Генератор импульсов с регулируемой скважностью
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических
Республик (ii>993438 (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02. 07. 81 (21) 3310512/18-21 (51)hA Кл з,с присоединением заявки Мо
Н .03 К 3/26
Государственный комитет
СССР оо делаи изобретений и открытий (23) Приоритет .
)53j УДК 621 374 (088. 8) Опубликовано 30.01.83. Бюллетень NP 4
Дата опубликования описания 300183 (В.В.Батов, И.П.Бутов, 3.П.Важенина, Ю.В.Маэйн и Е.A.Ïàíoâ
1 .," ф (72) Авторы изобретения
Ленинградский институт авиационного прибореетвеения: .. (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ
СКВАЖНОСТЬЮ
20
30
Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в качестве генератора прямоугольных импульсов с регулируемой длительностью импульсов и регулируемой скважностью.
Известен мультивибратор на операционном усилителе с дифференциальным входом с регулируемой скважностью, содержащий реэистивный делитель в цепи положнтельной обратной связи и интегрирующую цепь отрицательной обратной связи, два дополнительных операционных усилителя, причем один вход первого из них подключен к точке соединения резистора и конденсатора интегрирущщей цепи отрицательной обратной связи, а выход соединен со второй обкладкой конденсатора и с одним входом основного операционного усилителя, один вход второго дополнительного операционного усилителя соединен с выходом резистивного делителя цепи положительной обратной связи, а выход - со вторым входом основного операционного усилителя и .со входом .резистивного делителя цепи положительной обратной связи, ярк этом вторые входы обоих дополнительных усилителей подключены к общему выводу источников питания, к одному из входов. дополнительных операционных усилителей подключены выходы дополнительно введенных управляемых электронных ключей; управляющие входы которых соединены с выходом основного операционного усилителя 113, Недостатком известного устройства является сложность устройства, ко" торая в основном определяется наличием трех операционных усилителей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является генератор
{мультивибратор), который содержит операционный усилитель,.конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, зарядную цепь, состоящую иэ последовательно соединенных первого регулируемого резистора и первого диода, причем анод первого диода подключен к выходу опера-: ционного усилителя, а первый регулируемый резистор — к инвертирующему входу операционного усилителя, разрядную цепь, подсоединенную параллельно зарядной цепи и состоящую из последовательно соединенных второго регулируемого резистора и второго
993438 диода, причем катод второго диода подсоединен к выходу операционного. усилители, резистора, включенного между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, третьего регулируемого резистора, подсоединенного одним концом к неинвертирующему входу операционного усилителя, а другим — к выходу операционного усилителя (21.
Регулировка скважности в прототи пе осуществляется за счет изменения величины сопротивлений первого и второго регулируемых резисторов.
В зависимости от величины этих резисторов максимальная скважность мо" жет быть Я -100 а минимальная
Q ;„- 1, 01.
Вследствие того, что положитель-> ные и отрицательные пороговые напряжения в прототипе равны и устанавливаются одним и тем же регулируемым резистором, увеличение сопротивления этого резистора приводит к одновременному уменьшению как длительности положительного выходного имг. льса, так и длительности отрицательного выходного импульса (уменьшение сопротивления третьего регулируемого резистора приводит к увеличению как длительности положительного выходного импульса, так и длительности от- -а рицательного выходного импульса), поэтому третий регулируемый резистор не используется для изменения скважности. Таким образом, недостатком прототипа является небольшой диапа- 35 эон скважности:
Я мр» 100
el =----= ---=100
В пр u„„.è где d — диапазон изменения скважар ности прототипа;
Q — максимальная величина скважности прототипа; — минимальная величина скважо3п ности прототипа.
Цель изобретения — расширение диа-45 пазона регулирования скважности импульсов.
Поставленная цель достигается тем, что в генератор импульсов с регулируемой скважностью, содержащий опе- 5Q рационный усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шнной устройства, зарядную цепь, состоящую иэ последовательно соединен- 55 ных первого регулируемого резистора и первого диода, причем анод первого диода к выходу операционного усилителя, а первый регулируемый резисторк инвертирующему входу операционного щ усилителя, разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных второго регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллельно зарядной цепи, причем катод второ- 5 го диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, третий регулируемый резистор, подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу операционного усилителя, введены третий диод, последовательно соединенные четвертый регулируемый резистор и четвертый диод, nepBcLR u вторая управляемые разрядные цепи, первая и вторая управляющие цепи, причем анод. третьего диода подсоединен к второму выводу третьего регулируемого резистора, а катод соединен с анодом четвертого и с выходом операционного усилителя, вывод четвертого регулируемого резистора подсоединен к первому выводу третьего регулируемого резистора, при этом первая управляемая разрядная цепь, содержащая последовательно включенные пятый диод и второй резистор, и вторая управляемая разрядная цепь, содержащая последовательно включенные шестой диод и третий резистор, подсоединены параллельно конденсатору,, при этом анод диода соединен с катодом шестого диода, первая управляющая цепь, содержащая последовательно включенные седьмой диод и четвертый резистор, и вторая .управляющая цепь, содержащая последоватеЛьно включенные восьмой диод и пятый резистор, включены между выходом oneрационного усилителя и соответственно точкой соединения пятого диода с вторым резистором и шестого диода с третьим резистором, при этом анод седьмого диода соединен с катодом восьмого, Для расширения диапазона регулировки скважности в известном генераторе необходимо обеспечить независимое регулирование порогов срабатывания U è Uy и кроме того необходимо, чтобы длительность положительного выходного импульса tz определялась интервалом времени, когда напряжение на инвертирующем входе Ц „„ положительно., а длительность отрицательного выходного импульса t„ определялась временем, когда напряжение на инвертирующем входе U 8 отрицательно.
Действительно., для увеличения скважности необходимо уменьшить длительность положительного импульса 1 „ и увеличить длительность отрицательного импульса t„. Для уменьшения длительности положительного импульса нужно уменьшить порог срабатыва"-й + ния LJI- а для увеличения длительности отрицательного импульса нужно увеличить по абсолютному значению порог срабатыванИя Uy . Но в схеме известного генератора при умень.. 993438 шенин порогового уровня 0Д будет уменьшаться только часть длительнос- . ти положительного. выходного импульса „+ на интервале времени t,>-t»,. в тоже время уменьшение Цфл будет уменьшать и длительность отрицательного 5 импульса „ на интервале t„ - ® . Поэтому скважность. не изменится . Если же увеличивать по абсолютному эна« чению пороговый уровень 0,то длительность отрицательного выходного 10 импульса tj увеличится (на интервале
t<-t2)r но также возрастает и длительность положительного выходного импульса t„ (sa интервале 0"Фз), таким образом, скважность также не изме-- $5 нится
Значит, раздельное регулирование пороговых уровней Uy„- и Ur» в исход-. ной схеме будет менять только частоту колебаний, но не скважность. Ec- ;@ ли же отрезки времени 0-В9и t<-t4 свести к нулю или сделать их зйачительно меньше отрезков времени Ф -В„ и t4-1 соответственнО, то тогда раздельное регулирование порогов сра- ZS батывания позволит расширить диапазон регулировки скважности.
Независимая регулировка порогов срабатывания О» и 0„ достигаетсяпутем введения дополнительных цепей между выходом операционного усилите,ля и неинвертирующим входил его.На фиг. 1 представлена принципиальная схема генератора импульсов а регулируемой скважностьюу на фиг.2- — . временные диаграммы, поясняющие прин- З5 цип действия генератора.
Генератор импульсов содержит операционный усилитель 1, конденсатор 2, первый регулируемый резистор 3, первый диод 4, второй регулируемый ре=зистор 5, второй диод 6, первый резистор 7, третий регулируемый резистор.
8, третий диод 9, четвертый регулируемый резистор 10, четвертый диод
11, пятый диод 12; второй резистор 45
13, шестой диод 14, третий резистор
l5, седьмой диод 16, четвертый резистор 17, восьмой диод 18, пятый резистор 19, инвертнрующий вход 20, неин- вертирующий вход 21, .выход 22. .На фиг. 2 приняты следующие обозначения:
U — напряжение на инвертирующем
Ь» входе 20;
° 55
U — напряжение на выходе 22;
Е - высокий уровень выходного наэик пряжения;
Ев - низкий уровень выходного напряжения; въп пороговый уровень U» соот" 40 ветствующий скачкообразному переключению выходного напряweéé@ N3 Е „, в Е,„,„,.
Ъ" - - пороговый уровень Уэ»», соответствующий скачкообразному Е5 переключению выходного напряжения из Еж!к В ЕЕ !м 1
- постоянная времени второй управляемой разрядной цепи
- постоянная времени первой уп" равляемой разрядной цепи1 Г - постоянная времени зарядной л цеп ну
- постоянная времени разрядной ъ цепи
- время разряда конденсатора 2
QT ц„ до нулями
- время заряде конденсатора 2
И от нуля до U у
- время разряда конденсатора 2 от 1ф, до нуляу
- время заряда конденсатора 2 от нуля до U g
tt».t — фиксированные моменты времениу л- ъ л. - временная осы
t+ - длительность положительного
»» выходного импульсау — длительность отрицательного
»» выходного импульса.
Генератор импульсов с регулируемой:Скважностью работает s автоколе" бательном режиме следующим образом.
Начнем рассмотрение с момента времени, принятого за нулевой на временных диаграммах (фиг. 23, когда на выходе1 22 схемы высокий уровень выходного йапряжения Ев„экПри этом тре- . тий диод 9, второй диод 6 и восьмой диод 18 закрыты, а первый диод 4, четвертый диод 11 и седьмой диод 16 открыты. Открытое состояние четвертого диода 11, включенного в цепь обратной связи, обеспечивает на инвертирующем входе 21 пороговый . уровень
Uf», определяемый. высоким уровнем выходного напряжения Еу,»к и коэффиФ циентом обратной связи по неннвертирующему входу фл
+ »
Ur 3j ебык.
Rw где ил Е +1
R — сопротивление первого рез1лсro- . ра 7;
R — сопротивление четвертого регулО лируемого резистора 101
Зл - коэффициент обратной связи по неинвертирующему входу.
Вследствие того, что в рассматриваемый момейт времени на выходе 22 схемы высокий уровень выходного напряжения Ев» „ конденсатор 2 разряжается от Ur до нуля через вторую управляемую разрядную цепь, состоящую иэ последовательно соединенных TpeTbего резистора 15 и шестого диода 14, Ф, с постоянной времениТ,:
»» = к л С- где R„сопротивление третьего резистора 15;
C< — емкость конденсатора -2.
993438 гдв R — сопротивление второго рв5 гулируемого резистора 5>
С вЂ” емкость конденсатора 2.
При этом напряжение на инвертирующвм входе 20 понижается по экспоненциаль|ному закону с постоянной времени Г
В момент достижения экспонвнтой
)уровня. U - (момент tg на фиг. 2) на-, пряжение на выходе 22 скачком повышаг
+ ется до значения Е@„„.
Длительность положительных импульсов, формируемых схемой, определяется как где — время разряда конденсатора
2 от U go нуля> время заряда конденсатора
2 от ноэля до U, так как задаемся t " « +„, то длительность и положительных импульсов равна.т„-В. С где R — сопротивление первого регу3 лируемого резистора 3>
С > — емкость конденсатора 2.
При этом напряжение на инввртирующем входе 20 возрастает по экспоненциальному закону с постоянной времени С (фиг. 2). В момент достижения экспо- . нентой уровня Us. (момент t на.
Ф фиг. 2) напряжение на выходе 22 скач- 3)
1 ком понижается до значения ЕЕ„„ . При этом закрываются первый диод 4,. 11 и седьмой 16, а второй диод 6, третий диод 9 и восьмой диод 18 отк»ываются.
Открытое состояние третьего диода 9, 25 включенного в цепь обратной связи, обеспечивает на неинвертирующем 21 отрицательный пороговый уровень U„ определяемый низким уровнем выходного напряжения Е „, и коэффициентом Зп обратной связи по,неинввртирующему входу, где В вЂ,СОПРотивление пеРвого РегУ лируемого резистора 3;
С - емкость конденсатора 2
В - сопротивление первого резис> тора 7;
R — сопротивление четвертого ре" гулируемого резистора 10.
Длительность отрицательных импульсов определяется как
tH=-tel ФСИ s гдв время разряда конденсатора
2 от U до нуля; время заряда конденсатора
2 от нуля до Us. так как а задаемся tð
В >- / R1 Ú
-а;с6„<+ в), 40
Вследствие того, что в рассматриваемый момент времени на выходе 22 схе" мы низкий уровень выходного напряжения Езюх, конденсатор 2 разряжается от 0 до нуляI через первую управлявмую разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных второго рв" зистора 13 и пятого диода 12, с постоянной времени »:
Ф
2 Р1ъС2 где В„ — сопротивление второго резистора 13>
C2 - емкость конденсатора 2.
При этом напряжение на инвертирующем 55 входе 20 падает по экспоненциально-! му закону с постоянной времени С (фиг. 2). В момент достижения экспонентой нулевого уровня (момент на фиг. 2) конденсатор 2 начинает эа- Q) ряжаться от Е gssx через разрядную цепь, .состоящую из второго диода 6 и второго регулируемого резистора 5, с постоянной времени Г2 . с =я .с 65 где R - -сопротивление второго регулируемого резистора 5>
С - емкость конденсатора 2s
Я.
В -. сопротивленив первого резистора 7> s сопротивление третьего регулируемого резистора 8, Скважность импульсов, генерируемых предлагаемой схемой определяется
Р выражением и и )Ю (3+ g) В
Q= -1 = 4+ а -.
< и и 14С 2 „, + ) 8, ) g
Иаксимальная скважность будет при максимальных значениях второго 5 и четвертого 10 регулируемых резисторов и при минимальных значениях первого 3. и третьего 8 регулируемых резисторов.
Если, как и в прототипе, взять
R R „,,„**100 кОм, RЪ .и" 1 к
При этом напряжение на инвертйрующем входе 20 возрастает по экспериментальIHoMy закону с постоянной времени 2 (фиг. 2) . В момент достижения экспонентой нулевого уровня (момент (Фиг. 2) конденсатор 2 начинает за. ряжаться от Е ы„ через зарядную цепь., состоящую иэ йервого диода 4 и первого регулируемого резистора 3, с постоянной времени Eg s
% Y E iõ
В7 гу" з=Rv+ Q сопротивление первого рвзис-ора 7; сопротивление третьего регулируемого резистора 8.
M1 .+ = +=,с,е„ + „
" 10 и выбрать R0=R „„=100 кОм, R =В 1 кОм В 8вии то 0=о х =00=(04 @ 1 ° 4 Иинимальная скважность получается при минимальных значениях второго 5 и четвертого 10 регулируемых резисторов и при максимальных значениях первого 3 и третьего 8 регулируемых ре;зисторов. Если, как и s -прототипе, взять R R;„=1 кОм, R, -R, х=100 кО и выбрать ВО=В40юзи-1 кому В,,ш.,= щ, TTp Q:Q . t t3 t "0О-, 00 Ck Таким образом,диапазон плавного регулирования скважности в генераторе равен: )мак 400О 4У= — "= 4 40000, Ъня где 6 - диапазон изменения скважностиу Я .- максимальная величина сйважности (} . — мйнииальная величина:скваж- 25 «и» НОСТИ. gаким образом, для независимой ре-" гулировки ®. в схему предлагаемого генератора (Фиг. 1) введена цепь, состоящая из четвертого регулируемо- ЗО го резистора 10 и четвертого диода ll, а для регулйровки U> испбльзуется цепь, состоящая из третьего регулируемого резистора 8-и третьего диода 9. Третий диод 9 открывается только 35 при отрицательном напряжении. Иа выходе,.а четвертый диод 11 открывается только при положительной йолярности выходного напряжения, что- и обеспечивает независимость регулировки 40 пороговых уровней У . и ф с--помощью соответственно рргулируемых -резисторов 8 и 10; Для того,. чтобы длительность поло+ жительнОГО выхОднОгО импУльса . лл Оп 45 ределялась интервалом времени, когда напряжение на ннвертирующем входе Ua положительно, а длительность отрицательного выходного импульса вы определялась временем, когда напряжение на инвертирующем входе Уй„ отрицательно, в-схему генератора вве-дены дополнительно две управляемые разрядные цепи, которые обеспечивают ускорений разрд денсара 2 до 55 нуля, в отрезки. времени О- s t4.-t, Таким образом, введение независимой регулировки порогов срабатывания U» и U и введение двух управляе "1 л алых разрядных цепей позволяют в предлагаемом генераторе (фиг. 1) сощест- ® венно расширить диапазон регулировки скважностн. Формула .изобретения ".енератор импульсов с регулируемой скважностью,содержащий операцион- ф5 иый усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, зарядную цепь, состоящую иэ последовательно соединенных первого регулируе-, мого резистора и первого диода, причем анод первого диода подключен к выходу операционного усилйтеля, а первый регулируемый резистор — к . ннвертирующему входу операциЬнного усилителя, разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных второго- регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллельно зарядной цепи, причем катод- второго диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор,включейный между неии вертирующим входом операционного уси лителя и общей-шиной, третий регулируе ыяй резистор, подсоединенный -первым выводом к неинвертирующему входу оцерационного усилителя, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скважности импульсов, в него введены третий диод, последовательно соединенные четвертый регулнруеваай резистор и четвертый диод, первая и вторая управляемые разрядные цепи, первая . и вторая управляющие цени, причем анод третьего диода.подсоединен-к второму выводу третьего регулируемого резистора, а катод соединен с анодом четвертого:и с выходом операционного усилителя, вывод четвертого регулируемого резистора подсоединен к первому выводу третьего регулируемого:,резистора, прн этом первая управляемая разрядная цепь, содержащая: последовательно включенные пятый диод и второй резистор, и вторая управляемая разрядная цепь, содержащая последовательно включенные шестой диод и третий резистор, подсоединены параллельно конденсатору, при этом анод пятого диода соединен с катодом шестого диода, первая управляющая цепь, содержащая последовательно вклю. ченные седьмой диод и четвертый резистор, и вторая управляющая цепь, содержащая последовательно включенные восьмой диод и пятый резистор, включены между выходом операционного усилителя и соответственно точкой соединения пятого диода с вторым резистором и шестого диода с третьим резистором, при этом анод седьмого диода соединен с катодом восьмого. Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе 1. АВторское свидетельство СССР М 393802, кл. Н 03 К 1/00, 2б.08.71. 2.Щац С.Я. Проектирование радиоэлектронных устройств иа интегральных микросхемах. М., Советское ра(цио, 1976, с. 149. 993438 f7 16 иг. Составитель М.Леонова Редактор В.Пилипенко Техред М.Гергель Корректор Е. Роиисо Подписное филиал ППП "Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 501/74 Тираж 934 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушскан на@., Д. 4/5
