RU2145768C1

RU2145768C1 - Generator of constant duration pulses

Info

Publication number: RU2145768C1
Application number: RU98123381A
Authority: RU
Inventors: Этибар Синабеддин оглы Пирвердиев; Акрам Мехти оглы Измайлов
Original assignee: Акционерное ОЗТ "Энергосервис"
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-02-20

Abstract

FIELD: pulse equipment, in particular, for measuring instruments, timers, and so on. SUBSTANCE: device has RS flip-flop, current source, current breaker, two resistors, two capacitors, three controlled gates and comparator. EFFECT: increased stability of duration of output pulses. 1 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве формирователя импульсов стабильной длительности в различных измерительных преобразователях, таймере и т.д. The invention relates to a pulse technique and can be used as a pulse shaper of stable duration in various measuring transducers, a timer, etc.

Известен ждущий мультивибратор (см. а.с. СССР N 974555, H 03 K 3/284, 15.11.82, Бюл. N42), содержащий триггер на транзисторах разного типа проводимости, времязадающий конденсатор, ключ разряда времязадающего конденсатора на транзисторе, опорный резистор, два источника тока с общим опорным элементом для заряда времязадающего конденсатора и создания опорного напряжения на опорном резисторе и сравнивающее устройство. Known waiting multivibrator (see AS USSR N 974555, H 03 K 3/284, 11/15/82, Bull. N42), containing a trigger on transistors of different types of conductivity, a timing capacitor, a discharge key of a timing capacitor on a transistor, a reference resistor , two current sources with a common reference element for charging the time-setting capacitor and creating a reference voltage on the reference resistor and a comparison device.

Недостатком такого мультивибратора является низкая стабильность длительности формируемого импульса, вызванная возникновением дифференциальной разности токов источников тока и изменениями остаточного напряжения на времязадающем конденсаторе при воздействии внешних факторов. The disadvantage of such a multivibrator is the low stability of the duration of the generated pulse, caused by the appearance of a differential difference between the currents of the current sources and changes in the residual voltage on the time-setting capacitor when exposed to external factors.

Известен формирователь импульсов стабильной длительности (Измайлов А.М. и др. - Радиотехника, 1992, N 10-11), содержащий RS-триггер, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, времязадающий конденсатор и опорный резистор, ключ разряда времязадающего конденсатора, компаратор, повторитель напряжения и делитель напряжения. Known pulse former of stable duration (Izmaylov A.M. et al. - Radio engineering, 1992, N 10-11) containing an RS trigger, a serially connected current source, a current chopper, a timing capacitor and a reference resistor, a discharge key of a timing condenser, a comparator , voltage follower and voltage divider.

В таком устройстве повышение стабильности длительности армируемого импульса достигнуто за счет использования одного источника тока для заряда времязадающего конденсатора и создания опорного напряжения. Однако наличие в таком устройстве повторителя напряжения и делителя напряжения сдерживают дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса при воздействии внешних возмущающих факторов. In such a device, an increase in the stability of the duration of the reinforced pulse is achieved through the use of a single current source for charging the time-setting capacitor and creating a reference voltage. However, the presence of a voltage follower and a voltage divider in such a device inhibits a further increase in the stability of the duration of the generated pulse when exposed to external disturbing factors.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является формирователь прямоугольных импульсов стабильной длительности (Измайлов А.М. - Радиотехника, 1996, N 1), содержащий RS-триггер, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом RS-триггера, первый конденсатор и первый резистор, один из выводов которого соединен с общей шиной питания, второй резистор, один из выводов которого соединен с выходом прерывателя тока, второй конденсатор, одним из выводов соединенный с другим выводом второго резистора, а другим выводом - с общей шиной питания, первый и второй ключи разряда, коммутирующие выводы которых соответственно соединены с выводами первого и второго конденсаторов, а управляющие входы соединены с вторым выходом RS-триггера, компаратор, первый вход которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вход - с первым выводом второго конденсатора, а выход - с вторым входом RS-триггера (R-вход). Первый вход (S-вход) и первый выход (прямой выход) RS-триггера являются соответственно входом и выходом устройства. The closest to the proposed device in technical essence and the achieved result is a rectangular pulse shaper of stable duration (Izmaylov A.M. - Radio Engineering, 1996, No. 1), containing an RS-trigger, a serially connected current source, a current chopper, the control input of which is connected to the first output of the RS-flip-flop, the first capacitor and the first resistor, one of the terminals of which is connected to the common power bus, the second resistor, one of the terminals of which is connected to the output of the current chopper, the second condensate OP, one of the terminals connected to the other terminal of the second resistor, and the other terminal to the common power bus, the first and second discharge keys, the switching terminals of which are respectively connected to the terminals of the first and second capacitors, and the control inputs are connected to the second output of the RS-flip-flop, a comparator, the first input of which is connected to the first output of the first resistor, the second input to the first output of the second capacitor, and the output to the second input of the RS-trigger (R-input). The first input (S-input) and the first output (direct output) of the RS-trigger are the input and output of the device, respectively.

В таком устройстве дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса достигнуто путем разделения цепей заряда времязадающего конденсатора и создания опорного напряжения на опорном резисторе, а также подключением указанных цепей к выходу единого источника тока через прерыватель. In such a device, a further increase in the stability of the duration of the generated pulse is achieved by separating the charge circuits of the time-setting capacitor and creating a reference voltage at the reference resistor, as well as connecting these circuits to the output of a single current source through a chopper.

Однако следует отметить, что дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса в таком устройстве сдерживается нестабильностью остаточного напряжения на времязадающем конденсаторе по окончании разряда. Оно вносится остаточным напряжением U₀ ключа разряда времязадающего конденсатора. При учете указанного напряжения длительность τ формируемого импульса определяется по известной формуле τ =(U_n-U_o)•C/I, где U_n=I•R - пороговое напряжение; создается током I источника тока на опорном (первом) резисторе R; С - емкость времязадающего (второго) конденсатора.However, it should be noted that a further increase in the stability of the duration of the generated pulse in such a device is constrained by the instability of the residual voltage on the timing capacitor at the end of the discharge. It is introduced by the residual voltage U ₀ of the discharge key of the timing capacitor. When taking into account the specified voltage, the duration τ of the generated pulse is determined by the well-known formula τ = (U _n -U _o ) • C / I, where U _n = I • R is the threshold voltage; created by current I of the current source on the reference (first) resistor R; C is the capacity of the time-setting (second) capacitor.

Таким образом, в данном устройстве изменения напряжения U_o при воздействии внешних возмущающих факторов (изменения температуры окружающей среды, напряжения и. т. д. ) не позволяют получить высокую стабильность длительности формируемого импульса. Одновременно наличие составляющей U_o способствует нестабильности длительности τ при изменении тока 1.Thus, in this device, changes in the voltage U _o when exposed to external disturbing factors (changes in ambient temperature, voltage, etc.) do not allow to obtain high stability of the duration of the generated pulse. At the same time, the presence of the component U _o contributes to the instability of the duration τ when the current 1 changes.

Задача предлагаемого изобретения - дальнейшее повышение стабильности длительности формируемого импульса путем практического исключения влияния изменений напряжения U_o на длительность τ импульса.The objective of the invention is to further increase the stability of the duration of the generated pulse by practically eliminating the influence of changes in voltage U _o on the duration τ of the pulse.

Поставленная задача достигается тем, что в формирователь импульсов, содержащий RS-триггер, первый вход и первый выход которого соответственно являются входом и выходом устройства, последовательно соединенные источник тока, прерыватель тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом RS-триггера, первый конденсатор и первый резистор, один из выводов которого соединен с общей шиной питания, первый управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены к выводам первого конденсатора, а вход управления подключен к второму выходу RS-триггера, второй резистор, один из выводов которого соединен с выходом прерывателя тока, второй конденсатор, один из выводов которого соединен с другим выводом второго резистора, а другой вывод- с общей шиной, второй управляемый ключ, коммутирующие выводы которого подключены к выводам второго конденсатора, а вход управления подключен к второму выходу RS-триггера, компаратор, второй вход которого соединен с одним из выводов второго конденсатора, а выход - с вторым входом RS-триггера, согласно изобретению, дополнительно введен третий управляемый ключ, первым коммутирующим выводом соединенный с первым выводом первого резистора, вторым коммутирующим выводом - с первым входом компаратора, а входом управления подключенный к полюсу (+) источника питания. The task is achieved in that in the pulse shaper containing the RS-trigger, the first input and the first output of which respectively are the input and output of the device, a current source connected in series, a current chopper, the control input of which is connected to the first output of the RS-trigger, the first capacitor and the first resistor, one of the terminals of which is connected to a common power bus, the first controlled key, the switching terminals of which are connected to the terminals of the first capacitor, and the control input is connected to the second output the RS-trigger has a second resistor, one of the terminals of which is connected to the output of the current chopper, a second capacitor, one of whose terminals is connected to the other terminal of the second resistor, and the other terminal is with a common bus, a second controlled key, the switching terminals of which are connected to the terminals the second capacitor, and the control input is connected to the second output of the RS trigger, a comparator, the second input of which is connected to one of the terminals of the second capacitor, and the output to the second input of the RS trigger, according to the invention, a third control is additionally introduced yaemy key, the first switching terminal coupled to a first terminal of a first resistor, a second switching terminal - to the first input of the comparator and a control input connected to the pole (+) of the power supply.

Совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения заявляемого устройства, позволяющая повысить стабильность длительности формируемого импульса путем практического исключения влияния изменений остаточного напряжения на времязадающем конденсаторе на длительность формируемого импульса в уровне техники не обнаружена, следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию "существенные отличия". The set of essential features of the distinguishing part of the claims of the claimed device, which allows to increase the stability of the duration of the generated pulse by practically eliminating the influence of changes in the residual voltage on the timing capacitor on the duration of the formed pulse in the prior art, is not found, therefore, the claimed device meets the criterion of "significant differences".

Дальнейшее подробное описание ведется в соответствии с блок-схемой заявляемого формирователя импульсов стабильной длительности (см. чертеж). A further detailed description is carried out in accordance with the block diagram of the inventive pulse shaper of stable duration (see drawing).

Заявляемое устройство содержит RS-триггер 1, источник 2 тока, прерыватель 3 тока, первый конденсатор 4, первый резистор 5, первый управляемый ключ 6, второй резистор 7, второй конденсатор 8, второй управляемый ключ 9, компаратор 10 и третий управляемый ключ 11. The inventive device contains an RS-trigger 1, a current source 2, a current chopper 3, a first capacitor 4, a first resistor 5, a first controlled switch 6, a second resistor 7, a second capacitor 8, a second controlled switch 9, a comparator 10 and a third controlled switch 11.

В схеме формирователя использованы следующие функциональные элементы: триггер 1 - микросхема (м/с) типа 564ТМ2, источник 2 тока построен по схеме, описанной, например, в книге П. Хоровица, У. Хилла "Искусство схемотехники". -М. : Мир, 1983, т. 1, с. 43; прерыватель 3 тока, ключи 6, 9 и 11- м/с типа 564КТЗ, резисторы 5 и 7- типа С5-5, конденсаторы 4 и 8-типа К71-5, компаратор 10 - м/с 521САЗ. The following functional elements are used in the driver circuit: trigger 1 — microcircuit (m / s) of type 564TM2, current source 2 is constructed according to the circuit described, for example, in the book of P. Horowitz, W. Hill, “The Art of Circuit Engineering”. -M. : World, 1983, v. 1, p. 43; current chopper 3, switches 6, 9 and 11 m / s type 564KTZ, resistors 5 and 7 type C5-5, capacitors 4 and 8 type K71-5, comparator 10 m / s 521CAZ.

Формирователь работает следующим образом. Shaper works as follows.

В исходном состоянии формирователя RS-триггер 1 находится в начальном положении - на первом (прямом) выходе действует сигнал низкого логического уровня "0", а на втором выходе (инверсном) действует сигнал высокого логического уровня "1". Сигнал "0" с первого выхода триггера 1, воздействуя на управляющий вход V прерывателя 3 тока, вызывает размыкание коммутирующих выводов X последнего, отключающих выход источника 2 тока. Сигнал "1" с второго выхода триггера 1, воздействуя на управляющие входы V первого и второго ключей 6 и 9, вызывает замыкание коммутирующих выводов X последних. Замкнутые выводы X ключей 6 и 9, шунтируя выводы первого и второго 8 конденсаторов, вызывают разряд последних. Наличие прерывателя 3 позволяет снизить остаточные напряжения U₄ и U₈ на конденсаторах 4 и 8 до значения остаточных напряжений U₆ и U₉ на замкнутых выводах X ключей 6 и 9, составляющих (6-8) мВ, путем исключения падения напряжения током источника 2 тока на сопротивлениях замкнутых выводов X ключей 6 и 9, т.е. U₄=U₆ и U₈=U₉.In the initial state of the shaper, the RS-trigger 1 is in the initial position - the low-level signal "0" acts on the first (direct) output, and the high-level signal "1" acts on the second output (inverse). The signal "0" from the first output of trigger 1, acting on the control input V of the current chopper 3, causes the switching terminals X of the last to open, disconnecting the output of the current source 2. The signal "1" from the second output of trigger 1, acting on the control inputs V of the first and second keys 6 and 9, causes the closure of the switching terminals X of the latter. The closed terminals X of the keys 6 and 9, bypassing the terminals of the first and second 8 capacitors, cause the discharge of the latter. The presence of a chopper 3 allows you to reduce the residual voltage U ₄ and U ₈ on the capacitors 4 and 8 to the value of the residual voltage U ₆ and U ₉ on the closed terminals X of the switches 6 and 9, comprising (6-8) mV, by eliminating the voltage drop by the current of the source 2 current at the resistances of the closed terminals X of keys 6 and 9, i.e. U ₄ = U ₆ and U ₈ = U ₉ .

При поступлении на вход устройства формируемого импульса триггер 1 переходит в другое положение - на первом выходе действует сигнал "1", а на втором - сигнал "0". При этом коммутирующие выходы X прерывателя 3 замыкаются, а коммутирующие выводы X ключей 6 и 9 размыкаются. Ток I₀ источника 2 тока после прерывателя 3 разветвляется на два значения: ток I₁, протекающий через первую ветвь - конденсатор C₄ и резистор R₅, и ток I₂, протекающий через вторую ветвь - резистор R₇ и конденсатор C₈. В схеме формирователя приняты значения C₄=C₈ и R₅=R₇. Вследствие этого I₁=I₂=I и 2I=I₀. Напряжения на конденсаторах 4 и 8 возрастают практически с постоянной крутизной, начиная с значений остаточных напряжений U₄ и U₈ на последних, а на резисторах 5 и 7 создаются падения напряжения U₅=I•R₅ и U₇=I•R₇, а т.к. R₅=R₇, то U₅=U₇. Так как параметры одноименных элементов ветвей приняты идентичными, то предполагается, что значения токов I₁ и I₂ в процессе заряда конденсаторов 4 и 8 остаются равными друг другу. При достижении на конденсаторе 8 напряжения U= I• τ /C+U₈, равного опорному U_n=I•R₅+U₁₁, (где U₁₁ - остаточное напряжение между замкнутыми выводами X ключа 11), т.е. при U=U_n на выходе компаратора 10 возникает импульс, устанавливающий триггер 1 в начальное положение, задающее формирователю исходное состояние.When a generated pulse arrives at the input of the device, trigger 1 switches to another position - the signal "1" acts on the first output, and the signal "0" acts on the second output. In this case, the switching outputs X of the chopper 3 are closed, and the switching outputs X of the keys 6 and 9 are opened. The current I ₀ of the current source 2 after the chopper 3 branches out into two values: the current I ₁ flowing through the first branch - the capacitor C ₄ and the resistor R ₅ , and the current I ₂ flowing through the second branch - the resistor R ₇ and the capacitor C ₈ . In the shaper circuit, the values C ₄ = C ₈ and R ₅ = R _{7 are} accepted. As a result, I ₁ = I ₂ = I and 2I = I ₀ . The voltages on the capacitors 4 and 8 increase with almost constant slope, starting from the values of the residual voltages U ₄ and U ₈ on the latter, and voltage drops U ₅ = I • R ₅ and U ₇ = I • R ₇ are created on the resistors 5 and ₇ , and since R ₅ = R ₇ , then U ₅ = U ₇ . Since the parameters of the same elements of the branches are assumed identical, it is assumed that the values of currents I ₁ and I ₂ in the process of charging capacitors 4 and 8 remain equal to each other. When the voltage U = I • τ / C + U _{8 is} reached on the capacitor 8, which is equal to the reference U _n = I • R ₅ + U ₁₁ , (where U ₁₁ is the residual voltage between the closed terminals X of key 11), i.e. when U = U _n, an impulse arises at the output of comparator 10, which sets trigger 1 to its initial position, which sets the former condition to the former.

Так как ключи 6, 9 и 11 размещены в одном корпусе микросхемы (564КТЗ), то можно предположить, что U₆=U₄=U₉=U₈=U₁₁.Since the keys 6, 9 and 11 are located in the same housing of the microcircuit (564KTZ), it can be assumed that U ₆ = U ₄ = U ₉ = U ₈ = U ₁₁ .

Длительность τ импульса, сформированного формирователем, в этом случае будет равна τ = R₅-C₈.The duration τ of the pulse generated by the shaper, in this case, will be equal to τ = R ₅ -C ₈ .

Таким образом, в предлагаемом формирователе высокая стабильность длительности формируемого импульса достигается путем компенсации остаточного напряжения на конденсаторе 8 (времязадающий конденсатор) остаточным напряжением постоянно открытого ключа 11. Так как ключи 6, 9, 11 размещены в одном корпусе микросхемы, то можно принять, что изменения остаточных напряжений на последних при воздействии внешних возмущающих факторов будут одинаковы. Thus, in the proposed driver, a high stability of the duration of the generated pulse is achieved by compensating for the residual voltage on the capacitor 8 (time-setting capacitor) with the residual voltage of the permanently open switch 11. Since the keys 6, 9, 11 are located in the same housing of the chip, it can be accepted that the changes residual stresses on the latter under the influence of external disturbing factors will be the same.

Экспериментальная поверка 4 макетных образцов предлагаемого формирователя показала, что относительная нестабильность длительности τ не превышает ±(0,15-0,17)•10^-5.The experimental verification of 4 prototypes of the proposed shaper showed that the relative instability of the duration τ does not exceed ± (0.15-0.17) • 10 ^-5 .

Изменения длительности импульса при изменении напряжения питания на ±2B (при напряжении питания 12 В) практически отсутствуют. Changes in the pulse duration with a change in the supply voltage by ± 2B (with a supply voltage of 12 V) are practically absent.

Claims

A pulse shaper containing an RS trigger, the first input and first output of which are respectively the input and output of the device, a current source connected in series, a current chopper whose control input is connected to the first output of the RS trigger, the first capacitor and first resistor, one of which connected to a common power bus, the first controlled key, the switching terminals of which are connected to the terminals of the first capacitor, and the control input is connected to the second output of the RS-trigger, the second resistor, one of you the water of which is connected to the output of the current chopper, a second capacitor, one of the terminals of which is connected to the other terminal of the second resistor, and the other terminal to a common bus, a second controlled key, the switching terminals of which are connected to the terminals of the second capacitor, and the control input is connected to the second output RS - trigger, a comparator, the second input of which is connected to the first output of the second capacitor, and the output - with the second input of the RS - trigger, characterized in that it is additionally introduced a third managed key, the first switching terminal coupled to a first terminal of a first resistor, a second switching terminal - to the first input of the comparator, a control input connected to the pole (+) of the power supply.