Аналоговое времязадающее устройство

 

ОП ИСАКИИ

Н306РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик щ836789 (61) Дополнительное к авт. свид.-ву— (22)Заявлейо 14.06.79 (21) 2779888/18-21 с присоединением заявки М— (23) Прнорнтет— (5l }M. Кл.

Н 03 К 5/13

Н 03 К 17/28

1еаудеретееиеыб кемитет

СССР ав делам каебретеиие н еткрмтий (53) УДК 621.374...5(088.8) Опубликовано 07. 06. 81 Бюллетень М 21

Дата опубликования описания 09.06. 81 (72) Авторы . изобретения

В. И. Кабанов и Е. С. Семибр (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ВРЕИЯЗАДА!ОЩЕЕ . УСТРОЙСТВО

Предлагаемое аналоговое времязадающее устройство относится к импульсной технике инфраниэкого диапазона и можеъ быть применено для формирования выдержки времени в установках различ-. ного назначения и, в частности, предназначено для использования в системах .автоматического управления пере" ключением регенеративных теплообменников.

Известны аналоговые времяэадающие устройства, содержащие RC-цепи, операционные усилители, полевые и биполярные транзисторы, а также электромагнитные реле, используемые в различных

15 системах автоматического управления

Я.

Известные устройства имеют недос- таточный, диапазон регулирования выдержек времени.

Известно устройство, которое содержит времязадающий каскад на полевом транзисторе, к затвору которого подключена RC-цепь, à его канал включен в одно плечо резистивного моста, к диагонали которого подключены через резисторы входы операционного дифференциального усилителя, а выход последнего подключен через стабилитрон к базе биполярного транзистора, нагруженного на обмотку электромагнитного реле (2) .

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон отрабатываемых устройством регулируемых временных интервалов.

Цель изобретения — расширение диапазона отрабатываемых временных интервалов и регулирование их в широких пределах.

Для достижения указанной цели в аналоговом времязадающем устройстве., содержащем интегратор на операционном усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор времязадающей RC-цепи, пороговый каскад, включающий биполярный транзистор, база которого подключена через

3 83678 резистор к выходу операционного усилителя, а эмиттер через стабилитрон— к базам транзисторного модулятора, нагруженного на электромагнитное реле, и источник постоянного тока с сим5 метричными стабилизированными раэнополярными напряжениями, во времязадающую RC-цепь интегратора введены два каскодно включенных полевых транзистора, причем затвор первого полевого транзистора подключен к конденсатору времязадающей цепи и к инвертирующему входу операционного усилителя, а затвор второго полевого транзистора подключен к источнику управляющего регулируемого напряжения, при этом исток первого и сток второго транзисторов соединены вместе, исток второго транзистора через резистор подключен к плюсовой шине источника питания, а сток первого транзисторак неинвертирующему входу операционного усилителя и к выводу между двумя стабилитронами источника постоянного тока с симметричными стабилизированными разнополярными напряжениями.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема аналогового времязадающего устройства;.на фиг. 2 — экспериментально полученные зависимости отрабатываемого интервала времени в функции управляющего регулируемого напряжения.

Аналоговое времязадающее устройство содержит интегратор, собранный на операционном усилителе 1, подключенный к плюсовой 2 и минусовой 3 шинам источника постоянного тока, имеющего симметричные разнополярные стабилизированные напряжения, форми- 4,1 руемые последовательной цепью из стабилитронов 4 и 5, а также балластного резистора 6, подключенного к общей шине 7 источника постоянного тока с напряжением +Еп, причем конденсатор

8 времязадающей RC-цепи подключен в цепи обратной связи операционного уси лителя 1, т.е. между его выходом 9 и инвертирующим входом 10, а резистивная цепь времязадающей RC-цепи состоит из каскодно включенных двух полевых транзисторов 11 и 12, у которых сток первого и исток второго соединены вместе, исток транзистора 11 через ограничительный резистор 13. подключен к плюсовой шине 2, а сток транзистора 12 — к общему выводу между стабилитронами 4 и 5 (вывод искусственного нулевого уровня) и к неин9 4 вертирующему входу 14 операционного усилителя 1, при этом .затвор (входная цепь) транзистора 12 подключен к инвертирующему входу 10 операционного усилителя 1, а затвор (входная цепь) транзистора Il подключен через переключатель 15 к источнику управляющему регулируемого напряжения или к среднему выводу переменного. резистора 16, который совместно с резистором 17 образуют делитель напряжения, подключенный к шинам 2 и 3. Конденсатор 18 выполняет функции коррекции сигнала и является составной частью операцион». ного усилителя (1) .

Аналоговое времязадающее устройство содержит также выходной пороговый каскад, база биполярного транзистора

19 которого подключена через резистор

20 к выходу 9 интегратора, коллектор подключен к минусовой шине 3, а эмиттер через стабилитрон 21 — к двум базам транзисторного модуля 22, оба эмиттера которого через переменный резистор 23 подключены к плюсовой шине 2, а общий коллектор его подключен к обмот-. ке электромагнитного реле 24,второй вы,вод которой подключен к общей шине 7.Обмотка реле 24 зашунтирована диодом 25 в обратно-смещенном направлении относительно полярности источника питания. Реле 24 имеет контактные группы 26, выводы 27 от которых подключаются к объектам управления, Для управления работой аналоговым времязадающим устройством имеется двухполюсный тумблер 28, средние выводы которого подключены соответственно к плюсовой шине 2 и к выходу

9 интегратора, при этом вывод одной переключающей группы контактов подключен к источнику постоянного"тока с напряжением +Е, а противоположный вывод второй переключающей группы контактов подключен к среднему выводу последовательной цепи из ограничительного резистора 29 и кнопки 30 ручного управления, вторые выводы которых шунтируют конденсатор 8 времязадающей RC-цепи. Полевые транзисторы ll и 12 изготовлены на одной подложке по единой технологии и размещены в одном корпусе. Биполярные. транзисторы модулятора 22 также размещены в одном корпусе.

Аналоговое времязадающее устрой-. ство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на устройство, т.е..при включении тумб-, 5 83678 лера 28 в положение, при котором источник постоянного. тока с напряжением +F. подключен к шине 2, устройство готово к работе и практически в этот момент начинает формироваться отрабатываемый интервал времени, поскольку переключение тумблера 28 привело к отключению резистора

29 от конденсатора 8, шунтировавшего его и снимавшего остаточные напря- 10 жения, поэтому на выходе 9 операционного усилителя l,формируется линейно изменяющийся уровень выходного напряжения, крутизна изменения которого пропорциональна величине постоянной времени времязадающей КС-.цепи интегратора, состоящий из конденсатора 8 и входного сопротивления затвористок полевого транзистора 12. Вы ходное напряжение интегратора, нарас- щ тающее относительно шины 2, сравнивается с пороговым напряжением выходного каскада и как только последнее окажется меньше первого, стабилитрон 21 пробивается, ток в базах 25 транзисторного модулятора 22 резко возрастает, и реле 24 срабатывает.

На этом процесс формирования отраба тываемого интервала времени заканчивается. - 30

При необходимости повторной отра ботки интервала времени на кимают кнопку 30, при этом конденсатор 8 шунтируется резистором 29 и. разряжается, что приводит к возврату уровня выход- З5 ного напряжения на выходе 9 интегратора до уровня, искусственного нуля, равного уровню напряжения между стабилитронами 4 и 5, а также к тому, что транзистор 19, стабилитрон 21 и 40 модулятор 22 запираются, и реле 24 выключается.

Ф

После отжатия кнопки 30 резистивный шунт с конденсатора 8 снимается, 4>

|и процесс формирования следукяцего ,интервала времени повторяется аналогично описанному. Регулирование отрабатываемых интервалов времени Т производится sa счет изменения управляющего напряжения Ц >> подаваемого от внешнего источника через переключатель 15 на затвор полевого транзистора 11 или со среднего вывода переменного резистора 16, с которого так-. 5 же снимается регулируемое напряжение, при этом изменение величины 6 равляющего напряжения U приводит к изменению постоянной времени вре9 6 мязадающей КС-цепи, причем емкость конденсатора 8 — величина постоянная и ь меняется за счет изменения величины R что и приводит к изменению величины отрабатываемого интервала времени Т.

Эффект расширения диапазона, т.е. существенного увеличения отрабатываемых регулируемых интервалов времени

Т, достигнут в предлагаемом устройстве за счет нетрадиционного включения полевых транзисторов 11 и 12.на входе IO операционного усилителя l.

Обычно для регулирования постоянной времени с помощью управляемого напряжением сопротивления применяют полевой транзистор, на затвор которого подают регулируемое напряжение, а его канал используют в качестве изменяющегося сопротивления. Поскольку сопротивление канала полевого транзистора очень мало (0,5-5 кОм), то получить большие интервалы времени Т практически невозможно, В предлагаемом устройстве,к инвертирующему входу 10 операционного усилителя 1 подключен не канал, т.е. не исток или сток, а затвор полевого транзистора 12, имеющего высокое входное сопротивление, которое по отношению к входу операционного усилителя является выходным сопротивлением, при этом дополнительное увеличение последнего осуществляется тем, что транзистор 12 включен по схеме истокового повторителя,.нагрузкой которого является канал второго полевого транзистора 11, а нагрузкой последнего — его ограничительный резистор

13 ° Оба полевых транзистора 11 и 12 включены каскадно, поэтому у них один и тот же ток каналов, причем, изменяя. величину управляющего напряжения Ц 11р изменяется величина тока канала транзистора 11, и, как следствие этого, изменяется величина тока канала транзистора 12, а это изменяет режим постоянного тока последнего и приводит к изменению его сопротивления затвор — исток, которое является входным сопротивлением по отношению к инвертирующему входу 1.0 операционного усилителя 1 и в совокупности с емкостью конденсатора 8 определяет величину постоянной времени 0 интегратора — как времязадающего каскада.

Возможности регулирования периода

Т в предлагаемом устройстве показаны

Формула изобретения

83678 на фиг. 2, на которой представлены экспериментально полученные регулировочные характеристики, отражающие функцию преобразования T= f (V>zp ) .

График 1 на фиг. 2 показывает, как изменяется эквивалентное сопротивление каскада на двух полевых транзисторах 11 и 12 в зависимости от величины Ч 11р, т.е. зависимость R=f (Ч пр ).

/Ъ

График 2 показывает зависимость =.

=f(a). График 3 показывает зависимость T=f (a ), а график 4 показывает результирующую зависимость Т=

=Г(Юупр ) для предлагаемого аналого; вого времязадающего устройства. 15

Результаты эксперимента (фиг. 2) показывают, что эквивалентное сопротивление и времязадающей RC-цепи изменяется в широком диапазоне, т.е.

От ДО 30 ГОм чтО.И привОдит к су 2О щественному возрастанию величины Ф и T. Поскольку при традиционном включении полевых транзисторов сопротивление каналов их составляет единицы . килоом,. а входное сопротивление зат- 25 вор-исток порядка 10-15 мОм, то эффект возрастания постоянной времени периода Т в предлагаемом устройстве можно оценить по крайней мере как в 1000 раз ° 30

Аналоговое Времязадающее устройст- 35 во, содержащее интегратор на операционном усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор времязадающей ВС-цепи, пороговый кас9 8 кад, включающий биполярный транзистор база которого подключена через резистор к выходу операционного усилителя, а эмиттер через стабилитрон — к базам транзисторного модулятора, нагруженного на электромагнитное реле, и источник постоянного тока с симметричными стабилизированными разнополярными напряжениями, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения диапазона отрабатываемых временных интервалов и регулирования их в широких пределах, во времязадающую цепь интегратора введены два каскодно включенных полевых транзистора, причем затвор первого полевого транзистора подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и к конденсатору времязадающей цепи, а затвор второго полевого транзистора подключен к источнику управляющего регулируемого напряжения, при этом исток первого и сток второго транзисторов соединены вместе, исток второго транзистора через резистор подключен к плюсовой шине источника питания, а сток первого транзистора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и к выводу между двумя стабилитронами источника постоянного тока с симметричными стабилизированными разнополярными напряжениями, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1! - 534868, кл. Н 03 К 17/28) 1976.

2. Патент США У 3906248, кл. 307-293, опублик; 1966, (прототип) .

836789

Составитель А. Тимофеев

Редактор Л.ушакова ТехредМ, Голинка Корректор Г. Решетник

Заказ 3206/45 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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