Формирователь пилообразных импульсов удвоенной частоты

 

Использование: изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в устройствах автоматики и в источниках электропитания в качестве формирователя ШИМ-сигнала. Сущность изобретения: устройство содержит: входную и выходную шины 1 и 9, инвертор 2, транзисторы 3 и 4, шунтирующие резисторы 5 и 6, времязадающий конденсатор 7 и нагрузочный резистор 8. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в составе электронных устройств автоматики, вычислительной техники и источниках питания в качестве формирователя ШИМ-сигнала.

Известно устройство, содержащее пять элементов И-НЕ, триггер, времязадающую RC-цепь и переменный резистор.

Это устройство содержит большое количество элементов и функциональных связей между ними и не позволяет получать импульсы пилообразной формы.

Известно также устройство, содержащее входной инвертор, два интегратора, делители схемы сравнения, два элемента И-НЕ и выходной элемент И-НЕ.

Это устройство также содержит большое количество элементов и функциональных связей между ними.

Известно также устройство, содержащее входной инвертор, два диода, времязадающий конденсатор и элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

В этом устройстве не реализована задача получения импульсов удвоенной частоты пилообразной формы.

Целью изобретения является упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей путем получения импульсов пилообразной формы, удвоенной частоты.

Для этого в формирователь пилообразных импульсов удвоенной частоты, содержащий инвертор, вход которого соединен с входной шиной, времязадающий конденсатор вводятся два транзистора одного типа проводимости, эмиттер одного из которых соединен с выходом инвертора, эмиттер другого - с входом инвертора и входной шиной, времязадающий конденсатор включен между базами транзисторов, переходы эмиттер-база которых шунтированы резисторами, коллекторы соединены между собой, с выходной шиной и через нагрузочный резистор с корпусной шиной.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Формирователь пилообразных импульсов удвоенной частоты содержит входную шину 1, инвертор 2, транзисторы 3 и 4, резисторы 5 и 6, конденсатор 7 и нагрузочный резистор 8, выходную шину 9.

Формирователь импульсов работает следующим образом.

На входную шину 1 подается последовательность импульсов со скважностью, равной или близкой к меандру. С приходом положительного фронта в момент t₁ (U₁) на выходе инвертора 2 устанавливается низкий потенциал. Эмиттерный переход транзистора 3 смещается в прямом направлении током, текущим по цепи: входная шина 1, резистор 6, конденсатор 7, эмиттерный переход транзистора 3, выход инвертора 2. Переходы транзистора 4 смещены в обратном направлении и он закрыт: эмиттерный переход смещен напряжением на резисторе 6, а коллекторный - потенциалом на конденсаторе 7 с минусом, приложенным к базе транзистора 4. На коллекторах транзисторов 3 и 4 - низкий потенциал, так как транзистор 3 открыт током базы, на нагрузочном резисторе 8 также низкий потенциал. Конденсатор 7 перезаряжается и в момент t₂ (U₄) напряжение на нем становится равным нулю.

С момента t₂ (U₄) на базе транзистора 4 и соответственно на обкладке конденсатора 7 начинает расти положительный потенциал, который растет на участке t₂-t₃ (U₄) по мере заряда конденсатора 7. Соответственно транзистор 4 открывается в инверсном варианте, а коллекторный переход транзистора 3 смещается в обратном направлении. На выходной шине 9 линейно нарастает потенциал. На участке t₂-t₃ (U₄) транзистор 3 с конденсатором 7 работают по схеме интегратора. Коллекторной нагрузкой его является резистор 6 совместно с транзистором 4, который работает как эмиттерный повторитель заряда конденсатора 7, причем коллекторный переход транзистора 4 смещается в прямом направлении. Таким образом транзистор 4 на участке t₂-t₃ работает как эмиттерный повторитель, используя для этого переход база-коллектор. В этом варианте коэффициент усиления транзисторов меньше, чем в нормальном включении, но достаточно высок для работы в этом режиме.

На коллекторе транзистора 3 линейно растет потенциал по мере заряда конденсатора 7 за счет отрицательной обратной связи через него и через коллекторный переход транзистора 4, смещенный в прямом направлении.

В момент t₃ (U₃) меняется потенциал на входе и выходе инвертора 2. Теперь открывается транзистор 4 и смещаются в обратном направлении переходы транзистора 3. Конденсатор 7 разряжается и в момент t₄ (U₃) его потенциал меняется на обратный. Вновь теперь уже на участке t₄-t₅ (U₃) растет потенциал на выходной шине 9, а транзистор 4 совместно с конденсатором 7 работают по схеме интегратора с отрицательной обратной связью с коллектора на базу через емкость 7 и коллекторный переход транзистора 3. В этом случае уже транзистор 3 с резистором 5 являются коллекторной нагрузкой транзистора 4.

Далее по мере поступления на вход 1 формирователя очередных импульсов транзисторы 3 и 4 функционально меняются местами между собой.

При этом на выходной шине 9 имеет место последовательность пилообразных импульсов удвоенной частоты (U₉). На базах транзисторов 3 и 4 разнополярные импульсы смещены относительно друг друга на полпериода. На участках отрицательного напряжения t₁-t₂ или t₃-t₄ (U₃;U₄) конденсатор 7 разряжается по экспоненте, а на участках и t₂-t₃ и t₄-t₅ конденсатор 7 заряжается по линейному закону за счет отрицательной обратной связи.

Изменением величины нагрузочного резистора 8 может быть достигнута регулировка скорости изменения линейно растущего напряжения выходных импульсов на шине 9, а также их амплитуды.

Предлагаемый формирователь может быть использован и как фильтр нижних частот. С уменьшением периода входных импульсов меньше T_n ≅ R_5,6˙C₇˙N, где T_n - период входных импульсов; R_5,6 - резисторы 5 или 6; С₇ - конденсатор 7; N - некоторый коэффициент.

Амплитуда импульсов падает и на выходе 9 остается потенциал, близкий к нулю. В то же время с увеличением T_n амплитуда выходных импульсов устанавливается на одном уровне.

Формула изобретения

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПИЛООБРАЗНЫХ ИМПУЛЬСОВ УДВОЕННОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий инвертор, вход которого соединен с входной шиной, конденсатор и выходную шину, отличающийся тем, что в него введены первый и второй резисторы, нагрузочный резистор и первый и второй транзисторы, эмиттеры которых соединены соответственно с выходом и с входом инвертора, коллекторы - с выходной шиной и через нагрузочный резистор - с общей шиной, конденсатор включен между базами первого и второго транзисторов, при этом первый и второй резисторы включены между базой и эмиттером соответственно первого и второго транзисторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2