Мультивибратор

 

1. МУЛЬТИВИБРАТОР, содержащий операционный усилитель, выход которого соединен через первый и второй резисторы с инвертирующим и неин-вертирующим входами, соединенными соответственно с первой обкладкой конденсатора и с первым выводом третьего резистора, отличающийся тем, что, с целью регулировки частоты с повышенной точностью в большом диапазоне, в него введены два активных умножителя полного сопротивления, входы которых соединены соответственно с первой обкладкой конденсатора и первым выводом третьего резистора, а выходы - б ответственно с второй обкладкой конденсатора и вторым выводом третьего резистора. (Л сл о:) 00 со

3(51) Н 03 К 3/023

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 (21) 3405420/18-21 (22) 11. 03-. 82 (4б) 30. 10. 83. Бюл, Р 40 (72) Н.И.Коровин и A.Ó.Ялышев (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению

f (53) 1 1. 03. 82 (088. 8) (5б) 1. Рутковски Дж. ИНтегральные операционные .усилители, М., Мир, 1978, с.297.

2 ° Шило B.Л. Линейные интегральные схемы. М., Советское радио, 1979, с.212, рис. 4. 39 а (прототип). (54)(57) 1. ИУЛЬТИВИБРАТОР, содержащий операционный усилитель, выход

„„S0„„1051689 А которого соединен через первый и второй резисторы с инвертирующим и неинвертирующим входами, соединенными соответственно с первой обкладкой конденсатора и с первым выводом третьего резистора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью регулировки частоты с повышенной точностью в большом диапазоне, в него введены два активных умножителя полного сопротивления, входы которых соединены соответственно с первой обкладкой конденсатора и первым выводом третьего резистора, а выходы — бдот ветственно с второй обкладкой конденсатора и вторым выводом третьего . резистора.

1Q51689

2. Мультивибратор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что каждый иэ двух активных умножителей полного сопротивления выполнен на первом и втором операционных усилителях и последовательной резистивной цепи из первого и второго постоянных резисторов, потенциометра, третьего и четвертого постоянных резисторов, резистивная цепь соединена первым крайним выводом с выходом первого операционного усилителя и выходом умножителя, первым отводом— с инвертирующим входом первого операционного усилителя, вторым отводом - с неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго операционных усилителей, вторым крайним выводом — с общей шиной мульf

Изобретение относится к импульсной технике, в частности, к генераторам прямоугольных импульсов с регулированием выходного сигнала от руки по частоте следования импульсов, 5 и может быть использовано в различных устройствах измерительной техники, приборостроения, средствах автоматизации и другой аппаратуре.

Известны мультивибраторы, в кото-. )ф рых зависимость частоты от относительного положения движка потенциометра является кваэипоказательной (1g.

Однако, так как указанная зависимость формируется только одним элементом (потенциометром), точность регулировки частоты резко снижается в большом диапазоне (при большой кратности) регулировки. Это объясняется уменьшением точности аппрокси мации, реализованной в известных 20 мультивибраторах с использованием одного потенциометра квазипоказательной зависимости и теоретической зависимости при увеличении кратности регулировки. Таким образом, не- 25 достатком этих известных мультивибраторов является регулировка частоты с малой точностью в большом диапазоне регулировки частот.

Наиболее близким к предлагаемому $Q техническому решению является мультивибратор-автогенератор, содержащий операционный усилитель, выход которого соединен через первый и второй резисторы с инвертирующим и неинвер" 35 тирукшим входами, соединенными соответственнЬ с первой обкладкой конденсатора и с первым выводом третьего резистора Г2 3.

Недостатком известного мультивиб- 40 ратора является регулировка частоты тивибратора, подвижный вывод потенциометра соединен с выходом второго операционного усилителя, при этом вход умножителя соединен с неинвер- тирующим входом второго операционного усилителя.

3. Мультивибратор по п.2, о т л и ч а ю шийся тем, что потенциометры двух активных умножителей полного сопротивления выполнены в виде двухсекционных потенциометров с механически подвижными системами.

4. Мультивибратор по п.З, о. тл и ч а ю шийся тем,что секции потенциометра включены в-соответст(вующий активный умножитель полного, сопротивления крайними выводами инверсно друг другу.2 с малой точностью в большом диапазоне, в особенности частот вблизи максимальной частоты.

Цель изобретения — обеспечение регулировки частоты с повышенной точностью в большом диапазоне путем формирования двух квазипоказательных зависимостей соответствующих элементов в качестве аргументов регулируемой частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в мультивибратор, содержащий операционный усилитель, выход которого соединен через первый и второй резисторы с инвертирующим и неинвертирующим входами, соединенными соответственно с первой обклацкой конденсатора и с первым выводом тре-. тьего резистора, введены два активных умножителя полного сопротив- ления, входы которых соединены соответственно с первой обкладкой конденсатора и первым выводом третьего резистора, а выходы - соответственно с второй обкладкой конденсатора и вторым выводом третьего резистора.

Каждый иэ двух активных умножителей полного сопротивления выполнен на первом и ртором операционных усилителях и последовательной реэистивной цепи из первого и второго постоянных резисторов, потенциометра, третьего и четвертого постоянных резисторов, резистивная цепьсоединена первым крайним выводом с выходом первого операционного усилителя и выходом умножителя, первым отводом - с инвертирующим входом первого операционного усилителя, вторым отводом - с неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго операционных усилителей, 1051689 вторым крайним выводом — с общей шиной мультивибратора, подвижной вывод

Ъ потенциометра соединен с выходом " второго операционного усилителя, при этом вход умножителя соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя. Кроме того, потенциометры двух активных умножителей полного сопротивления выполнены в виде двухсекционных потенциометров с механически подвижными системами.

Секции потенциометра включены в соответствующий активный умножитель полного сопротивления крайними выводами инверсно друг другу.

Активные умножители полного сопротивления имеют кваэипоказательные зависимости значений полного сопротивления от относительного положения подвижных систем соответствующих пэтенциометров.

На чертеже приведена принципиальная схема мультивибратора.

Мультивибратор содержит операционный усилитель 1, первый 2, второй 3, третий 4 резисторы, конденсатор 5, два активных умножителя 6 и 7 полного сопротивления. Конденсатор 5 подключен первой и второй обкладкой соответственно к входу 8 и выходу 9 активного умножителя 6 полного сапротивления. Резистор 4 подключен вторым и первым выводами соответственно к выходу 10 и входу 11 активного умножителя 7 полного сопротивления. Конденсатор 5 и резистор 4 являются эталонными элементами для соответствующих умножителей. Устрой° ство умножителей 6 и 7 полного сопротивления идентично. Умножитель 6 содержит первый 12 и второй 13 операционные усилители, последовательную резистивную цепь из первого 14 и второго 15 постоянных резисторов, потенциометра 16, третьего 17 и четвертого 18 постоянных резисторов.

Аналогичное устройство имеет умножитель 7 активного сопротивления °

Ои содержит первый 19 и второй 20 операционные усилители, последовательную реэистивную цепь иэ первого

21 и второго 22 постоянных резисторов, потенциометра 23, третьего 24 и четвертого 25 постоянных резисторов.

Мультивибратор работает следующим образом.

При рассмотрении с использованием формул сопротивления резисторов будем обозначать буквой Я с индексом. Обобщенный конденсатор (актиЬный умножитель 6 полного сопротивления совместно с подключенным к нему конденсатором 5) будеы обозначать по аналогии С 6. Обобщенный резистор (активный умножитель 7 полного сопротивления совместно с под

5 ° .16 г

20, — = ()

С U

5 6 .d.16 +

1 1 Яз R (2)

04

25 23 R

Уравнения (1), (2) — уравнения квазипоказательных зависимостей, каждая из которых совпадает в трех точках при d.1 =О> с{.16 =0,5;о(,16 =

30 Ф2Ь О, о(гЗ О 1Ы2Э =1; с соответст вующими показательными зависимостями вида

1. Сь 05. (16

"-М (3)

23 =М ",, (4).

40 .где М вЂ” кратность регулировки ем1 кости обобщенного активного конденсатора;

М вЂ” кратность регулировки обоб2

Ф

45 щенного активного резистора.

При принятых значениях сопротивлений резисторов М =М =М отношение

1 2 резисторов в формулах {1), (2) выражается через кратность М регулировки обобщенных активных конденсатора и резистора посредством следующей формулы

{5) Мультивибратор на операционном; усилителе 1, резисторах 2 и 3 обобщенном, связанном с общей шиной конденсаторе, и обобщенном,.связанщ ном с общей шиной реэисторе, работает обычным образом, т.е. его работа ничем не отличается от работы аналогов, если не учитывать метод регулировки частоты. С выходных шин 26 мультивибратора прямоугольные ключенным к нему резистором 4) — R

Относительные положения подвижных систем потенциометра,16, 23 от нижних по чертежу крайних выводов обозначереэ д <6 О(2 °

5 Кроме того, примем следующие усовия: Е = R18;. R, = g„, г Кь=й;

15 1ч 16

2 2У 22 24 2З

Обозначим далее: 1) — напряжение на конденсаторе 5; ;V6 — напряжение на обобщенном конденсаторе (относительно общей шины); U4 — напряжение на резисторе. 4; U — напряжение на обобщенном резисторе (относительно общей шины) .

Применяя для каждого из активных умножителей полного сопротивления принцип суперпоэиции запишем следую.щие выражения

1051689

Уравнения (9) и (10) совпадают в трех точках, т.е. при трех значениях аргумента: o(- =О, сС = 0,5, 1, Произведем последовательно над каждым иэ ураннений (9) и (10) следующие действия: прологариАмируем, возьмем производную по о(., перейдем к приращениям. В результате получим следующие формулы для относительных погрешностей регулировки частоты соответственно теоретической (показательной) и практической (Квазипокаэательной) зависимостей сГ"Е = — =ad 8 М =2Ьо(,00М, (11)

)Е

Е где оо(- неизбежно имеющаяся абсолютная погрешность рег>лировки углового положения подвижной системы потенцио20 метра, вызванная конструктив ными неточностями устройства, нелинейностью потенциометра, субъективными факторами оператора и т.д.

25 (+ =

ЧМ -1

Э 1 3

Е= — — =

4 <, 4(г СЬ

1 3

4 сg 2

Rl 4сьR1 Х2 (Ь) =2cLa(, f

1

2З )ГМ2 -1

1 4t

23 )ГМ2- 1

1

23 УМ 2 -1

2Ъ 1М1 -" х

1

1Ь fg1-1

2З+ -1

При обеспечении механической связи между подвижными системами потенциометров 16, 23, например, при

45 объединении их н днухсекционный потенциометр о(16 =с(2з.= с(при этом ур в нения (7) и (8) преобразуются к виду

1 3 Г 2 ) O(-0,5 O(-0,5

Г 50

2 где М о

Ео общая кратность регулировки частоты мультивибратора; собственная частота мультинибратора (частота мультинибратора равна собственной при о(= 0,5, когда на ос-. новании формул 1-4 С6= С5, R7=R4), 60

ГМ -1

1+

d- -ЬЫ (10 ) 65 колебания поступают во внешнюю цепь

Частота рассматриваемого мультивибратора определяется формулой где о — обобщенная активная постоянная времени.

R,«R3

Подставив в (6) уравнения (3) и (4) и и свою очередь уравнения (1) и (2) с учетом (5), получим полные уравнения для идеализированной (показательной) и практической (кназипоказательной) зависимостей соотнетстненно

М

R R

4С R4 и " 2 4i Р2

М о(16+о(,2З - ( где эталонная постоянная времени, 1Ь 1 М -1

+ х

4С R R 1

" 1Ь ГМ -1

Анализ уравнений (11) и (12) показынает, что в данном устройстве погрешность. регулировки частоты ноэрастает в 2 раза, в то время как кратность регулировки частоты (диапазон) увеличивается в M раз ° Сравним эти результаты, полученными для устройств с другими видами регулировочных зависимостей частоты от относительного положения подвижной системы поте нциоме тра г во-первых, устройств (первого типа), имеющих простые — прямо и обратно пропорциональные зависимости; но-вторых, устройств (второго типа), имеющих ту же квазипоказательную зависимость, на один элемент регулировки (потенциометр). Вывод уравнения относительной погрешности регулировки частоты . в устройствах первого тИпа аналогичен ныводу уравнений (11) и (12) и сопоставительный анализ показывают, что в предлагаемом устройстве по сравнению с известным первого типа достигается повышение точности ре гулировки в у а M0 — «М„раз, Где

11г—

M — общий диапазон (кратность) регулйровки. Например, при М =625 повышение точности составляет у62,5 раэ.

Для устройств второго типа вместо формулы (12) относительная погрешность установки частоты-определяется по формуле

7Ф(1051689 и - М+" я,05ГМ . ((4)

2 Г

Состав ит ель Н. Ферапонтов а

Техред С, Мигунова Корректор Г.Решетник

Редак1 ор О.Сопко

Заказ 8686/56 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Уравнения (12) и (13) имеют экстремальные значения при с(= О, о(,-. 1.

Разделим уравнение (13) на урав.нение (12) и определим повышение точности регулировки в данном устройстве по сравнению с известным устройством второго типа

Уравнение (14) показывает, что повышение точности регулировки и в этом случае существенно. Например, при M = 10 " (M =IOO) достигается

О повышение точности регулировки в

5 раз.

Таким образом, технико-экономическая эффективность данного MggJIbTH» вибратора связана с повышением точности регулировки частоты, в оСобенности при больших диапазонах (кратностях)регулировки, с увеличением диапазона (краности) регулировки частоты при одинаковой с известными устройствами точности, что расширяет функциональные возможности предлагаемого мультивибратора, с упрощением устройства по сравнению с известными мультивибраторами,в кото1(3 рых одинаковые с предлагаемым мультивибратором диапазон и точность регулировки частоты достигаются существенным усложнением известных устройств, а также с улучшением

15 удобства обслуживания, связанным с равнопроцентным масштабированием (регулировкой) частоты, являющимся свойством показательных (кваэипоказательных) регулировочных эависи20 мостей.