CS219701B1 - Zapojení rychlého spouštěného generátoru pilového napětí s linearizovaným průběhem - Google Patents

Abstract

Zapojení podle vynálezu se týká elektronického obvodu, u kterého se řeší linearizace procesu nabíjení kondenzátoru novým způsobem, a to použitím napěťově závislé kapacity P—N přechodu Zenerovy diody polarizované v závěrném směru. Podstatou vynálezu je, že do společného bodu jednoho konce nabíjecího odporu a anody vybíjecí diody je zapojena paralelní kombinace nabíjecího kondenzátoru a katody Zenerovy diody, přičemž druhý konec paralelní kombinace nabíjecího kondenzátoru a anody Zenerovy diody je uzemněn. Vzájemnou kombinací velikosti nabíjecí kapacity a druhu Zenerovy diody lze získat velmi malý činitel nelinearity (ε<1%), přičemž strmost narůstání pilového napětí může být velká (až 10? v/sj. Obvod je možné použít v různých zapojeních, např. u srovnávacích časových obvodů, kde získáme např. amplitudu 0,5 V, budou-li se dva vstupní impulsy časově odlišovat pouze o 25 ns, v převodnících časového intervalu na amplitudu apod.

Description

Zapojení podle vynálezu se týká elektronického obvodu, u kterého se řeší linearizace procesu nabíjení kondenzátoru novým způsobem, a to použitím napěťově závislé kapacity P—N přechodu Zenerovy diody polarizované v závěrném směru. Podstatou vynálezu je, že do společného bodu jednoho konce nabíjecího odporu a anody vybíjecí diody je zapojena paralelní kombinace nabíjecího kondenzátoru a katody Zenerovy diody, přičemž druhý konec paralelní kombinace nabíjecího kondenzátoru a anody Zenerovy diody je uzemněn. Vzájemnou kombinací velikosti nabíjecí kapacity a druhu Zenerovy diody lze získat velmi malý činitel nelinearity (ε<1%), přičemž strmost narůstání pilového napětí může být velká (až 10? v/sj.

Obvod je možné použít v různých zapojeních, např. u srovnávacích časových obvodů, kde získáme např. amplitudu 0,5 V, budou-li se dva vstupní impulsy časově odlišovat pouze o 25 ns, v převodnících časového intervalu na amplitudu apod.

JĎ

O

Vynález se týká zapojení elektronického obvodu rychlého spouštěného generátoru pilového napětí, u kterého se řeší linearizace procesu nabíjení kondenzátoru novým způsobem.

Dosud známé generátory pilového napětí mají linearizaci procesu nabíjení kapacity řešenou v podstatě dvěma základními způsoby, a to buď způsobem výroby pilového napětí nabíjením kondenzátoru zdrojem konstantního proudu, anebo nabíjením kondenzátoru přes nelineární odpor. V těchto obvodech je velmi obtížné získat velkou změnu (strmost) narůstáním pilového napětí, neboť při vysokých kmitočtech (řádu 10⁸ Hz a více) se velmi uplatní parazitní kapacita především aktivních prvků.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zapojením podle vynálezu, jehož podstatou je, že do společného bodu jednoho konce nabíjecího odporu a anody vybíjecí diody je zapojena jedním koncem paralelní kombinace nabíjecího kondenzátoru a katody Zenerovy diody, přičemž druhý konec paralelní kombinace nabíjecího kondenzátoru a anody Zenerovy diody je uzemněn.

Použitím napěťově závislé kapacity P—N přechodu Zenerovy diody polarizované v závěrném směru je možné získat velkou změnu (strmost) narůstání pilového napětí (praktickým měřením zjištěna strmost až 10 mV/ns 107 V/s), a tím i velmi vysokého opakovacího kmitočtu generovaného pilového průběhu (10⁸ Hz), neboť parazitní kapacita aktivního prvku Zenerovy diody se v tomto případě přímo využívá ve funkci obvodu.

Na připojeném výkrese je znázorněn předmět vynálezu. Vstup zapojení je spojen s bází ovládacího tranzistoru 4 paralelní kombinací vazební kapacity 1 a vazebního odporu 2, přičemž funkce vazebního odporu 2 spočívá především v napěťové ochraně přechodu B—E ovládacího tranzistoru 4 a funkce vazební kapacity 1 spočívá v rychlém přenesení ovládacího impulsního signálu ze vstupu na bázi ovládací tranzistor

4.

Do báze ovládacího tranzistoru 4 je taktéž jedním koncem zapojen předpěťový odpor 3, jehož druhý konec je zapojen na záporné napětí, čímž je zabezpečeno rychlé uzavření tranzistoru při ovládání ovládacím impulsem. Emitor ovládacího tranzistoru 4 je uzemněn. Na kolektor ovládacího tranzistoru 4 je zapojen jeden konec kolektorového odporu 5 a katoda vybíjecí diody 6. Druhý konec kolektorového odporu 5 je zapojen na kladné napětí. Anoda vybíjecí diody je zapojena na výstup, kam je připojen jeden konec nabíjecího odporu 7 a paralelní kombinace nabíjecí kapacity 8 a katody Zenerovy diody 8.

Druhý konec nabíjecího odporu 7 je zapojen na kladné napětí, druhý konec paralelní kombinace nabíjecí kapacity 8 a anoda Zenerovy diody 9 je uzemněn. Funkce této části zapojení je následující: po příchodu sestupné hrany ovládacího impulsu přejde ovládací tranzistor 4 do nevodivého stavu (viz grafické průběhy na připojeném obrázku), kolektor ovládacího tranzistoru bude mít přes kolektorový odpor 5 v podstatě napájecí napětí, tím vybíjecí dioda 6 bude polarizována v závěrném směru, neboť na její anodě bylo nulové napětí a na paralelní kombinaci nabíjecího kondenzátoru 8 a Zenerovy diody 9 se přes nabíjecí odpor 7 začne vytvářet pilovitý impuls.

Rychlost nabíjení, a tedy strmost narůstání pilového napětí bude dána hodnotou nabíjecího odporu 7 a paralelní kombinací nabíjecího kondenzátoru 8 a Zenerovy diody 9, přesněji podle vztahu (7) viz dále.

Po příchodu nástupní hrany ovládacího impulsu přejde ovládací tranzistor 4 do· vodivého stavu, tím bude vybíjecí dioda 6 polarizována v propustném směru a dojde k vybití souhrnné kapacity tvořené paralelní kombinací nabíjecího kondenzátoru 8 a Zenerovy diody 9 přes tuto vybíjecí diodu 6 a otevřený ovládací tranzistor 4.

Napěťovou závislost kapacity C_(Uc) P—N přechodu obecné Zenerovy diody polarizované v závěrném směru můžeme vyjádřit vztahem

C íu_e)

(1) kde

C_(o) — diferenciální kapacita přechodu P—N při U_c = 0

U_c — okamžitá hodnota napětí na přechodu P—N

U_k — konstantní potenciál přechodu, určený typem diody m — konstanta závisející na druhu přechodu P—N, kterou dosadíme do upravené rovnice pro nabíjení kondenzátoru v integračním článku a získáme

1a (1LL

(2) kde U_kn — napájecí napětí.

Definici činitele nelinearity průběhu pit — časový okamžik vyjádřený jako funk- lového napětí upravíme záměnou derivací ce obvodových prvků integračního článku napětí podle času inverzní derivací času

R — nabíjecí odpor 7 podle napětí, takže platí

C — nabíjecí kapacita 8 dU, dt ma* tntn.

du dt )

max du naax (3 ) kde dŤ¹ ·

) r—) ' dí)_min.

maximální a minimální derivace napětí na paralelní kombinaci nabíjecí kapacity 8 a Zenerovy diody 9 podle času — maximální a minimální derivace času podle napětí na paralelní kombinaci nabíjecí kapacity 8 a Zenerovy diody 9.

Pro ideální případ nulového činitele nelinearity musí být maximální a minimální derivace času podle napětí z (2) sobě rovny, pak tedy platí /?·

u.

Klí u, kde

R — hodnota nabíjecího odporu 7 C — hodnota kapacity nabíjecího kondenzátoru 8

C(₀₎ — hodnota diferenciální kapacity přechodu P—N při U_(c) = 0 Zenerovy diody 9 ^Uk

Klí (1max krt kde

Provedením výpočtů pro podmínku realizovatelnosti dospějeme k závěru, že k využití napěťově závislé kapacity P—N přechodu Zenerovy diody 9 polarizované v závěrném směru je možné použít především diody se slitinovým přechodem.

Pro volbu kapacity C nabíjecího kondenzátoru 8 a výpočet rychlosti narůstání pilového napětí S nejprve zvolíme příslušný typ Zenerovy diody js ohledem na maximální výstupní napětí), pak změříme její C_(o). Pro vztah (6) pak určíme toleranci kapacity C pro podmínku nulového činitele nelinearity. Rychlost narůstání pilového napětí určíme ze vztahu

U_max — maximální hodnota napětí na paralelní kombinaci nabíjecího kondenzátora 8 a Zenerovy diody 9

U^k — konstantní potenciál přechodu Zenerovy diody 9 [obvykle (0,5 < U_k < 1)V] označíme-li C_k jako poměrnou kapacitu

C - ™L_ . - R Ct C , ř7j kde

(5) lze (4')' upravit a získáme podmínku realizovatelnosti ideálního případu nulového činitele nelinearity

A< 1 (6)

R — velikost nabíjecího odporu 7

C — velikost kapacity nabíjecího kondenzátoru 8

C_(o) — velikost diferenciální kapacity P— —N přechodu při U_c = 0 Zenerovy diody 9, přičemž tuto rychlost můžeme měnit poměrně v širokém rozmezí změnou nabíjecího odporu 7, jediné omezení hodnoty odporu vyplývá ze vztahu

U. -V j kn zd ^Lzd raax kde

U_kn — napájecí napětí

U_zd — velikost Zenerova napětí

Izdmax — maximální dovolený Zenerův proud.

K výstupu zapojení rychlého spouštěného generátoru pilového napětí s linearizovaným průběhem podle vynálezu je nutno připojit obvod s velkým vstupním odporem.

Obvod vytvořený podle vynálezu je možné s výhodou použít v několika dalších zapojeních. Např. v převodníku časového intervalu na vrcholovou hodnotu impulsu je možno dosáhnut velmi velkého rozlišení malých časových hodnot, neboť při strmosti narůstání pilového napětí např. 20 mV/ns je možné při změně napětí 100 mV změřit změnu časového^ impulsu o 5 ns apod. U rychlého generátoru pilového napětí bychom mohli např. dosáhnout opakovaného kmitočtu až 20 MHz při velikosti výstupního pilového napětí IV (S = 20 mV/ns).

V zapojení srovnávacích časových obvodů je možné dosáhnout velkého „impulsu” při malých rozdílech časů, např.: impuls o amplitudě 0,5 V získáme, budou-li se dva vstupní Impulsy časově odlišovat pouze o 25 ns. Je samozřejmé, že zapojení podle vynálezu je možné použít i u jiných obvodů, kde je potřebná rychlá změna napětí v závislosti na čase než bylo naznačeno.

Claims (1)

1. předmět

   Zapojení rychlého spouštěného generátoru pilovitého napětí s linearizovaným průběhem, vytvořené z paralelního spojení vazebního kondenzátorů a vazebního odporu, z předpěťového odporu, z ovládacího tranzistoru, z kolektorového' odporu, z vybíjecí diody a nabíjecího odporu, vyznačující se tím, že do společného bodu jednoho konce

   VYNÁLEZU nabíjecího odporu (7j a anody vybíjecí diody (6j je zapojena jedním koncem paralelní kombinace nabíjecího kondenzátorů (8) a katody Zenerovy diody (9), přičemž druhý konec paralelní kombinace nabíjecího kondenzátorů (8) a anody Zenerovy diody (9) je uzemněn.

   1 list výkresů