Нелинейный конденсатор

Нелинейный конденсатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у50 Н 03 Н 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3002164/18-21 (22) 31.10.80 (46) 30.06.83. Бюл. и 24 (72) Л.М.Губарев, А.З.Струков, А.Г.Хатунцев и Н.С.Малахов (71) Московский ордена Ленина авиационный институт им.Cepro Орджоникидзе (53) 621. 396. 662.1 (088.8) (56) 1. Берман Л.С. Нелинейная полупроводниковая емкость. M., Физматгиз, 1963, с.5-25, рис.10, с.33-38, рис.17, с.45-46, рис.21. .2. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. flep. с франц. Л., "Энергия", 1974, с.141, рис. 6-103. (54)(57) 1. НЕЛИНЕЙНИИ КОНДЕНСАТОР, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен через конденсатор с входной

„„SU„„1026284 А шиной устройства, неинвертирующий вход - с общей шиной, а неинвертирующий выход соединен с входной шиной через первый резистор и с неинвертирующим входом через второй резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициентта нелинейности вольт-фарадной ха рактеристики, в него дополнителЬНо введен блок управления, сигнальные входы которого соединены с выходами усилителя, аналоговые входы - с шинами пороговых напряжений, цифровые входы - с шинами кодов настройки, а выходы — с управляющими входами второго резистора, причем управляющий вход первого резистора соединен с шиной модулирующего напряжения, а оба резистора выполнены управляемыми.

1026284

25

2. Нелинейный конденсатор йо п.1, отличающийся тем, что в нем блок управления содержит два компаратора, два элемента выделения фронта, триггер, элемент задержки, элемент ИЛИ и три элемента И-НЕ, причем первые входы компараторов соединены с сигнальными входами блока, вторые входы - с аналоговыми входами блока, а выходы через элементы выделения фронта - с входами триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в перестраиваемых фильтрах и фазовращателях, частотных и фазовых модуляторах, а также в параметричес ких усилителях и генераторах.

Известны нелинейные конденсаторы, емкость которых нелинейно изменяется в зависимости от величины приложенного к ним управляющего напряжения f1), Недостатком таких конденсаторов является малая емкость, а также незначительный коэффициент нелинейности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее операционный,: усилитель, конденсатор .и два резистора, обладающее эквивалентной емкостью в К раз большей, чем емкость входяще" го в его состав конденсатора f2).

Однако устройство характеризуется недостаточной величиной коэффициента нелинейнооти его фольт-фарадной характеристики.

Цель изобретения - повышение коэффициента нелинейности вольт-фарадной характеристики конденсатора.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее операционный усилитель, инвертйрующий вход которого соединен через конденсатор с входной шиной устройства, неинвертирующий вход — с общей. шиной, а неинвертирующий выход соединен с входной шиной через первый первого элемента И-НЕ, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом первого компаратора, а выход - с первым входом второго элемента

И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока, с вторым выходом которого соединен выход третьего элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом второго компаратора, а вторые входы элемента ИЛИ, второго и третьего элементов

И-HE соединены с цифровыми входами блока.

2 резистор и с неинвертирующим входом через второй резистор, дополнительно введен блок управления, сигнальные входы которого соединены с выходами усилителя, аналоговые входы- . с шинами пороговых напряжений, цифровые входы - с шинами. кодов настройки, а выходы -. с управляющими входами второго резистора, причем управляю10 щий вход первого резистора соединен с шиной моделирующего напряжения, а оба резистора выполнены управляемыми.

Кроме того, блок управления содержит два компаратора,два элемента выf5 деления фронта, триггер, элемент за держки, элемент ИЛИ и три элемента

И-НЕ, причем первые входы компараторов соединены с сигнальными входами блока управления, вторые входы - с аналоговыми входами олока управления, а выходы - с входами элементов выделения фронта, выходы которых со единены с входами триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого через .элемент задержки соединен с выходом первого компаратора, а выход - с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, с вторым выходом которого соединен выход третьего элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом второго компаратора, а вторые входы элемен1026284 з та ИЛИ, второго и третьего элементов И-НЕ соединены с цифровыми входами блока управления.

На фиг.l приведена блок-,схема нелинеиного конденсатора; на фиг.2 - 5 вольт-фарадные характеристики в зависимости от управляющих напряжений на входах блока управления.

Нелинейный конденсатор содержит операционный усилитель 1, блок управления, содержащий два компара-, тора 2 и 3, элемент 4 задержки, два элемента 5 и 6 выделения фронта, триггер 7, элемент ИЛИ 8 и три элемента И-НЕ 9-11, два управляемых ре- 15 зистора 12 и 13, конденсатор 14,входную шину 15, шины 16-18 кодов настройки, шину 19 модулирующего напряжения, шины 20 и 21 пороговых напряжений. 20

Неинвертирующий вход. операционного усилителя lсоединен с общей шиной,инвертирующий вход соединен через конденсатор 14 с входной шиной 15,а егоинвертирующий и неинвертирующий выходы подклю25 чены к входам коммутаторов 2 и 3 соот-. ветственно. Выход компаратора 2 подключен через элемент 6 выделения фронта к первому входу триггера 7 и непосредственно к первому входу элемента зО

И-НЕ 11. Выход компаратора 3 подключен через элемент 5 выделения фронта к второму входу триггера 7 и через элемент 4 задержки к второму входу элемента И-HE 9, выход которого сое35 динен с первым входом элемента И- НЕ

10. К входам элемента ИЛИ 8 подключены выход триггера 7 и шина 16 кодов настройки, а его выход соединен с первым входом элемента И-НЕ 9.

Вторые входы элементов И-HE 10 и

11 соединены с шинами 17 и 18 кодов настройки соответственно. Выходы элементов И-НЕ 10 и 11 подключены к входам управления резистора 12, который 45 включен между неинвертирующим выхо- . дом и инвертирующим входом операционного усилителя .1. Неинвертирующий выход операционного усилителя 1 соединен также с входной шиной

15 через управляемый резистор

13, вход управления которого подключен к шине 19: модулирующего напряжения. Управляющие входы компараторов 2 и 3 подключены соответственно к шинам 20 и 21 пороговых напряжений.

Нелинейный конденсатор работает следующим образом.

На входную шину 15 подается вход. ное напряжение U,íà шины 20 и 21 пороговые; напряжения 0п и 0 nope на шины 16-18 - цифровой код управления, состоящий из напряжений Оу1

0y Ä0, а на шину 19 - необходимое модулирующее напряжение Цм. Величина емкости, приведенной к входу устройства, определяется соотношением

С=с

I где С - емкость конденсатора 14;

R и Rg - сопротивления управля- . емых резисторов 12 и 13 соответственно. Поэтому в зависимости от комбинации управляющих напряжений

U,0 2, 0 (кода настройки) могут быть получены различные виды зависимостей сопротивления управляемого резистора )2 от U@ и, соответствен-! но, различные виды вольт-фарадных характеристик С (U<>) с высоким коэф.

1 фициентом нелинейности.

Для получения вольт-фарадной характеристики (фиг.2а ) на шины .16-18 управления подается код настройки

000 (или 100), и, следовательно, на входы управления управляемого резистора 12 поступает код 11 (например, высокие уровни напряжения ), которому соответствует определеййая величина сопротивления этого резис-, тора. В области значений)0 „1 1() х „ амплитудная характеристика сбалансированного операционного усилителя 1 линейна, функция К(О х); — const, а следовательно, и С(0вх,) = const.

При j U p J ) Овх),ох! операционный усилитель входит в режим ограничения и функция K (U > ) имеет спад. В этом случае вольт-фарадная характеристика устройства - С(0 „) имеет аналогичный вид четной функцйи.

Для получения вольт-фарадной характеристики (фиг.2о)на шины 16, 18 и 17 управления подается код настройки 001 (или 101) и на входы управления, резистора 12 поступает код 10, которому соответствует также определенная величина сопротивлвния этого резистора, а следовательно, и определенная величина К(мах)и

С(Ору). Если U > превысит величину

„11(, компаратор 2 скачком уменьшит величину .своего выходного напряжения с уровня, соответствующего логической "1", до уровня, соответ026284 6

Аналогично получаются вольт-фарад.ные характеристики при по 1аче кодов

15 настройки 110 и 111 (фиг. 2 в, г) .

Пля получения вольт-фарадной характеристики (Фиг.?Д)на шины 16-18 уп ра вл ения подается код наст рой ки

010 и на входы управления резистора

12 поступает код 11, поскольку при малых Ор1 у кампараторов 2 и 3 на выходах присутствуют сигналы, соответствующие логической "1", на выходе триггера 7 также присутствует сигнал логической "1" и, следовательно, на выходе элемента И-НЕ 9 — логический

"0". Сопротивление резистора 12, коэффициент усиления К1 и имитируемая емкость. имеют определенные величины.

Зо

При увеличении напряжения Ll> доЦ „(g срабатывание компаратора 2 не приводит к уменьшению величины сопротивления резистора 12, так как сигнал, поступающий на один вход элемента

И-НЕ 11 оказывается блокированным (логический "0" на его втором входе

Uyy), а изменения состояния триггера

7 не происходит, поскольку элементы

5 и 6 выделения фронта. выделяют только передний фронт положительного импульса.

При достижении входным напряжением величины О„ю фсрабатывает компаратор 3 и логический "0" с его выхода через элемент 4 задержки поступает на элемент И-НЕ 9, с выхода которого логическая "1" поступает далее на элемент И-НЕ 10. На 50 выходе элемента И-НЕ 10 появляется сигнал, соответствующий логическому

"О"., что приводит к резкому увеличению сопротивления резистора 12 и соответствующему увеличению ко.> Фи- 55 циента усиленич (Ао К )и имитируемой емкЬсти. Дальнейшее увеличение U y, фо 01 1„1щ)не приводит к изменению ве45

5 1 ствующего логическому "0", и на входы управления резистора 12 будет подан код 11. Величина сопротивления резИстора 12 скачком увеличивается, что приведет к скачкообразному увеличению К

C(Ugq). Дальнейшее увеличение 0уу () не приводит к уменьшению до величины емкости. При уменьшении U g до U (K произойдет обратное срабаты вание компаратора 2 и величина мкости примет свою исходную величину. личины емкости. При уменьшении (J pg (от ®» @gal ) и достижении величины11 происходит возвращение

-ЪО компаратора 2 в исходное состояние, элемент 5 выделения фронта вырабатывает соответствующий этому положительному перепаду напряжения короткий импульс, который вызывает срабатывание триггера 7. Поскольку логический "0" с выхода триггера

7 поступает через элемент AJ114 8 на один вход элемента И-НЕ 9 раньше чем логическая "1" с выхода компаратора 3 через элемент 4 задержки на другой вход элемента И-НЕ 9, то изменения сигнала на выходе этого элемента не происходит, следовательно, не изменяется и емкость.

При дальнейшем уменьшении l38 и достижении величины 0 (происходит б л возвращение компаратора 2 в исходное состояние, элемент 6 выделения фронта вырабатывает короткий импульс

J который вызывает возвращение триггера 7 в Исходное состояние. В результате этого на выходе элемента

И-НЕ 9 появляется сигнал, соответствующий логическому "0", а на выходе. элемента И-НЕ 10 - логической "1", сопротивление резистора 12 скачком уменьшается до исходной величины, коэффициент усиления уменьшается до величины K которой соответствует исходная величина имитируемой емкости.

При разбалансировке операционного усилителя 1 могут быть получены вольт-фарадные характеристики, смещенные поОротносительно исходных характеристик.

В соответствии с поданным на шину

19 модулирующим напряжением от генератора импульсов специальной формы меняется сопротивление управляемого резистора 13, а следовательно, и величина имитируемой емкости. Например, при подаче на шину 19 прямоугольных импульсов напряжения получается изменение величины емкости (Фиг,2е) во времени по ; при подаче импульсов пилообразной формы получается гиперболический закон (Фиг.2К)изменения емкости, а при подаче импульсов гиперболическ и формы — линейный закон (иг.2 ) изменения емкости во времени.

Применение изобретени позволяет получить коэффициенты нелинейности

26284 и„

hack. йеах хх аах

gal mar

Кщi t к

ug„ а ц ви д ц

Et з frf

ВНИИПИ Заказ 4575/48 Тираж 936 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 10 вольт-фарадных характеристик нелинейного конденсатора порядка единиц-де- сятков процентов на милливольт при величине емкости порядка единиц и десятков фарад с коэффициентом пере . крытия по емкости !0-50. Нелинейный конденсатор может применяться частотных и фазовых модуляторах,перестраиваемых фильтрахинфранизких частот, управляемых фазовращателях и особенно перспективно его использование в инфранизкочастотных параметрических уси.

5 лителях и генераторах, поскольку при этом вследствие высокого коэффициента нелинейности повышается, их пд.