Импульсный генератор инфранизкой частоты

 

ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИНФРАНИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий источник питания с симметричными разнополярными уровнями напряжения , собранный на двух стабилитронах и балластном резисторе, времязадающий каскад, собранный на операционном усилителе с дифференциальным входом, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, резистор которой подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и плюсовой шине источника питания, цепь задержки выключения реле, подключенную через диод и разомкнутьй контакт реле к обмотке реле выходного каскада, и цепь,обратной связи из последовательно включенных ограничительного резистора и разомкнутого контакта, реле. которое шунтирует конденсатор времязадающей цепи, отличаю-, щ и и с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты следования импульсов и ускорения формирования фронтов импульсов, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилитель тока на транзисторе, динамический фильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощ-, ности, собранный на транзисторном модуляторе, нагруженном на реле, при этом база транзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилиi теля, коллектор подключен к минусовой шине источника питания, а омиттер подключен последовательно через стабилитрон динамического фильтра нижних частот к двум базам транзисторного модулятора, оба эмиттера которого подключены через Х переменный резистор к плюсовой шине источника питания, а обгций коллектор 00 к вьшоду обмотки реле, второй вы:лэ вод которой подключен к общей шине, о причем обмотка реле загаунтирована СлЭ диодом, а к обеим выводам стабилитрона динамического фильтра нижнихчастот подключены конденсаторы,вторыевы , воды которых подключены к общей шине .

-"- :- - мв м щ пат ц но,,„„ -- иическр% б.блнотен

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU, 793 03 (50 4 Н 03 К 5/13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ.У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2754942/18-21 (22) 18.04. 79 (46) 15 ° 11.85. Бюл. Ф 42 (7 2) В.И. Кабанов, Ш.И. Гагуа ° и Е.С. Семибратова (53) 621.373.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 534868, кл. Н 03. К 17/28, 1977.

Патент Великобритании Р 1514253, НЗТ, 1978. (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИНФРАНИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий источник питания с симметричными разнополярными уровнями напряжения, собранный на двух стабилитронах и балластном резисторе, времязадающий каскад, собранный на операционном усилителе с дифференциальным входом, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, резистор которой подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и плюсовой шине источника питания, цепь задержки выключения реле, подключенную через диод и разомкнутый контакт реле к обмотке реле выходного каскада, и цепь обратной связи из последовательно включенных ограничительного резистора и разомкнутого контакта, реле, которое шунтирует конденсатор времязадающей цепи, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты следоваФ ния импульсов и ускорения формирования фронтов импульсов, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилитель тока на транзисторе, динамический фильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощ-. ности, собранный на транзисторном модуляторе, нагруженном на реле, при этом база транзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к мину- . совой шине источника питания, а змиттер подключен последовательно через стабилитрон динамического фильтра нижних частот к двум базам транзисторного модулятора, оба змиттера которого подключены через переменный резистор к плюсовой шине источника питания, а общий коллектор к выводу обмотки реле, второй вывод которой подключен к общей шине, причем обмотка реле зашунтирована диодом, а к обеим выводам стабилитрона динамическогофильтра нижнихчастот подключены конденсаторы, вторыевыводы которыхподключены к общей шине .

793303

Изобретение относится к импульсной технике инфраниэкого диапазона и может быть применено для генерирования последовательности импульсов стабильной частоты следования 5 их в инфраниэком диапазоне в установках различного назначения и, в частности, предназначено для использования в системах автоматичес-. кого управления переключением регенеративных теплообменников в качестве базового блока, формирующего командные сигналы для цикличного переключения регенераторов.

Известны генераторы импульсов, формирующие сигналы для цикличного управления объектами, используемые в различных системах автоматическо го управления, содержащие транзисторные входные и выходные каскады, а 2О также операционные усилители, времязадающие цепи и электромагнитные реле.

Такое устройство содержит интегратор на операционном усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор времяэадающей цепи, выход которого подключен к двум ключам, собранным на операционньг. усилителях по схеме компа- 30 раторов напряжений (токов), а выходы последних через элемент "И" подключены к базе биполярного транзис- . тора выходного каскада, причем в цепь коллектора транзистора включена З обмотка электромагнитного реле, а в цепь эмиттера его включен стабилитрон. К недостаткам этого устройства нужно отнести сложность и громоздкость схемы порогового каскада, 40 включающего два компаратора на операционных усилителях, а также невысокую стабильность отработки периода следования выходных .импульсов в инфранизком диапазоне частот, так как нет специального фильтра для подавления низкочастотного шумового фона с выхода интегратора, при этом конденсатор, включенный в цепь выхода элемента "И" и к базе у транзистора выходного каскада ухудшает процессы переключения последнего, т.е. затягивает их, делает более инерционными.

Наиболее близким по техничес- у кой сущности к изобретению является импульсный генератор широкого диапазона, который содержит времязадающий каскад на полевом транзисторе, в цепи затвора которого включена зремязадающая цепь, при этом реэистивную часть этой цепи заменяет переход эмиттер-коллектор биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой и управляемого со стороны эмиттера источником напряжения, состоящим из операционного усилителя, регуляторами напряжения и тока во входной цепи его и нагруженным на транзистор, в то же время к резистору нагрузки полевого транзистора времязадающего каскада подключена сложная система порогового каскада, состоящая из цепи двух инверторов р подключенных к триггеру и далее через инвертор и элемент ИЛИ к базе биполярного транзистора выходного каскада с резистора эмиттерной нагрузки которого сжимается выходной сигнал, при этом инверсный выход триггера подключен через элемент ИЛИ к затвору полевого транзистора времязадающего каскада че- i рез транзисторную и диодную цепь, образуя обратную связь для подачи внешнего сигнала стартовых импульсов. Устройство рассчитано на работу в диапазоне от 5 МГц до 0,5 Гц, т.е. имеет верхний предел формирования периода следования импульсов равного 2 с. К недостаткам этого устройства следует отнести невысокую стабильность частоты следования импульсов в инфранизкой области, т.е. при формировании периода следования импульсов в пределах от 5001000 с, так как времязадающий каскад на полевом транзисторе работает в режиме релаксатора в ограниченной области выходных напряжений и, следовательно, при больших величинах отрабатываемого периода следования импульсов эти ограничения снимаются и возникает неопределенность момента переключения в силу экспоненциального закона изменения выходного напряжения релаксатора.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты следования,импульсов.

Цель достигается тем, что в импульсный генератор инфранизкой частоты, содержащий источник питания с симметричными разнополярными уровнями напряжения, собранный на двух стабилитронах и балластном резисторе, времязадающий каскад, собранный на операционном усилителе с дифференциальным входом, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, резистор. которой подключен к йнвертирующему входу операционного усилителя и плюсовой шине источника питания, цепь задержки выключения реле, подключенную через диод и разомкнутый контакт реле к обмотке реле выходного каскада, и цепь обратной связи иэ последовательно включенных ограничительного резистора и разомкнутого контакта, реле, которое шунтирует конденсатор времязадающей цепи, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилитель тока на транзисторе, динамический фильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощности, собранный на транзисторном модуляторе, нагруженном на реле, при этом база транзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к минусовой шине источника питания, а эмиттер подключен последовательно через стабилитрон дина-. мического фильтра нижних частот к двум базам транзисторного модулятора, оба эмиттера которого подключены через переменный резистор к плюсовой шине источника питания, а общий коллектор к выводу обмотки реле, второй вывод которой подключен к общей шине, причем обмотка реле зашунтирована диодом, а к обеим выводам стабилитрона динамического фильтра нижних частот подключены конденсаторы, вторые выводы которых подключены к общей шине.

45 щий контакт 23 реле 19 образует последовательную цепь с ограничительным резистором 24, которая .

793303 4 ный к источнику питания, т.е. кплюсовой шине 2 и к минусовой шине

3, образованному последовательной цепью стабилитронов 4 и 5 и балластным резистором 6, который подключен к общей шине 7, три этом неинвертирующий вход 8 операционного усилителя 1 подключен между стабилитронами 4 и 5, т.е. к точке искусствен-

f0 ного нуля симметричного источника питания, а инвертирующий вход 9 операционного усилителя 1 подключен к резистору 10 и конденсатору 11 времязадающей цепи, причем второй

15 вывод резистора 10 подключен к плюсовой шине 2, а вторая обкладка конденсатора 11 подключена к выходу

12 операционного усилителя 1. Конденсатор 13, выполняющий функции коррекции сигнала, является составной частью операционного усилителя 1. К выходу 12 операционного. усилителя 1 подключена через ограничительный резистор 14 база

25 биополярного транзистора 15, коллек- тор которого подключен к минусовой шине 3, а эмиттер последовательно через стабилитрон 16 к двум базам транзисторного модулятора 17, gp оба эмиттера которого подключены через переменный резистор 18 к полюсавой шине 2, а общий коллектор — к обмотке реле 19, второй вывод которой подключен к общей шине

7, при этом к общим выводам стаби литрона 16 подключены еще два конденсатора 20 и 21, вторые обкладки которых подключены к общей шине

7, а обмотка реле 19 зашунтирована диодом 22 в обратно смещенном направлении относительно полярности общего источника питания. Замыкаю50

На фиг.1 представлена принципиальная схема импульсного генератора инфраниэкой частоты. На фиг. 2а и 2б — осциллограммы, поясняющие принцип действия его, и уровни напряжения (Ь вЂ” уровень искусственного нуля, 0 — напряжение срабатывания порогового каскада, En — - напряжение общего источника питания.

Импульсный генератор инфранизкой частоты (см.фиг.1) содержит операционный усилитель 1, подключенподключена параллельно конденсатору

11, а второй замыкающий контакт 25 реле 19 подключен к обмотке реле 19 и к диоду 26, который в свою очередь подключен к средней точке последовательной RC-цепи, второй вывод резистора 27 которой подключен к плюсовой шине питания 2, а вторая обкладка конденсатора 28 .— к общей шине 7, при этом переключающий контакт 29 (или группа контактов) реле 19 имеет выходные цепи для подключения к объектам управ793303 ления, работающих от дискретных сигналов, а выход 12 операционного усилителя 1 имеет выходную цепь

30 для подключения дополнительных нагрузок (в том числе и идентичных описанной), работающих от аналогового сигнала.

Работает устройство следующим образом.

При подключении источника питания на шинах 2 и 3 устанавливается симметричное разнополярное стабилизированное напряжение относительно неинвертирующего входа 9 операционного усилителя 1 и служитдля питания последнего, при этом, поскольку конденсатор 11 включен в цепь .обратной связи операционного усилителя 1, то операционный усили. тель работает в режиме интегратора и в момент подачи напряжения питания на выходе 12 интегратора начинает формироваться линейно изменяющееся напряжение, т.е. интеграл от скачкообразного изменения напряжения формируемого стабилитроном 4 и подаваемое на инвертирующий вход 8 операционного усилителя 1 через резистор 10, при этом крутизна изменения уровня выходного напряжения во времени определяется, постоянной времени времяэадающей цепи, состоящей из резистора 10 и конденсатора 1 1. Выходное напряжение с интегратора подается на пороговый каскад, при этом изменение уровня напряжения на выходе 12 приводит к увеличению тока, протекающего по резистору 14 и в базе транзистора 15. Последний работает в линейном режиме и постепенно отпирается, при этом сопротивление перехода эмиттер-коллектор его уменьшается и падение напряжения на нем тоже падает. Это приводится к тому, что уровень напряжения на эмиттере транзистора 15 линейно возрастает относительно шины 2 и сравнивается с пороговым напряжением выходного каскада, которое складывается иэ суммы падений напряжений на резисторе 18, переходе с эмиттер-база модулятора 17 и на обратносмещенном стабилитроне 16, и в момент достижения падения напряжения на етабилитроне 16 величи- не напряжения пробоя, последний

3S

55 пропускает ток, что приводит к отпиранию параллельно включенных модуляторов 17 и, следовательно, к резкому возрастанию тока в общей коллекторной цепи их в обмотке реле 19. Последнее срабатывает, и на этом заканчивается процесс формирования периода следования импульсов, при этом замыкающий контакт 23 реле 19 замыкает цепь резистора 24 и этим самым шунтирует конденсатор 11, который разряжается, что приводит к резкому возврату уровня выходного напряжения интегратора до уровня искусственного нуля, т.е. уровня напряжения между стабилитронами 4 и 5, при этом резко падает величина тока в цепи базы транзистора 15, что приводит к увеличению сопротивления перехода эмиттер-коллектор последнего и к уменьшению уровня напряжения на эмиттере его относительно шины 2, величина которого делается меньше величины порогового напряжения выходного каскада. Стабилитрон 16 и модулятор 17 оказываются запертыми и тока не пропускают, поэтому реле

19 выключается, при этом замыкающий контакт 23 его размыкает цепь, шунтирующую конденсатор 11, и процесс зарядки последнего и формирования линейно изменяющего напряжения на выходе 12 интегратора вновь повторяется и на выходе генератора формируются импульсы с инфраниэкой частотой следования, при этом выходной сигнал в дискретной форме снимается с обмотки реле 19 нли используется контактная группа 29 его. Резистор 24 введен для повышения надежности работы генератора путем ограничения тока через контакты 23 и, следовательно, не допускает их обгорание, а условия разряда конденсатора 11 улучшаются за счет увеличения времени разряда, создаваемое искусственной задержкой отключения реле 19 его замыкающий контакт 25 подключает через диод 26 обкладку конденсатора 28 к обмотке реле 19, что и обеспечивает задержку выключения последнего, при этом диод 22, шунтирующий обмотку реле 19, гасит паразитивный выброс напряжения на ней, возникаю-, щий вследстви реэкого спада тока

7933 в момент отключения реле в его об.— мотке, причем энергия, накопленная в индуктивности обмотки, рассеивается на прямосмешенном, относительно полярности паразитного выброса, диоде 22; Время задержки выключения реле 19, зачисящее от постоянной времени цепи, состоящей из резистора 27 и конденсатора 28, определяет и длительность формируемого 10 импульса.

Эффект существенного повьппения стабильности частоты следования импульсов в инфранизком диапазоне достигнут эа счет предложенной схе- 15 мотехники подключения элементов в выходном пороговом каскаде импульсного генератора инфраниэкой частоты и в особенности за счет включения обратносмещенного стабилитрона 16 между эмиттером транзистора 15 и базами транзисторного модулятора 17 и подключения двух конденсаторов к обоим выводам стабилитрона 16 и к общей шине питания, при этом одно- 25 временно достигнуто оптимальное согласование работы всех элементов и образования фильтра низких частот, образованного конденсаторами 20 и

21, а также динамическим сопротив- зО лением стабилитрона 16, который в зависимости от режима меняет свою постоянную времени, так как величина динамического сопротивления стабилитрона 16 меняется на несколь2

03 8 ко порядков в зависимости от того пробит он или заперт. Так, например, в режиме формирования периода следования импульсов стабилитрон 16 в пороговом каскаде импульсного генератора заперт и тока не пропускает, при этом его внутрен.нее сопротивление очень велико и обычно превышает величину 1 мгОм, а в режиме переключения, когда стабнлитрон 16 открыт, его сопротивление. составляет единицы Ом,отсюда и изменения соответствующей постоян-. ной времени на 4-5 порядков, что обеспечивает эффективное подавление низкочастотного шумового фона в режиме формирования периода следования.

Дополнительные преимущества предложенного устройства по отношению к прототипу выражаются в сокращении количества используемых элементов в схеме на 50Х и в обеспечении возможности регулирования периода следования импульсов более простыми и надежными средствами, а именно переменным резистором 18 в цепи эмиттеров транзисторного модулятора 17, входящего в состав выходного порогового каскада, а:не во времязадающую цепь интегратора как в прототипе, что также повышает стабильность частоты следования импульсов в предложенном устройстве.

Заказ. 7026/3

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4 !5

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

Составитель Л. Колосков

Редактор О. Юркова Техред З.Палий Корректор Т. Колб