогично автогенератору на фиг.1.

Преимущество предлагаемого иэобре" тения по отношению к известному состоит в. отмеченном повышении стабильности амплитуды и частоты выходного напряжения, а также в повышении величины выходного напряжения вдвое.

1026262

Зст5

ВНИИПИ Заказ 4573/47

Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4