SU993438A1 - Генератор импульсов с регулируемой скважностью - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ

12

Изобретение относитс  к импульсной технике и может использоватьс  в качестве генератора пр моугольных импульсов с регулируемой длительностью импульсов и регулируемой скважностью. Известен мультивибратор на операционном усилителе с дифференциальным входом с регулируемой скважностью, содержащий резистивный делитель в цепи положительной обратной св зи и интегрирующую цепь отрицательной обратной св зи, два дополнительных операционных усилител , причем один вход первого из них подключен к точке соединени  резистора и конденсатора интегрирующей цепи отрицательной обратной св зи, а выход соединен со второй обкладкой конденсатора и с одним входом основного операционного усилител , один.вход второго дополнительного операционного усилител  соединен с выходом резистивного делител  цепи положительной обратной св зи, а выход - со вторым входом основного операционного усилител  и со входом резистивного делител  цепи положительной обратной св зи, fipn этом вторые входы обоих дополнительных усилителей подключены к обшему выводу источников питани , к СКВАЖНОСТЬЮ

одному из входов.дополнительных операционных усилителей подключены выходы дополнительно введенных управл емых электронных ключей, управл ющие входы которых соединены с выходом основного операционного усилител  1.

Недостатком известного устройства  вл етс  сложность устройства, ко10 тора  в основном определ етс  наличием трех операционных усилителей.

Наиболее близкдал по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  генератор

15 ( мультивибратор), который содержит операционный усилитель,.конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилител  и общей шиной устройства, зар дную цепь,

20 состо щую из последовательно соеди- ; ненных первого регулируемого резистора и первого диода, причем анод первого диода подключен к выходу операционного усилител , а первый регули25 руемый резистор - к инвертирующему входу операционного усилител , разр дную цепь, подсоединенную парал- , лельно зар дной цепи и состо щую из последовательно соединенных второго

30 регулируемого резистЬра и второго диода, причем катод второго диода подсоединен к выходу операционного усилител , резистора, включенного между неинвертирующим входом операционного усилител  и общей шиной уст ройства, третьего регулируемого резистора , подсоединенного одним концом к неинвертирующему входу операционного усилител , а другим - к выходу операционного усилител  2. Регулировка скважности в прототипе осуществл етс  за счет изменени  величины сопротивлений первого и вто рого регулируемых резисторов. В зависимости от величины этих ре зисторов максимальна  скважность может быть Q SlOO, а минимальна  Qn,,.-i0i.I Вследствие того, что положительные и отрицательные пороговые напр жени  в прототипе равны и устанавливаютс  ОДНИМ и тем же регулируемым резистором, увеличение сопротивлени  этого резистора приводит к одновременному уменьшению как длительности положительного выходного имп льса, так и длительности отрицательного выходного импульса (уменьшение сопротивлени  третьего регулируемого резистора приводит к увеличению как длительности положительного выходного импульса, так и длительности отрицательного выходного импульса), поэтому третий регулируемый резистор не используетс  дл  изменени  скважности . Таким образом, недостатком прототипа  вл етс  небольшой диапазон скважности: , Р Ыи диапазон изменени  скважности прототипа; максимальна  величина сква жности прототипа; минимальна  величина скваж ности прототипа. Цель изобретени  - расширение диа пазона регулировани  скважности импульсов . Поставленна  цель достигаетс  тем что в генератор импульсов с регулируемой скважностью, содержащий операционный усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилител  и общей шиной устройства, зар дную цепь, сое то щую из последовательно соединенных первого регулируемого резистора и первогодиода, причем анод первого диода к выходу операционного усилител , а первый.регулируемый резистор к инвертирующему входу операционного усилител , разр дную цепь, состо щую из последовательно соединенных второго регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллель но зар дной цепи, причем катод второ го диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилител  и общей шиной, третий регулируемый резистор, подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу операционного усилител , введены третий диод, последовательно соединенные четвертый регулируемый резистор и четвертый диод, перва  и втора  управл еглые разр дные цепи, перва  и втора  управл ющие цепи, причем анод третьего диода подсоединен к второму выводу третьего регулируемого резистора, а катод соединен с анодом четвертого и с вьлходом операционного усилител , вывод четвертого регулируемого резистора подсоединен к первому выводу третьего регулируемого резистора, при этс  перва  управл ема  разр дна  цепь, содержаща  последовательно включенные п тый диод и второй резистор, и втора  управл ема  разр дна  цепь, содержаща  последовательно включенные шестой диод и третий резистор, подсоединены параллельно конденсатоРУч при этом анод диода соединен с катодом шестого диода, перва  управл юща  цепь, содержа.ща  последовательно включенные седьмой диод и четвертый резистор, и втора  .управл юща  цепь, содержаща  последовательно включенные восьмой диод и- п тый резистор, включены между выходом операционного усилител  и соответственно точкой соединени  п того диода с вторым резистором и шестого диода с третьим резистором, при этом анод седьмого диода соединен с катодом восьмого. Дл  расширени  диапазона регулировки скважности в известном генераторе необходимо обеспечить независимое регулирование порогов срабатывани  и и Uj и кроме того необходимо , чтобы длительность положительного выходного импульса t определ лась интервалом времени, когда напр жение на инвертирующем вхоДе Ug положительно, а длительность отрицательного выходного импульса t определ лась временем, когда напр жение на инвертирующем входе Ug отрицательно . Действительно., дл  увеличени  скважности необходимо уменьшить длительность полржительного импульса tJJ и увеличить длительность отрицательного импульса t. Дл  уменьшени  длительности положительного импульса t нужно уменьшить порог срабатывани  и , а дл  увеличени  длительности отрицательного импульса ti, нужно увеличить по абсолютному значению порог срабатывани  U. По в схеме известного генератора при уменьшении порогового уровн  ОД будет уменьшатьс  только часть длительности положительного выходного импульса t на интервале времени в то же врем  уменьшение Uf: будет уменьшать и длительность отрицательного импульса tjj на интервале По . этому скважность не изменитс . Бели же увеличивать по абсолютному эна чению nopbroBfcin уроввньЧ ,то дли1тельность отрицательного выходного импульса tJ4 увеличитс  (на интервале ), но также возрастает и длител ность положительного выходного импульса t (на интервале O-t), таким образом скважность также не изменнтс . Значит, раздельное регулировдние пороговых уровней Р/ и Uf, в исходной схеме будет мен ть только частоту колебаний, но не скважность. Бсли же отрезки времени O-tjH Ц-t свести к нулю или сделать их значительно меньше отрезков времени , и соответственнр, то тогда раздельное регулирование порогов ера батывани  позволит расширить диапазон регулировки сквсикности. Независима  регулировка порогов срабатывани  U и U достигаетс  путем введени  дополнительных цепей между выходом операционного усилител  и неинвертирующим входом его. На фиг. 1 представлена принципиальна  схема генератора импульсов с регулируемой скважностью; на фиг.2 временные диаграгФш/ по сн ющие прин цип действи  генератора. . Генератор импульсов содержит операционный усилитель 1/ конденсатор 2 первый регулируемый резистор 3, первый диод 4, второй регулируемый резистор 5, второй диод 6, первый рези тор 7, третий регулнрубмый резистор 8, третий диод 9/ четвертый регулируемый резистор 10, четвертый диод 11, п тый диод 12; второй резистор 13, шестой диод 14, третий резистор 15, седьмой диод 16, четвертый резис тор 17, восьмой диод 18, п тый резис тор 19, инвертирующий вход 20, неинвертирующий вход 21, выход 22. . На фиг. 2 прин ты следующие обозначени : и. - напр жение на инвертирующем входе 20; и„, - напр жение на выходе 22; Б - высокий уровень выходного на пр жени ; Е - низкий уровень выходного на пр жени ; Vf - пороговый уровень , соот ветствующий скачкообразному переключению выходного напр жени  из в выу - пороговый уровень Uj соот ветствующий скачкообразному переключению выходrforo напр жени  из Е,у в Е,у , . t - посто нна  времени второй уп равл емой разр дной ц«пи; pjj. - посто нна  времени первой управл емой разр дной цепи; tTj - посто нна  времени зар дной - посто нна  времени разрадиой . цепи} t - разр да конденсатора 2 i от о;: до йул ; t - врем  зар да конденсатора 2 от нул  до yi ; . t, - врем  разр да конденсатора 2 . 4 от и до нул ; Ьц - врем  зар да конденсатора 2 от нул  до up } икоировапные моменты времени; -временна  ось;. -длительность положительного выходного (шпульса; t. - длительность отрицательного выходного импульса. Генератор импульсов с регулируемой (Скважностью работает в автоколебательномрежиме следующим образом. Начнем рассмотрение с момента времени , прин того за нулевой на временных диаграммах (фиг. 2), когда на выходе 22 схемы высокий уровень выходного напр жени  При этом третий диод 9, второй диод 6 и восьмой диод 18 закрыты, а первый диод 4, четвертый диод 11 и седьмой диод 16 открыты. Открытое состо ние четвертого диода 11, включенного в цепь обратной св зи, обеспечивает на инвертирующем входе 21 пороговый уровень и|ц, определ емый высокю уровнем выходного напр жени  и коэффициентом обратной св зи по неинвертирующему входу Т-4 п, Л RT -- г. R - сопротивление первого резййто ра 7;; RJQ - сопротивление четвертого регулируемого резистора 10; ТГ - коэффициент обратной св зи по неинвертирующему входу. Вследствие того, что в рассматриаемый момент времени на выходе 22 схемы высокий уровень выходного напр жени  Ejt конденсатор 2 разр жаетс  от Uf« до нул  через вторую управл емую разр дную цепь, состо щую из последовательно соединенных третьего резистора шестого диода 14, с посто ннойвременит,: , где R - сопротивление третьего резистора 15; Се. - емкость конденсато1).

:При этом напр жение на инвертирующем входе 20 возрастает по эксперимент аль1ному закону с посто нной времениС ,(фиг. 2). В момент достижени  экспонентой нулевого уровн  (момент t (фиг. 2) конденсатор 2 начинает зар жатьс  от Еру через зар дную цепь., состо щую из первого диода 4 и первого peryjjHpyeMoro резистора 3, с посто нной времени tr t

.-гг -R,,-c,

где а сопротивление первого регулируемого резистора 3; С - емкость конденсатора 2. При этом напр жение на инвертирующем входе 20 возрастает по экспоненциальному закону с посто нной времени тг( Сфиг. 2). В момент достижени  экспонентой уровн  U (момент t фиг. 2) напр жение на выходе 22 скачком понижаетс  до значени  При этом закрываютс  первый диод 4, 11 и седьмой 16, а второй диод 6, третий диод 9 и восьмой диод 18 откпываютс . Открытое состо ние третьего диода 9, включенного в цепь обратной св зи, обеспечивает на неиивертирующем 21 отрицательный пороговый уровень Uj; , определ емый низким уровнем выходйого напр жени  iiкоэффициентом обратной св зи по .неинвертирующему в ход уJ- :

П .x Б2 , . 2- RT Rg где R- - сопротивление первого резис ора 7;

R - сопротивление третьего регулируемого резистора 8.

Вследствие того, что в рассматриваемый момент времени на выходе 22 схемы низкий уровень выходного напр жени  конденсатор 2 разр жаетс  от Uj: до нул  Г через первую управл емую разр дную цепь, состо щую из последовательно соединенных второго резистора 13 и п того диода 12, с посто нной времени Т :

ftC

,2.

где R - сопротивление второго резистора 13;

С - емкость конденсатора 2. При этом напр жение на инвертирующем входе 20 падает по экспоненциальному закону с посто нной времени Та (фиг. 2). В момент достижени  экспонентой нулевог.о уровн  (момент t на фиг. 2) конденсатор 2 начинает зар жатьс  от E(,,y через разр дную цвпь . состо щую из второго диода 6 и второго регулируемого резистора 5, с посто нной времени 2.5

--Р5-Са,

где R- - сопротивление второго регулируемого резистора 5; С/л - емкость конденсатора 2, При этом напр жение на инвертирующем входе 20 понижаетс  по экспоненциаль ному закону с посто нной времени Т. В момент достижени  |Экспо«внтой (уровн  ууг (момент t на фиг. 2) напр жение tia выходе 22 скачком повышаетс  до значени  E-vT... .

П .DVIA

Длительность положительных импульсов , формируемых схемой, определ етс  как

.-И

о.

,

где t врем  разр да конденсатора 5 ч. 2 от и йо нул ;

t - врем  зар да конденсатора 2 от нул  до и , так как эащаемс  t с ft / то длительность положительных импульсов равна

. -с Р

v.-ta.)

где R- - сопротивление первого регулируемогр резистора 3; 5 емкость конденсатора 2)

R-f- сопротивление первого резистора 7 ; R - сопротивление четвертого гулируемого резистора 10. 0 Длительность отрицательных импульсов определ етс  как ,

где tr - врем  разр да конденсатора

2 от Uyt, ДО нул  t - врем  зар да конденсатора

2 от нул  до UjT , так как задаемс  . то

%-),

4- -Г -, t-M-to. I

где R - сопротивление второго ре гулируемого резистора 5; емкость конденсатора 2; сопротивление первого резистора 7; R - сопротивление третьего регулируемого резистора 8, Скважность импульсов, генерируемых предлагаемой схемой определ етс  выражением

-% -t-.ri- - Максимальна  скважность будет при максимальных значени х второго 5 и четвертого 10 регулируемых резисторюв и при минимальных значени х первого 3 и третьего в регулируемых резисторов .

Если, как и в прототипе, вз ть SVioy OO ком, Ri RiwiM 1 кОм , и выбрать СГ - - о Минимальна  скважность получаетс  пр минимальных зна ени х второго 5 и четвертого 10 регулируемых резисторов и при максимальных значени х пер вого 3 и третьего 8 регулирувШ)1х ре ,зистрров. Если, как и в прототипе, вз ть . «ОМ кОм и выбрать , кО ком/ . -oQGl Hb. Таким образом/диапазон плавного:регул ровани  скважности в генераторе равен: где d - диапазон изменени  скважности; ,- максимальна  велич11на свва ности; ,- минимальна  величина скваж НОСТИ. образом, дл  независговой ре гулировки Uf в схему предлагаемого генератора (фиг. 1) введена цепь, состо ща  из четвертого регулируемого резистора 10 и четвертого диода 11, а дл  регулировки Up использует с  цепь, состо ща  из третьего- регулируемого резистора 8 и TpeTbeib диода Третий диод 9 открываетс  только при отрицательном напр жении на выходе , а четвертый диод 11 открываетс  только при положительной пол рнос ти выходного напр жени , что и обеспечивает независимость регулировки пороговых уровней и с помощью соответственно регулируемых резисторов 8 и 10. чтобы длительность поло Дл  того, житёльного выходного импульса оп редел лась интервалом времени, когда напр жение на инвертирукндем входе положительно, а длительность отрицательного выходного импульса J, определ лась временем, когда напр жение на инвертирующем входе (/ отрицательно, р схему генератора вве дены дополнительно две управл егше разр дные цепи, которые обеспечивают ускоренный разр д ко{1денсатора 2 до нул , в отрезки, времени O-t .и Таким образом. Введение независимой регулировки порогов срабатывани  и г введение двух управл е|4ых разр дных цепей позвол ют в пред лагаемс  генераторе (фиг. 1) сощественно расширить диапазон регулировки скважности. Формула .Изобретени  Генератор импульсов с регулируе .мойскважностью содержащий операцией ный усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилител  н общей {ниной, зар дную цепь, состо щую из псмследовательно соединенных первого рвгулируе-, мого резистора и первого диода, причем анод первого диода подкгаочен к выходу операционного усилител , а первый регулируемый резистор - к . инвертирующему входу операциЬиного усилител , разр дную , состо щую из последовательно соеищгненных второго регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллельно зар дной цепи,причем катод второго диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор,включайнмй между йенывертиру{ащим опер ационного усилител  и обцей-вшной,третий регулируемый резистор,подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу операционного усилител , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью расшшрени  диапазона регулировани  скважности .импульсов, в него введены третий диод, последовательно соединен четвертый регулируе влй резистор и четвертый диод, перва  и втора  управл емые разр дные цепи, перва  и втора  управл ющие цепи, причем ,. ...««„v««.« « анод третьего диода., подсоединен к второму выводу третьего регулируемого резистора, а катод соединен с анодом четвертого, и с выходом операционного усилител , вывод четвертого регулируемого резистора подсоединен к первенцу выводу третьего регулируемого; резистора, при этом перва  управл ема  разр дна  цепь, содержаща последовательно включенные п тый диод и второй резистор, и втора  управл ема  разр дна  цепь, содержаща  последовательно включенные шестой диод и третий резистор, подсоединены параллельно конденсатору,при этом анод п того диода соединен с катодом шестого диода, перва  управл юща  цепь, Содержаща  последовательно включенные седьмой диод и четвертый резистор , и втора  управл к да  цепь, содержаща  последовательно включенные восьмой диод и п тый резистор, включены между выходом операционного усилител  и соответственно точкой соединени  п того диода с вторым резистором и шестого диода с третьим резистором, при этом анод седьмого диода соединен с катодом восьмого. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 393802, кл. Н 03 К 1/00, 26.08.71. 2.ЩацС.Я. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах. М., Советское рааио , 1976, с. 149.

17 16

Ф«а / t±:kJIZnr:::

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Генератор импульсов с регулируе•мой скважностью,содержащий операцион- 65 ный усилитель, конденсатор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, зарядную цепь,' состоящую из последовательно соединенных первого регулируе-, мого резистора и первого диода, причем анод первого диода подключен к выходу операционного усилителя, а первый регулируемый резистор - к . инвертирующему входу операциЬнного 10 усилителя, разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных второго регулируемого резистора и второго диода, подсоединенную параллельно зарядной цепи,причем катод второго 15 диода подсоединен к аноду первого диода, первый резистор,включенный между неинвертируивдим входом операционного уси‘лителя и общей·шиной,третий регулируемый резистор,'подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования скважности .импульсов, в него введены третий диод, последовательно соединенные четвертый регулируемый резистор и четвертый диод, первая и 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 четвёртого, 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 пятого 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 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.