Устройство для формирования установочного импульса

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может быть использовано для формирования импульсов. Достигаемый технический результат - формирование установочного импульса гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта нарастания и способности формирования установочного импульса на срезе напряжения питания. Устройство содержит триггер Шмитта, два n-p-n транзистора, стабилитрон, шину питания, конденсатор и восемь резисторов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники.

Известно устройство для формирования установочного импульса (см. свидетельство РФ №6961 от 19.03.97, МПК Н 03 К 5/01 "Устройство для формирования установочного импульса". Шишкин Г.И., Дикарев И.И. Опубл. 16.06.98, бюл. №6), содержащее первый, второй, третий и четвертый резисторы, конденсатор, пороговое устройство, биполярный транзистор, шину питания, общую шину и выходную шину. Первый вывод первого резистора соединен с шиной питания, второй вывод соединен через конденсатор с общей шиной. Эмиттер биполярного транзистора соединен с шиной питания и через второй резистор - с его базой и выходом порогового устройства, первый вход которого подключен к точке соединения первого резистора и конденсатора, второй вход соединен через третий резистор с общей шиной и через четвертый резистор с коллектором биполярного транзистора и выходной шиной. Пороговое устройство содержит два резистора и полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, затвор которого соединен через первый резистор с истоком полевого транзистора и с первым входом порогового устройства и через второй резистор - с вторым входом порогового устройства, а сток соединен с выходом порогового устройства.

Недостатками данного устройства для формирования установочного импульса являются неспособность формировать установочный импульс при подаче на шину питания плавнонарастающего напряжения с длительностью фронта нарастания, много большей постоянной времени цепи, состоящей из первого резистора и конденсатора, и неспособность формировать установочный импульс на срезе напряжения на шине питания.

Известно устройство для формирования установочного импульса (см. книгу Е.А.Зельдин. Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь, 1991, с.56, рис.3.25), содержащее шину питания, общую и выходную шины, триггер Шмитта, первый, второй, третий резисторы и конденсатор, причем шина питания через последовательно соединенные первый и второй резисторы подключена к первому входу триггера Шмитта, второй вход которого соединен с шиной питания, а выход триггера Шмитта соединен с выходной шиной. Первые выводы третьего резистора и конденсатора объединены и подключены к точке соединения первого и второго резисторов, вторые выводы третьего резистора и конденсатора подключены к общей шине.

Недостатками данного устройства для формирования установочного импульса являются неспособность формировать установочный импульс при подаче на шину питания плавнонарастающего напряжения с длительностью фронта нарастания, много большей постоянной времени цепи, состоящей из первого резистора и конденсатора, и неспособность формировать установочный импульс на срезе напряжения на шине питания. Это связано с тем, что при подаче плавнонарастающего напряжения на шину питания напряжение на конденсаторе успевает отслеживать напряжение на шине питания, то есть на обоих входах триггера Шмитта всегда присутствуют сигналы логической "1", а не его выходе всегда удерживается сигнал логического "0". При снятии напряжения питания напряжение на конденсаторе либо превышает, либо также отслеживает напряжение на шине питания, в зависимости от длительности его среза, поэтому на выходе триггера Шмитта тоже всегда удерживается сигнал логического "0".

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является создание устройства для формирования установочного импульса, обладающего способностью формирования установочного импульса гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта нарастания и способностью формирования установочного импульса на срезе напряжения питания.

Технический результат, заключающийся в способности формирования установочного импульса гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта нарастания и способности формирования установочного импульса на срезе напряжения питания, достигается тем, что в устройство для формирования установочного импульса, содержащее шину питания, подключенную через последовательно соединенные первый и второй резисторы к первому входу триггера Шмитта, выход которого соединен с выходной шиной устройства, точка соединения первого и второго резисторов подключена к первому выводу третьего резистора и через конденсатор - к общей шине, введены два n-p-n транзистора, пять резисторов и стабилитрон, анод которого через четвертый резистор соединен с первым выводом пятого резистора и базой первого транзистора, коллектор которого через шестой резистор соединен с шиной питания и катодом стабилитрона, а через седьмой резистор - с первым выводом восьмого резистора и базой второго транзистора, коллектор которого соединен со вторым выводом третьего резистора, а эмиттер - с эмиттером первого транзистора, вторыми выводами пятого и восьмого резисторов и общей шиной, второй вход триггера Шмитта подключен к его первому входу.

Указанная совокупность признаков позволяет формировать установочный импульс гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта нарастания и формировать установочный импульс на срезе напряжения питания за счет управления процессами заряда и разряда времязадающего конденсатора.

На чертеже приведена схема устройства для формирования установочного импульса.

Устройство для формирования установочного импульса содержит шину 1 питания, стабилитрон 2, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7, шестой 8, седьмой 9 и восьмой 10 резисторы, первый 11 и второй 12 n-p-n транзисторы, конденсатор 13, триггер Шмитта 14, выходную 15 и общую 16 шины.

Шина 1 питания подключена к катоду стабилитрона 2, к первому выводу резистора 8 и через последовательно соединенные первый 3 и второй 4 резисторы - к первому входу триггера Шмитта 14, второй вход которого объединен с его первым входом, а выход подключен к выходной шине 15. Анод стабилитрона 2 через резистор 6 подключен к базе транзистора 11, коллектор которого подключен к второму выводу резистора 8 и через резистор 9 - к базе транзистора 12, коллектор которого через резистор 5 подключен к точке соединения первого 3 и второго 4 резисторов и к первому выводу конденсатора 13, второй вывод которого объединен с эмиттерами транзисторов 11, 12 и подключен к общей шине 16. Базы транзисторов 11 и 12 через резисторы 7 и 10, соответственно, подключены к общей шине 16.

Устройство для формирования установочного импульса работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства при подаче на шину питания напряжения с крутым фронтом нарастания, форма которого близка к ступенчатому сигналу. Конденсатор 13 в начальный момент полностью разряжен, питание триггера Шмитта 14 осуществляется от шины питания 1 (не показано). Сразу же после подачи напряжения питания происходит открывание стабилитрона 2, ток которого задается резистором 6, что влечет за собой открывание транзистора 11, потенциал на коллекторе которого оказывается близким к нулю, поэтому транзистор 12 закрыт. Резистор 8 в данном устройстве ограничивает ток коллектора транзистора 11. Порог открывания стабилитрона 2 в данном устройстве выбирается из условия U_откр≈(0.7-0.8)U_пит, где U_пит - напряжение питания на шине питания 1, U_откр - напряжение открывания стабилитрона с учетом падения напряжения на резисторе 6 и эмиттерном переходе транзистора 11, при этом U_откр должно превышать минимально допустимое напряжение питания микросхем, на которые работает устройство для формирования установочного импульса. Указанные соотношения без труда реализуются при использовании КМОП микросхем. Поскольку в начальный момент времени после подачи напряжения питания потенциал на конденсаторе 13 равен нулю, то соответственно на входах триггера Шмитта 14 устанавливается сигнал логического "0", а на его выходе и соответственно на выходной шине 15 формируется установочный импульс в виде сигнала логической "1". Далее происходит процесс заряда конденсатора 13 через резистор 3, и когда потенциал на конденсаторе 13 и соответственно на входах триггера Шмитта 14 достигнет порога его переключения, на его выходе установится сигнал логического "0", тем самым установочный импульс на выходе триггера Шмитта 14 завершится. Далее потенциал на конденсаторе 13 достигнет величины, равной напряжению питания, при этом на выходной шине 15 будет сохраняться сигнал логического "0", и устройство будет сохранять такое состояние до снятия напряжения питания. Длительность установочного импульса в данном случае будет зависеть от времени заряда конденсатора 13 до порога переключения триггера Шмитта 14 и определяться выражением

где τ - постоянная времени цепи, состоящей из резистора 3 и конденсатора 13, U_пор - порог переключения триггера Шмитта 14.

Рассмотрим теперь работу устройства при подаче на шину питания плавнонаростающего напряжения, длительность фронта которого много больше постоянной времени времязадающей цепочки, состоящей из резистора 3 и конденсатора 13, конденсатор 13 в начальный момент полностью разряжен, питание триггера Шмитта 14 осуществляется от шины питания 1 (не показано). После подачи напряжения питания на шину питания 1 до момента открытия стабилитрона 2 транзистор 11 оказывается закрытым. У транзистора 12 появляется базовый ток, который ограничивается резисторами 7 и 9 и приводит к его открыванию при достижении соответствующих потенциалов между базой и эмиттером и между коллектором и эмиттером. После открывания транзистора 12 напряжение на конденсаторе 13 определяется делителем, состоящим из резисторов 3 и 5. Сопротивление резистора 5 в данном устройстве выбирается много меньшим сопротивления резистора 3, для того чтобы при открытом транзисторе 12 обеспечивать низкий потенциал на конденсаторе 13, воспринимающийся триггером Шмитта 14 как сигнал логического "0". Таким образом, до момента открывания стабилитрона 2 на выходе триггера Шмитта и соответственно на выходной шине 15 формируется установочный импульс в виде сигнала логической "1". Далее с возрастанием напряжения на шине питания 1 происходит открывание стабилитрона 2, что влечет за собой открывание транзистора 11, потенциал на коллекторе которого оказывается близким к нулю, поэтому транзистор 12 закрывается, на выходе триггера Шмитта по-прежнему поддерживается сигнал логической "1". После закрытия транзистора 12 начинается процесс заряда конденсатора 13 через резистор 3, и когда потенциал на конденсаторе 13 и соответственно на входах триггера Шмитта 14 достигнет порога его переключения, на его выходе установится сигнал логического "0", тем самым установочный импульс на выходе триггера Шмитта 14 завершится. Далее потенциал на конденсаторе 13 достигнет величины, равной напряжению питания, при этом на выходной шине 15 будет сохраняться сигнал логического "0", и устройство будет сохранять такое состояние до снятия напряжения питания. Длительность установочного импульса в данном случае будет зависеть от длительности фронта нарастания напряжения питания на шине питания 1 и будет составлять значение не менее а его амплитуда будет составлять не менее (0.7-0.8)U_пит, что обеспечивает необходимые условия для приведения в исходное состояние микросхем, на которые работает данное устройство.

Рассмотрим теперь работу устройства при снятии напряжения на шине питания 1. В исходном состоянии на шине питания 1 присутствует напряжение, равное U_пит, стабилитрон 2 и транзистор 11 открыты, транзистор 12 закрыт, конденсатор 13 заряжен до потенциала, равного U_пит, на выходе триггера Шмитта 14 присутствует сигнал логического "0". При снижении напряжения на шине питания 1 ниже порога открывания стабилитрона 2 произойдет его закрытие, что соответственно приведет к закрытию транзистора 11. Это приведет к открыванию транзистора 12 и быстрому разряду конденсатора 13, поскольку его разряд будет осуществляться через резистор 5, сопротивление которого, как отмечалось выше, имеет малое значение. Потенциал на конденсаторе 13 будет определяться делителем, состоящим из резисторов 3 и 5, и, как уже отмечалось выше, будет являться входным сигналом логического "0" для триггера Шмитта 14, поэтому на его выходе сформируется установочный импульс в виде сигнала логической "1". Амплитуда этого сигнала будет отслеживать напряжение питания при дальнейшем его снижении, а длительность будет соответствовать времени спада напряжения на шине питания 1. Резисторы 7 и 10 служат для надежного закрывания соответствующих транзисторов в условиях протекания обратного тока коллектора. Резистор 4 служит для ограничения входного тока триггера Шмитта.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достижения технического результата изготовлен и испытан лабораторный макет устройства для формирования установочного импульса, выполненный по приведенной на чертеже схеме. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого устройства для формирования установочного импульса и подтвердили его практическую ценность.

Устройство для формирования установочного импульса, содержащее шину питания, подключенную через последовательно соединенные первый и второй резисторы к первому входу триггера Шмитта, выход которого соединен с выходной шиной устройства, точка соединения первого и второго резисторов подключена к первому выводу третьего резистора и через конденсатор - к общей шине, отличающееся тем, что введены два n-p-n транзистора, пять резисторов и стабилитрон, анод которого через четвертый резистор соединен с первым выводом пятого резистора и базой первого транзистора, коллектор которого через шестой резистор соединен с шиной питания и катодом стабилитрона, а через седьмой резистор - с первым выводом восьмого резистора и базой второго транзистора, коллектор которого соединен со вторым выводом третьего резистора, а эмиттер - с эмиттером первого транзистора, вторыми выводами пятого и восьмого резисторов и общей шиной, второй вход триггера Шмитта подключен к его первому входу.