Генератор линейно-изменяющегося напряжения

 

(72) Авторы изобретения

В.И. Кабанов и Е.С, Семибратова (-" . ( (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ЛИНЕДНО ИЗМЕНЯЮЦЕГОСЯ

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике аналогового преобразования электрических сигналов и, в частности, предназначено для использования в формирователях длительных интервалов времени.

Известен генератор линейно изменяющихся напряжений, содержащйй дифференциальный операционный усилитель и времязадающую RC-цепь, причем об1О щий вывод резистора и конденсатора времязадающей RC-цейи подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод конденсатора подключен к выходу операционного

15 усилителя, при этом в режиме генерирова ни я линейно и э мер яюще го ся напряжения на второй вывод резистора времязадающей RC-цепи подается входной сигнал в виде скачка уровня постоянного напряжения, который интегрируется, а с выхода операционного . усилителя снимается линейно изменяющееся напряжение Tl) . l

Недостатком гератора является невозможность использования врем 134 дающей RC-цепи с высоким значением постоянной времени Г = RC так как входное сопротивление Rgq операционного усили гели шунтирует сопротивление времязадающего резистора R и этим самым ограничивает его "сверху", т.е. ограничивает рост величины постоянной времени i до величины «p =

ЬХ которая при R» Вв„не

RBX зависит практически от величины R, а будет определяться величиной Вв„, т.е. о - Ввх ° С, что и не позволяет испольэовать описанную схему генератора в устройствах формирования медленно линейно изменяющихся напряжений и устройствах формирования длительных интервалов времени, работающих по принципу формирования линейно изменяющихся напряжений., Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ге953707 зо нератор линейно изменяющегося напря= жения, содержащий дифференциальный операционный усилитель, времязадающую RC-цепь и два резистивных делителя, причем общий вывод двух резисторов первого делителя подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а вторые выводы этих ре зисторов подключены соответственно к общей шине и к выходу операционного 1о усилителя; общий вывод резистора и конденсатора времязадающей RC-цепи подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, второй вывод конденсатора подключен к общей шине, а второй вывод резистора - к общему выводу второго резистивного делителя, при этом вторые выводы резисторов последнего подключены соответственно к источнику входного напряжения и к выходу операционного усилителя. 8 режиме генерирования линейно изменяющегося напряжения на второй вывод резистора резистивного делителя подается входной сигнал в виде скачка уровня постоянного напряжения, который интегрируется, а с выхода операционного усилителя снимается линейно изменяющееся напряжение (23.

При определенном соотношении величин сопротивлений резисторов, применяемых в известной схеме, теоретически можно получить небольшое увеличение постоянной времени интегриро35 вания входного сигнала, однако на практике это не реализуется, так как рези сторы с большими номиналами сопротивления имеют высокий процент разброса их величин, и условие повышения постоянной времени интегрирования выполнить невозможно, при этом наличие в схеме генератора двух резистивных делителей, выполняющих функции масштабирования в цепях от45 рицательной и положительной обратных связей операционного усилителя, приводят к резкому снижению реальной величины коэффициента усиления операционного усилителя и, как следствие, 50 к понижению входного сопротивления его и к уменьшению постоянной времени интегрирования, а подключение пяти резисторов к входам операционного усилителя приводит к тому же к высокому уровню напряжения шума на вы55 ходе последнего, что снижает точность генерирования линейно изменяющегося напряжения .

Цель изобретения " увеличение постоянной времени интегрирования и повышение точности генерирования линейно изменяющегося напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе, содержащем дифференциальный операционный усилитель, времязадающую RC-цепь и стабилизированный источник двухполярного напряжения, времязадающая RC-цепь подключена к шинам стабилизированного источника.двухполярного напряжения, общий вывод конденсатора и резистора, времязадающей RC-цепи подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с его выходом, при этом средний вывод стабилизированного источника двухполярного напряжения соединен с общей шиной дифференциального операционного усилителя.

На фиг. 1 представлена схема генератора линейно изменяющегося напряжения; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы; на фиг. 3 — сравнительная характеристика, показывающая эффект повышения посгоянной времени в предлагаемом устройстве по отношению к традиционному выполнению его; на фиг. 4 и фиг. 5 - варианты выполнения генератора линейно изменяющегося напряжения; на фиг. 6 и фиг. 7 — диаграммы их работы соответственно.

Генератор линейно изменяющегося напряжения (фиг. 1) содержит дифференциальный операционный усилитель

1, времязадающую RC-цепь 2 и стабилизированный источник двухполярного напряжения 3, состоящий из последовательно соединенных двух стабилитронов 4 и 5 и баластного резистора 6, при этом общий вывод конденсатора 7 и резистора 8 времязадающей цепи 2 подключен к неинвертирующему входу 9 дифференциального операционного усилителя 1, выход 10 которого соединен с его же инвертирующим входом 1l а вторые выводы конденсатора 7 и резистора 8 подключены соответственно к плюсовой шине 12 минусовой шине 13 стабилизированного двухполярного источника напряжения

3, к которым подключены выводы питания дифференциального операционного усилителя 1, причем общая шина последнего.соединена со средним выводом 14 источника питания 3.

953707

При подключении к устройству. (фиг. 1) источника питания постоянного тока с напряжением +Еп на шинах

12 и 13 устанавливаются относительно точки "искусственного нуля" 14 с условным нулевым уровнем напряжения

Uo (фиг. 2) соответственно уровни стабилизированного напряжения +E .

1от и -Е), которые подаются как на вводы питания микросхемы операционного ° tO усилителя 1, так и на вторые выводы времязадающих конденсаторов 7 и резистора 8 времязадающей RC-цепи 2.

В начальный момент времени после включения питания при t = 0 падение напряжения на конденсаторе 7 равно нулю, т.е. Uo = О, поэтому инвертирующий вход 9 операционного усилителя 1 оказывается под потенциалом плюсовой шины 12 со стабилизированным уров-ро нем напряжения +Е1, а на выходе 10 операционного усилителя 1 относительно нулевого уровня напряжения Оо, установившегося в точке 14 между стабилитронами 4 и 5, которые формируют у5 разнополярные уровни напряжения +Е1с и -Е устанавливается уровень выходного напряжения, соответствующий напряжению насыщения конкретного типа микросхемы операционного усилителя 1, 3Q т.е. UBbw= +Овых1нас.

Далее при t ) 0 начинается процесс заряда конденсатора 7 через резистор 8 и через входное сопротивление

RB„ операционного усилителя 1, т.е. начинается процесс интегрирования скачка уровня постоянного напряжения

+Е, в результате чего на выходе

10 операционного усилителя 1 формируется сигнал Ugg,y(t) с линейно изменяющимся во времени напряжением, уровень которого спадает от величины Овых = +Овьв- нас до величины

0 ЬыХ- UBbгх 2 нас. оосае чего пРоЦесс формирования линейно изменяющегося напряжения заканчивается.

Для повторения следующих циклов работы генератора электрический режим его возвращают в исходное состояние путем отключения источника пита50 ния с напряжением +E< или путем замыкания обкладок конденсатора 7 с последующим подключением источника питания или размыканием цепи, шунтирующей конденсатор 7.

Предлагаемый генератор линейно изменяющегося напряжения может быть также использован в качестве формирователя длительных интервалов времени, при этом используется линейно спадающий участок выходной характеристики (фиг. 2) от уровня +Овых1нас до уровня опорного напряжения, при котором срабатывает выходной каскад (не показан), т.е. до уровня U Bb,„=

= U <, причем используется калиброванная величина изменения выходного напряжения д0 = + Овых1нас (Ucp)

0Bbix1 ac Ucp сопз ° кодор и определяет величину формируемого интервала времени д Т.

На фиг. 3 представлены экспериментально полученные зависимости

6Т = f (Р) -npe С = const и 40 = const.

Зависимость 15 для традиционной схемы 513, а зависимость 16 - для предлагаемой схемы генератора. Наклонные участки кривых 15 и 16 отражают рабочий диапазон и споль зова ния постоя нной времени времязадающей RC-цепи, а нелинейные и горизонтальные участки этих кривых определяют порог, ограничивающих возможностей повышения величины Г до ого. !

Эффекти вность работы предла гаемого генератора выражается возможностью резкого увеличения постоянной времени интегрирования, определяемой величиной коэффициента усиления К операционного усилителя 1, так как вход ное сопротивление Rg<1 последнего для схемы повторителя напряжения, используемой в предлагаемом генераторе, во растает в К + 1 раз, т.е. Кв — бх2

Квх.т (К + 1), где коэффициент усиления К для современных операционных усилителей имеет величины К = 2000.0125000, а в эксперименте кратность повышения постоянной времени равна более чем четырем порядкам (фиг. 3).

Эффект повышения точности формирования линейно изменяющегося напряжения выражается возможностью интерпо-, ляции линейного наклонного участка характеристики в область высоких зна" чений постоянной времени Г и возрастания предельной величины сопротивления Rqp времязадающей RC-цепи от

R пр =- 10 Ом до Rnp> = 10 Ом, а такЬ а же снижением величины напряжения шума на выходе генератора из-за сокращения количества резисторов, подключенных к входам операционного усилителя, с и обеспечения потенциальной возможности уменьшения номинальной величины сопротивления резистора R времязадающей RC-цепи.

9537

Второй вариант схемы генератора линейно изменяющегося напряжения (фиг. 4, диаграмма работы на фиг. 6) позволяет дополнительно повысить постоянную времени интегрирования в 89 раз, а третий вариант схемы генератора линейно изменяющегося напряжения (фиг. 5, диаграмма работы на фиг. 7) позволяет дополнительно повысить постоянную времени интегрирова- 1о сия в 60 раз. Повторные циклы работы для обоих вариантов осуществляются путем отключения источников питания и закорачиванием времязадающего конденсатора с последующим подключением 1З источников питания и размыкания цепей, шунтирующих времязадающие конденсаторы.

07 8 пряжения, о тли чающий ся тем, что, с целью увеличения постоянной времени и повышения точности, времязадающая RC-цепь подключена к шинам стабилизированного источника двухполярного напряжения, общий вывод конденсатора и резистора времязадающей RC-цепи кодключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с его выходом.

2. Генератор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что средний вывод стабилизированного источника двухполярного напряжения соединен с общей шиной дифференциального операционного усилителя. формула изобретения

1. Генератор линейно изменяющегося напряжения, содержащий дифференциальный операционный усилитель, д времязадающую RC-цепь и стабилизированный источник двухполярного наI

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Н 2245401, кл. G 06 G 7/18, опублик. 1973.

2. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительнык устройствах. Л., "Энергия", 1980, с. 139 (прототип).