RU2239280C2 - Linearly varying voltage pulse shaper - Google Patents
Linearly varying voltage pulse shaper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239280C2 RU2239280C2 RU2002117807/09A RU2002117807A RU2239280C2 RU 2239280 C2 RU2239280 C2 RU 2239280C2 RU 2002117807/09 A RU2002117807/09 A RU 2002117807/09A RU 2002117807 A RU2002117807 A RU 2002117807A RU 2239280 C2 RU2239280 C2 RU 2239280C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- amplifier
- capacitor
- pulse shaper
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
- Pulse Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в приборостроении и автоматике для формирования напряжения пилообразной формы блоков развертки, аналого-цифровых преобразователей, широтно-импульсных модуляторов, устройств управляемой задержки и т.п.The invention relates to the field of pulsed technology and can be used in instrumentation and automation to generate sawtooth voltage of sweeps, analog-to-digital converters, pulse-width modulators, controlled delay devices, etc.
Известен формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения (см., например, кн. Бондарь В.А. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1988, с. рис. 2-10), содержащий формирователь тока, конденсатор и ключ. Выходное напряжение формирователя формируется путем заряда конденсатора током, создаваемым формирователем тока. Недостатками этой схемы является малое значение коэффициента использования напряжения питания, ограниченное падением напряжения на формирователе тока и составляющее 0,5-0,8, а также малая нагрузочная способность.Known pulse generator of a linearly varying voltage (see, for example, Prince Bondar VA Generators of linearly varying voltage. M: Energoatomizdat, 1988, p. Fig. 2-10), containing a current former, capacitor and key. The output voltage of the shaper is formed by charging the capacitor with the current generated by the current shaper. The disadvantages of this scheme is the small value of the coefficient of utilization of the supply voltage, limited by the voltage drop at the current conditioner and amounting to 0.5-0.8, as well as a small load capacity.
Известен формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения (см., например, кн. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные устройства: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп., М.: Советское радио, 1980, стр. 250-254, рис. 9-16), содержащий усилитель, последовательную RC-цепь, средняя точка которой подключена к входу усилителя, и дополнительный конденсатор, включенный между выходом усилителя и резистором RС-цепи. Благодаря применению усилителя формирователь имеет высокую нагрузочную способность. Недостатком такой схемы является также малое значение коэффициента использования напряжения питания, определяемое характеристиками выходного каскада усилителя и не превышающее 0,8-0,9.Known pulse generator of a linearly varying voltage (see, for example, Prince Frolkin V.T., Popov L.N. Pulse devices: Textbook for high schools. - 3rd ed., Revised and additional, M .: Soviet radio , 1980, pp. 250-254, Fig. 9-16) containing an amplifier, a serial RC circuit, the midpoint of which is connected to the input of the amplifier, and an additional capacitor connected between the output of the amplifier and the resistor of the RC circuit. Due to the use of an amplifier, the shaper has a high load capacity. The disadvantage of this scheme is also the small value of the utilization factor of the supply voltage, determined by the characteristics of the output stage of the amplifier and not exceeding 0.8-0.9.
Наиболее близким к заявленному является формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения (см., например, кн. Бондарь В.А. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 48-49, рис. 2-21, 2-22), содержащий инвертирующий усилитель, конденсатор, включенный между входом инвертирующего усилителя и выходным выводом формирователя, а также узел формирования тока заряда и разряда конденсатора. Узел формирования тока заряда и разряда конденсатора может содержать резистор, включенный между входом инвертирующего усилителя и источником входного сигнала в виде постоянного напряжения, и ключ, соединенный параллельно с конденсатором и управляемый сигналом прямоугольной формы. При использовании источника входного сигнала прямоугольной формы ключ может отсутствовать. Упомянутый ключ может быть включен также между входом инвертирующего усилителя и дополнительным источником постоянного напряжения полярностью, противоположной полярности источника входного сигнала (см., например, кн. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные устройства: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп., М.: Советское радио, 1980, стр. 256-258, рис. 9-18, 9-19). Однако коэффициент использования напряжения питания, определяемый характеристиками выходного каскада усилителя, также не может быть получен больше единицы.Closest to the claimed one is a pulse shaper of a linearly varying voltage (see, for example, Prince V. Bondar. Generators of a linearly changing voltage. M: Energoatomizdat, 1988, pp. 48-49, Fig. 2-21, 2-22 ) containing an inverting amplifier, a capacitor connected between the input of the inverting amplifier and the output terminal of the former, as well as the unit for generating the charge and discharge current of the capacitor. The unit for generating the charge and discharge current of the capacitor may contain a resistor connected between the input of the inverting amplifier and the input signal in the form of a constant voltage, and a key connected in parallel with the capacitor and controlled by a rectangular signal. When using a rectangular input source, the key may not be present. The mentioned key can also be connected between the input of the inverting amplifier and an additional source of constant voltage with polarity opposite to the polarity of the input signal source (see, for example, Prince Frolkin VT, Popov LN Pulse devices: Textbook for high schools. - 3 -th ed., revised and enlarged, Moscow: Soviet Radio, 1980, pp. 256-258, Fig. 9-18, 9-19). However, the utilization factor of the supply voltage, determined by the characteristics of the output stage of the amplifier, also cannot be obtained more than unity.
Задачей изобретения является увеличение коэффициента использования напряжения питания.The objective of the invention is to increase the utilization of the supply voltage.
Решение задачи достигается тем, что в формирователе импульсов линейно изменяющегося напряжения, содержащем инвертирующий усилитель, первый конденсатор, включенный между входом инвертирующего усилителя и выходным выводом формирователя, узел формирования тока заряда и разряда первого конденсатора, введены второй конденсатор, включенный между выходом усилителя и выходным выводом формирователя, элемент сопротивления, включенный между выходным выводом формирователя и источником питания, а также транзистор, эмиттер которого подключен к выходу усилителя, коллектор - к выходному выводу формирователя, а база - к дополнительному источнику напряжения. Элемент сопротивления может быть выполнен в виде стабилизатора тока, последовательно соединенного с диодом. Формирователь может быть снабжен узлом фиксации нулевого уровня выходного напряжения. Упомянутый узел фиксации нулевого уровня выходного напряжения может быть выполнен в виде двух соединенных встречно последовательно и включенных между входом усилителя и выходным выводом формирователя диодов, общая точка которых через резистор соединена с источником напряжения смещения.The solution to the problem is achieved by the fact that in a linear voltage pulse shaper containing an inverting amplifier, a first capacitor connected between the input of the inverting amplifier and the output terminal of the shaper, a unit for generating a charge and discharge current of the first capacitor, a second capacitor connected between the amplifier output and the output terminal is introduced shaper, a resistance element connected between the output terminal of the shaper and the power source, as well as a transistor, the emitter of which is connected to the amplifier output, the collector to the output terminal of the driver, and the base to an additional voltage source. The resistance element can be made in the form of a current stabilizer connected in series with a diode. The shaper can be equipped with a node for fixing the zero level of the output voltage. The said node for fixing the zero level of the output voltage can be made in the form of two counter-connected in series and connected between the input of the amplifier and the output terminal of the diode former, the common point of which is connected through a resistor to a bias voltage source.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно снабжено вторым конденсатором, включенным между выходом усилителя и выходным выводом формирователя, элементом сопротивления, включенным между выходным выводом формирователя и источником питания, а также транзистором, эмиттер которого подключен к выходу усилителя, коллектор - к выходному выводу формирователя, а база - к дополнительному источнику напряжения. Элемент сопротивления может быть выполнен в виде стабилизатора тока, последовательно соединенного с диодом. Формирователь может быть снабжен узлом фиксации нулевого уровня выходного напряжения. Упомянутый узел фиксации нулевого уровня выходного напряжения может быть выполнен в виде двух соединенных встречно последовательно и включенных между входом усилителя и выходным выводом формирователя диодов, общая точка которых через резистор соединена с источником напряжения смещения.The claimed technical solution differs from the prototype in that it is equipped with a second capacitor connected between the output of the amplifier and the output terminal of the driver, a resistance element connected between the output terminal of the driver and the power source, as well as a transistor whose emitter is connected to the output of the amplifier, the collector to the output the output of the shaper, and the base to an additional voltage source. The resistance element can be made in the form of a current stabilizer connected in series with a diode. The shaper can be equipped with a node for fixing the zero level of the output voltage. The said node for fixing the zero level of the output voltage can be made in the form of two counter-connected in series and connected between the input of the amplifier and the output terminal of the diode former, the common point of which is connected through a resistor to a bias voltage source.
На фиг.1 приведен первый пример схемы предложенного формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения. Схема содержит инвертирующий усилитель 1 (А1), первый конденсатор 2 (С1), включенный между входом усилителя 1 и выходным выводом 3 формирователя, узел формирования тока заряда и разряда первого конденсатора 2, выполненный в виде резистора 4 (R1) и ключа 5 (S1), элемент сопротивления 6, включенный между выходным выводом 3 и источником питания Uпит, дополнительный конденсатор 7 (С2), включенный между выходом усилителя 1 и выходным выводом 3, а также транзистор 8 (VT1), включенный параллельно конденсатору 7. Управление ключом 5 осуществляется сигналом, подаваемым на управляющий вход 9. На вход 10 может подаваться как постоянное напряжение UВХ, так и импульсное с постоянным значением в течение прямого хода линейно изменяющегося напряжения. Элемент сопротивления 6 в данном примере выполнен в виде резистора 11 (R2) и последовательно включенного с ним диода 12. База транзистора 8 подключена к источнику дополнительного напряжения UДОП.Figure 1 shows the first example of the circuit of the proposed pulse shaper linearly varying voltage. The circuit contains an inverting amplifier 1 (A1), a first capacitor 2 (C1) connected between the input of the
На фиг.2 приведен второй пример схемы формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения. Эта схема содержит инвертирующий усилитель 1 (А1), первый конденсатор 2 (С1), включенный между входом усилителя 1 и выходным выводом 3, узел формирования тока заряда и разряда первого конденсатора, выполненный в виде резистора 4 (R1), элемент сопротивления 6, включенный между выходным выводом 3 и источником питания Uпит, дополнительный конденсатор 7 (С2), включенный между выходом усилителя 1 и выходным выводом 3, а также транзистор 8 (VT1), включенный параллельно конденсатору 7. База транзистора 8 подключена к источнику дополнительного напряжения UДОП. На вход 10 подается импульсное напряжение UВХ прямоугольной формы. Элемент сопротивления 6 в данном примере выполнен в виде последовательно соединенных диода 12 и стабилизатора тока на транзисторах 13 (VT2) и 14 (VT3). Значение стабилизируемого тока задается резистором 15 (R3). Узел фиксации нулевого уровня выходного напряжения выполнен в виде диодов 16 (VD2) и 17 (VD3), общая точка которых через резистор 18 (R4) подключена к источнику напряжения смещения UСМ.Figure 2 shows a second example of a pulse shaper circuit of a ramp voltage. This circuit contains an inverting amplifier 1 (A1), a first capacitor 2 (C1) connected between the input of the
На фиг.3 приведена временная диаграмма работы формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения, выполненного по схеме первого примера. Здесь 19 - напряжение на выходе усилителя 1, 20 - выходное линейно изменяющееся напряжение на выводе 3 предложенного формирователя.Figure 3 shows the timing diagram of the operation of the pulse shaper ramp voltage, made according to the scheme of the first example. Here 19 is the voltage at the output of the
На фиг.4 приведена временная диаграмма работы формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения, выполненного по схеме второго примера. Обозначения те же.Figure 4 shows the timing diagram of the pulse shaper ramp voltage, made according to the scheme of the second example. The designations are the same.
Формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения работает следующим образом. При полярности диода 12, показанной на приведенной схеме, на вход 10 подается напряжение UВХ отрицательной полярности, а напряжение питания UПИТ - положительной. Управляющий сигнал UУПР прямоугольной формы периодически синхронно изменяет состояние ключа 5. В течение времени обратного хода линейно изменяющегося напряжения ключ 5 замкнут, конденсатор 2 разряжен, и выходное напряжение 18 практически равно нулю. Часть тока элемента сопротивления 6 через ключ 5 на входе усилителя 1 создает положительный потенциал, в результате чего на выходе усилителя 1 формируется отрицательное напряжение, открывающее транзистор 8. Транзистор 8 пропускает через себя оставшуюся часть тока элемента сопротивления 6. Конденсатор 7 заряжается до напряжения, практически равного UДОП.The pulse generator ramp voltage operates as follows. When the polarity of the
В момент времени t0 начала прямого хода линейно изменяющегося напряжения ключ 5 размыкается и конденсаторы 2 и 7 начинают заряжаться током через элемент сопротивления 6, в данном случае резистор 11 и открытый диод 12. Благодаря усилительным свойствам усилителя 1 и отрицательной обратной связи через конденсатор 2 на выходе 3 формируется линейно нарастающее напряжение 20 UВЫХ. На интервале (t0-t1) времени ток элемента сопротивления 6 превышает значение, необходимое для нагрузки, подключенной к выводу 3, а также для заряда конденсаторов 2 и 7. "Излишек" тока течет через транзистор 8, который поддерживается в открытом состоянии низким потенциалом напряжения 19 на выходе усилителя 1. Конденсатор 7, заряжаясь, накапливает энергию.At time t 0 of the beginning of the forward stroke of the linearly varying voltage, the key 5 opens and the
В момент времени t1 ток элемента сопротивления 6 уменьшается настолько, что для поддержания тока нагрузки усилитель начинает увеличивать напряжение 19. Поэтому ток заряда конденсатора 7 уменьшается, а затем и меняет свое направление, создавая дополнительный ток в нагрузке. Энергия, запасенная конденсатором 7 в течение интервала обратного хода, обеспечивает увеличение напряжения 20 на выходе 3 даже после того, как в момент времени t2 напряжение 18 становится выше напряжения Uпит и диод 12 закрывается.At time t 1, the current of the
По окончании прямого хода в момент времени t3 ключ 5 открывается и разряжает конденсатор 2. Положительное напряжение, поступающее на вход усилителя 1, устанавливает на его выходе напряжение 19 отрицательной полярности, которое открывает транзистор 8. Схема переходит в исходное состояние и описанный процесс повторяется.At the end of the forward stroke at time t 3, the key 5 opens and discharges the
Формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения, выполненный по второму примеру схемы, работает следующим образом. В исходном состоянии (в течение времени обратного хода) под действием положительного напряжения UВХ на выходе усилителя 1 устанавливается отрицательное напряжение 19, которое открывает транзистор 8. Напряжение UСМ отрицательной полярности через резистор 18 открывает диоды 16 и 17. Ток через диод 16 благодаря отрицательной обратной связи устанавливается равным току резистора 4, а сумма токов через диод 17 и транзистор 8 составляют ток элемента сопротивлений 6. Так как падения напряжений на диодах 16 и 17 в этом случае практически равны, то и выходное напряжение 20 с достаточно высокой точностью можно считать равным нулю.The ramp pulse voltage generator, made according to the second example of the circuit, operates as follows. In the initial state (during the return time) under the influence of a positive voltage U BX , a
В момент времени t5 начала прямого хода напряжение UВХ становится отрицательным, что приводит к увеличению напряжения 20. В результате этого ток резистора 18 полностью течет через диод 17, а диод 16 закрывается. В дальнейшем процесс формирования прямого хода линейно изменяющегося напряжения протекает аналогично описанному в первом примере схемы формирователя. Отличие заключается только в том, что, благодаря малой зависимости стабилизированного тока элемента сопротивления 6 от выходного напряжения 20, момент времени t1 совпадает с моментом времени t2 (момент времени t6 на фиг.4). Это уменьшает разряд конденсатора 7, что обеспечивает еще большую амплитуду выходного напряжения 20, т.е. увеличивает коэффициент использования напряжения питания.At the time t 5 of the beginning of the forward stroke, the voltage U BX becomes negative, which leads to an increase in
Напряжение 20 в течение времени обратного хода формируется под действием положительной полуволны напряжения UВХ. При его прямоугольной форме напряжение 20 на интервале t7-t9 имеет линейную зависимость от времени. На интервале времени t7-t8 (пока UВЫХ>UПИТ) диод 12 закрыт и ток нагрузки создается усилителем 1 через конденсатор 7, который при этом продолжает разряжаться. В момент времени t8 диод 12 открывается и конденсатор 7 начинает заряжаться. Напряжение 19 в результате этого понижается с большей скоростью. В момент времени t9 напряжение 19 становится ниже напряжения UДОП и транзистор 8 открывается. После достижения напряжением 20 нулевого значения открывается диод 16 и на выходе 3 формирователя фиксируется нулевой потенциал.
Наиболее эффективно применение в предложенном устройстве операционных усилителей, но поставленная задача - увеличение коэффициента использования напряжения питания - решается и при использовании усилителей (на одном - трех транзисторах) со сравнительно небольшим коэффициентом усиления. От коэффициента усиления усилителя 1 зависит только нелинейность выходного напряжения 20.The most effective application of the operational amplifiers in the proposed device, but the task - an increase in the utilization factor of the supply voltage - is also solved by using amplifiers (on one or three transistors) with a relatively small gain. From the gain of the
Решение поставленной задачи - увеличение коэффициента использования напряжения питания - достигается благодаря включению в состав формирователя линейно изменяющегося напряжения конденсатора 7 с параллельным подключением транзистора 8, база которого подключена к источнику напряжения UДОП и элемента сопротивления 6. Выполнение элемента сопротивления 6, узла формирования тока заряда и разряда первого конденсатора 2, а также наличие узла фиксации нулевого уровня выходного напряжения представляют собой варианты построения схемы и могут быть применены в различных сочетаниях.The solution to this problem - increasing the utilization of the supply voltage - is achieved by including a linearly varying voltage of the
Предельное значение амплитуды UМ напряжения 20 в режиме холостого хода формирователя определяется напряжением питания, диапазоном изменения напряжения 19 и разрядом конденсатора 7 током заряда конденсатора 2The limit value of the amplitude U M of the voltage 20 in the idle mode of the shaper is determined by the supply voltage, the range of
UМ→ UПИТ-UД+(UДОП+UЭБ+UОГР)С2/(С1+С2),U M → U PIT -U D + (U DOP + U EB + U OGR ) C 2 / (C 1 + C 2 ),
где UД - падение напряжения на открытом диоде 12; UЭБ - падение напряжения на переходе эмиттер - база транзистора 8; UОГР - напряжение ограничения усилителя 1.where U D is the voltage drop across the
Таким образом, из вышеизложенного следует, что при достаточно большой емкости конденсатора С2, при которой разряд последнего мал (например, С2>10С1) и типовых характеристиках операционного усилителя, который целесообразно использовать в качестве усилителя 1, напряжение UМ может достигать 35-40 В, а коэффициент использования напряжения питания - значений 2,3-2,6. Это приводит к упрощению блоков питания, снижению веса, габаритных размеров и стоимости приборов и устройств с формирователями линейно изменяющегося напряжения.Thus, from the foregoing, it follows that with a sufficiently large capacitance of the capacitor C2, at which the discharge of the latter is small (for example, C2> 10C1) and the typical characteristics of the operational amplifier, which is advisable to use as
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002117807/09A RU2239280C2 (en) | 2002-07-02 | 2002-07-02 | Linearly varying voltage pulse shaper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002117807/09A RU2239280C2 (en) | 2002-07-02 | 2002-07-02 | Linearly varying voltage pulse shaper |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002117807A RU2002117807A (en) | 2004-03-10 |
| RU2239280C2 true RU2239280C2 (en) | 2004-10-27 |
Family
ID=33537039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002117807/09A RU2239280C2 (en) | 2002-07-02 | 2002-07-02 | Linearly varying voltage pulse shaper |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239280C2 (en) |
-
2002
- 2002-07-02 RU RU2002117807/09A patent/RU2239280C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БОНДАРЬ В.А. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 48 и 49, рис. 2-21, 2-22. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002117807A (en) | 2004-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20100231312A1 (en) | Oscillator Arrangement and Method for Generating a Periodic Signal | |
| US7750722B2 (en) | Charge pump circuit and nonvolatile memory | |
| US3033996A (en) | Voltage comparator having pulse generator operative when input voltage back-biases comparison diode | |
| US6812769B1 (en) | Switched charge multiplier-divider | |
| EP0621992A1 (en) | Feedback circuit for cmos high voltage generator to program (e)eprom-memory cells | |
| CN112099559B (en) | Internal power supply generating circuit | |
| JP2011259192A (en) | Multivibrator circuit and voltage conversion circuit | |
| CN110196430B (en) | Temperature compensation circuit and method applied to single photon array sensor | |
| US4165478A (en) | Reference voltage source with temperature-stable MOSFET amplifier | |
| US20230387105A1 (en) | Device with a High Efficiency Voltage Multiplier | |
| RU2239280C2 (en) | Linearly varying voltage pulse shaper | |
| RU2210856C1 (en) | Linearly varying voltage generator | |
| US5341035A (en) | Substrate potential generator | |
| CN108092579B (en) | Control circuit with temperature drift coefficient capable of being continuously adjusted in two directions and voltage regulator | |
| CN219802298U (en) | Double pulse generating circuit and gallium nitride dynamic test equipment | |
| RU2234802C2 (en) | Sawtooth voltage shaper | |
| CN219875468U (en) | Self-adaptive delay compensation current comparison circuit and switching power supply circuit | |
| CN114697583B (en) | Low-noise CCD time sequence driving circuit and driving method based on operational amplifier | |
| US20240186322A1 (en) | Driving circuit having a negative voltage isolation circuit | |
| WO2023106249A1 (en) | Module circuit and reservoir circuit | |
| SU207970A1 (en) | GENERATOR OF LINEAR VARIABLE VOLTAGE | |
| SU443463A1 (en) | Pulse generator | |
| SU705655A1 (en) | Sawtooth current generator | |
| KR19990080385A (en) | Voltage regulation circuit | |
| SU758497A1 (en) | Variable amplitude pulse shaper |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040703 |