Частотнозадающий орган электронного прибора времени

Частотнозадающий орган электронного прибора времени

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроению , в частности к электронным приборам времени. Цель - повышение КПД и надежности в работе. Устройство содержит источник напряжения постоянного тока с шиной 1 нулевого потенциала и потенциальной питающей шиной 2, опорный р-канальный транзистор 3 вспомогательный р-канальный транзистор 4, резисторы 5-8, п-ка|нальный транзистор 9 форсажа, делитель 10 частоты, регулирующий п-канальный транзистор 11, генератор 12 емкостного тока, опорный п-канальный транзистор 13, вывод 14 для подключения потенциального вывода нагрузки, промежуточную потенциальную шину 15. Шина 16 управления крутизной коэффициента усиления, шина 17 управления обратной связью и шина 18 управления режимом относятся к кварцевому генератору 19, в состав которого входят также усилительный р-канальный транзистор 20, усилительный n-канальный транзистор 21, кварцевый резонатор 22, конденсаторы 23, 24, ри n-канальный транзисторы 25 и 26 обратной связи. Генератор 12 емкостного тока, инвертирующий усилитель на транзисторах 20, 21 и транзисторы 25, 26 охвачены общей токовой обратной связью. Отсутствие шунтирования входа инвертирующего усилителя в линейной области его работы и приближение формы выходного сигнала к синусоидальной за ючет шунтирования входа при приближении усилителя к ключевому режиму позволяют использовать в кварцевом генераторе 19 усилитель с меньшей крутизной, а следоватетельно, дополнительно уменьшить потребляемую мощность устройства. Надежный запуск генератора 19 предопределяется выбором оптимального рабочего участка временной зависимости крутизны коэффициента усиления. 2 ил (Я ел ОЭ Јь

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН

09) (И) (sa)s G 04 (т 3/00 му,ч ч (, t ..j «с)gg "1 Ю

«

31ЕАА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4769473/07 (22) 14.11.89 (46) 23.12.91. Бюл. V 47 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Электронприбор" (72) Е.И.Андреев, И.М.Грудников и С.В.Маеркович (53) 681.!1(088.8) (56) Патент Великобритании 11 2000338, кл. r, 04 G 3/00, 1979 °

Авторское свидетельство СССР

Н 1345165, кл, G 04 С 3/00, 1985. (54) ЧАСТОТНО-ЗАДАЮЩИЙ ОРГАН ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА ВРЕМЕНИ (57) Изобретение относится к приборостроению, в частности к электронным приборам времени. Цель — повышение

КПД и надежности в работе. Устройство содержит источник напряжения постоянного тока с шиной 1 нулевого потенциала и потенциальной питающей шиной 2, опорный р-канальный транзистор 3, вспомогательный р-канальный транзистор 4, резисторы 5-8, и-каIíàëüíûé транзистор 9 форсажа, делитель 10 частоты, регулирующий n-Канальный транзистор 11, генератор 12 емкостного тока, опорный и-канальный транзистор 13, вывод 14 для подключения потенциального вывода

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для исполь- . зования при реализации автономных наручных часов на интегральной микро,схеме (ИИС)«

2 нагрузки, промежуточную потенциальную шину 15, шина 16 управления крутизной коэффициента усиления, шина

17 управления обратной связью и шина 18 управления режимом относятся к кварцевому генератору 19, в состав которого входят также усилительный р-канальный транзистор 20, усилительный и-канальный транзистор 21, кварцевый резонатор 22, конденсаторы 23, 24, р- и и канальный транзисторы 25 и 26 обратной связи. Генератор 12 емкостного тока, инвертирующий усилитель на транзисторах 20, 21 и транзисторы 25, 26 охвачены общей токовой обратной связью. Отсутствие шунтирования входа инвертирующего усилителя в линейной области его работы и приближение формы выходногФ сигнала к синусоидальной за счет шунтирования входа при приближении усилителя к ключевому режиму позволяют испольэовать в кварцевом генераторе 19 усилитель с меньшей крутизной, а следоватетельно, дополнительно уменьшить потребляемую мощность устройства. Надежный запуск генератора 19 предопределяется выбором оптимального рабочего участка временной зависимости крутизны коэффициента усиления. 2 ил, Целью изобретения является повы-. шение КПД и надежности .в работе.

На фиг. 1 представлена функциональная схема описываемого частотнозадающего органа электронного при1700534 бора времени, на фиг.2 приведена зависимость времени запуска используемого кварцевого генератора от крутизны коэффициента усиления.

Устройство содержит источник напряжения постоянного тока с шиной нулевого потенциала и потенциальной питающей шиной 2, опорный р-канальный транзистор 3, вспомогательный р-канальный транзистор 4, резисторы 3-8, и-канальный транзистор 9

Форсажа, делитель 10 частоты, регулирующий и-канальный транзистор 11, генератор 12 емкостного тока (мост четырьMR коммутационными транзис орами, сглаживающим и двумя коммутируемыми конденсаторами), опорный и-канальный транзистор 13, вывод 14 для подключения потенциального вывода 20 ,нагрузки, промежуточную потенциаль т ную шину l5. Шина 16 управления кру, изной коэффициента усиления, шина

17 управления обратной связью и шина 18 управления режимом относятся 25 к кварцевому генератору 19, в состав которого входят также усилительный р-канальный транзистор 20, усилительный и-канальный транзистор 21, кварцевый резистор 22, конденсаторы 23, 24, р- и и-канальный транзисторы 25 и 26 обратной связи, Истоки и подложки опорного и вспомогательного р-канальных транзисторов 3 и 4 соеди.нены с шиной 1 нулевого потенциала.

У опорного и регулирующего и-канальных транзисторов 13 и 11 соответственно сток и затвор подключены к сто" ку вспомательногo р-канального транзистора 4, а соответственно .исток и сток соединены друг с другом.

Сток и-канального транзистора 9 форсажа подключен к стоку регулирующего и-канального транзистора 11.

Первый выходной вывод генератора 12 емкостного тока соединен с затвором опорного р-канального транзистора 3 и через резистор 5 - с его стоком, а потенциальный вывод подключен к потенциальной питающей шине 2, соединенной с подложками и-капального транзистора 9 Форсажа, регулирующего и-канального транзистора 11 и через резистор 6 - с истоком последнего.

Резистор 7 включен между истоком

55 и-канального опорного транзистора

13 и его подложкой, соединенной с промежуточной потенциальной шиной

15, Питающие выводы делителя 10 частоты соединены с питающей и промеI жуточной потенциальными шинами 2 и

15, входной сигнальный вывод - с первым входным выводом генератора 12 емкостного тока, один из выходных выводов - с выводом 14 для подключения потенциального вывода нагрузки, а другой выходной вывод - с затвором и-канального транзистора 9 форсажа . В кварцевом генераторе 19 исток и подложка усилительного р-канального транзистора 20 подключены к шине 1 нулевого потенциала, сток— к входному сигнальному выводу делителя 10 частоты, а затвор — к второму входному выводу генератора

12 емкостного тока. Исток усилительного и-канального транзистора 21 соединен с промежуточной потенциальной шиной 15, а сток и затвор соответственно со стоком и затвором р-канального усилительного транзистора 20.

Кварцевый резонатор 22 включен между объединенными затворами и стоками усилительных р-канального и и-канального транзисторов 20 и 21

1 соединенными соответственно через конденсаторы 23 и 24 с промежуточной потенциальной шиной l5. Резисстор 8 включен между потенциальной питающей шиной 2 и истоком и-канального транзистора 9 форсажа. Подложки р- и и-канального транзисторов 25 и 26 обратной связи соединены соответственно с шиной 1 нулевого потенциала и промежуточной потенциальной шиной 15, их истоки подключены K второму входному выводу ."енератора 12 емкостного тока, а стоки — к входному сигнальному выводу делителя 10 частоты. Шина 18 управления режимом соединена со стоком опорного р-канального транзистора 3 и затворами опорного и-канального транзистора 13 и и-канального транзистора 26 обратной связи, шина 17 управления обратной связьюс затворами опорного и вспомогательного р-канальных транзисторов 3 и 4 и р-канального транзистора 25 обратной связи, шина 16 управления крутизной коэффициента усиления — с подложкой усилительного и-канального транзистора ?1 и истоком и-канального опорного транзистора 13.

Второй выходной вывол генератора 12

1700534 емкостного тока подключен к проме" жуточной потенциальной шине 13.

Работает устройство следующим образом.

При подведении питающего напряжения к шинам 1, 2 с соответствующего выхода делителя 10 частоты на затвор транзистора 9 форсажа поступает отпирающий уровень напряжения, и вся часовая ИМС подключается к источнику через резистор 8, который ограничивает ток ИМС в режиме форсажа и уменьшает напряжение, передава,емое через транзистор 9. Уровень напряжения питания,. требующийся кварцевому генератору 19 для его надежного запуска в режиме форсажа ограничен не только снизу, но и евер ху. С ростом напряжения питания растет крутизна коэффициента усиления и тем самым изменяется условие баланса амплитуды и фазы колебаний генератора 19. Очевидно, что. степень компромисса между допустимыми. низким и высоким уровнями напряжения питания генератора 19 в момент его запуска в режиме форсажа определяется величиной резистора 8.Через фор" мируемый делителем 10 частоты промежуток времени, достаточный для выхода генератора 19 в стационарный режим колебаний, отпирающий импульс напряжения на затворе транзистора 9 заканчивается и генератор 19 переходит в рабочий режим с минимальным потреблением тока от источника питания всех блоков ИМС.

На генератор 12 емкостного тока с входа и выхода кварцевого генератора 19 поступают парафазные импульсы напряжения амплитудой., равной уровню питания на шине 15. Поскольку второй выходной вывод генератора 12 емкостного тока подключен непосредственно к шине 15 запираю; щий "нулевой" сигнал на входе или выходе генератора 19 обеспечивает нулевой уровень напряжения между затвором и истоком коммутационных транзисторов генератора 12 емкостного тока и исключает возможность протекания паразитного сквозного тока через последовательно включенные транзисторы, управляемые парафазным сигналом. Кроме того, ток генератора 12 протекает через резис-i тор 7 токовой обратной связи, что стабилизирует систему в целом и аополнител ьно снижает потребление тока, поскольку сдвигает в благоприятную сторону границу баланса между устойчивостью системы и потребляемой мощностью..

В рабочем режиме на затворах опорных р- и и-канального транзисторов 3 и 13 устанавливаются напряжения, близкие к значениям пороговых напряжений р- и и-канальных транзис- торов устройства. Эти уровни напряжения поступают на шины 17 и 18 и соответственно на затворы р-канального.и и-канального транзисторов 25 и 26 обратной связи кварцевого генератора 19. В работающем кварцевом генераторе 19 транзисторы 25 и 26 обратной связи основное время запер" ты и отпираются поочередно только в те моменты;. когда напряжение на выходе кварцевого генератора 19 становится равным либо нулевому потенциалу шины 1, либо потенциалу

25 шины- 15. Иными словами транзисторы 25 и 26 обратной связи управляются напряжением на их истоках. Они за" перты до тех пор, пока инвертирующий усилитель (на транзисторах 20 и 21) находится в линейной области..

Естественно, в это время шунтирование входного сигнала транзисторами 25 и 26 обратной связи не просходит, Транзисторы 25 и 26 отпираются как раз тогда, ко да усили,тель выходит иэ линейной области и

:работает в режиме ключа, Открытые в. эти моменты времени транзисторы 25 и 26 способствуют максимально быстрому выходу усилителя из ключевого режима, чтр делает форму выходного сигнала близкой к синусоидальной.

Синусоидальная или близкая к синусоидальной форма импульса по срав45 нению, например, с прямоугольной обуславливает меньшее токовое потребление кварцевого генератора 19 от источника питания.

Таким образом, отсутствие шунтирования входа инвертирующего усилителя в линейной области его работы и приближение формы выходного сигнала к синусоидальной за счет шунтирования входа тогда, когда усилитель переходит. в ключевой режим, позволяют использовать в кварцевом генераторе 19 усилитель с меньшей крутизной а следовательно, дополнительно уменьшить потребляемую

? 1700534 мощность устройства. Расчет парамет/ ров подобного кварцевого генератора показывает, что его ток потребления состоит из линейного тока потребления, сквозного тока усилителя и тока нелинейных искажений.

Линейный ток потребления зависит от напряжения питания, качества ,кварцевого резонатора и крутизны ,.усилителя. Сквозной ток обусловлен

10 . одновременным прохождением тока че,рез р- и и-канальный транзисторы.

) Ток нелинейных искажений вызывает. ся несинусоидальной формой выходного сигнала усилителя из-за работы

15 усилительного каскада в режиме отсечки, Ток нелинейных искажений и сквозной ток являются бесполезной тратой энергии и не способст,вуют поддержанию колебаний в сис20 теме, поскольку резонатор слу)//ит, фильтром и отфильтровывает не основные гармоники. Чем выше крутиз-

1 на усилителя, тем более прямоуголь ной оказывается форма выходного сиг| нала,. тем больше вклад высоких гармоник и выше ток нелинейных искажений, В стационарном режиме колебаний

:кварцевого генератора 19 на шину 16 и. следовательно, на подложку усили,тельного и-канального транзистора

,.21 поступает управляющий сигнал, равный падению напряжения на резис торе 8 токовой обратной связи, Этот сигнал смещает подложку транзистора 21 относительно его истока и тем самым меняет крутизну характеристики усилителя. Результаты расчетов, а

40 также экспериментальных измерений приведенного варианта кварцевого генератора (емкоатной трехточки). 19 показывают, что существует диапазон крутизны усилителя, в котором возможен запуск и стационарные колебания .кварцевого генератора 19.

График характерной зависимости времени запуска кварцевого генератора от крутизны коэффициента усиления (см.фиг.2) показывает, что для

50 надежного и быстрого запуска кварцевого генератора 19 крутизна должна быть в пределах

Б S

Под влиянием каких-либо дестабилизирующих факторов, например температуры, может произойти уменьшение амплитуды колебаний кварцевого генератора 19, что сразу же вызовет уменьшение тока потребления устройства и падения напряжения на резисторе 8. Это приводит в свою очередь к отпиранию управляющего и-канального транзистора 21 за счет уменьшения напряжения смещения подложки и, как следствие, к компенсирующему увеличению амплитуды колебаний кварцевого генератора 19 °

Формула изобретения

Частотно-задающий орган электронного прибора времени, содержащий источник напряжения постоянного тока с потенциальной питающей шиной и шиной нулевого потенциала, опорный и вспомогательный р-канальные транзисторы, истоки и подложки которых соединены с шиной нулевого потенциала, опорный и регулирующий и-канальные транзисторы, у которых соответственно сток и затвор подключены к стоку вспомогательного р-канального транзистора, а соответственно исток и сток соединены друг с другом, и-канальный транзистор форсажа, сток которого подключен к стоку регулирующего ll †канального транзистора, -генератор емкостного тока, первый выходной вывод которого соединен с затвором опорного р-канального транзистора и через первый резистор — с его стоком, а потенциальный вывод подключен к потенциальной питающей шине, соединенной с подложками и-канальнсго транзистора Форсажа, регулирующего и-канального транзистора и через второй резистор - с истоком последнего, третий резистор, включенный между истоком и-канального опорного транзистора и его подложкой, соединенной с промежуточной потенциальной шиной, делитель частоты, питающие выводы которого соединены с питающей и промежуточной потенциальными шинами, входной сигнальный вывод - с первым входным выводом генератора емкостного тока, один из выходных выводов - с выводом для ,подключения i потенциального вывода нагрузки, а другой выходной выводс затвором п-канального транзистора форсажа, кварцевый генератор, включающий в себя усилительный р-канальный транзистор, исток и под» ложка которого подключены к шине нулевого потенциала, сток - к входному сигнальному выводу делителя частоты, а затвор - к второму входному выводу генератора емкостного тока, усилительный п-канальный транзистор, исток которого соединен с промежуточной потенциальной шиной, а сток и затвор — соответственно со стоком и затвором рканального усилительного транзистора, кварцевый резонатор, включенный между объединенными затворами и стоками усилительных р-канального и и-канального транзисторов, соединенными соответственно через первый и второй конденсаторы с промежуточной потенциальной шиной, отличающийся тем,что, с целью повышения КПД и наденности

1 j0053 1 в работе, в него введен четвертый резистор,а кварцевый генератор снабжен р- и и-канальным транзисторами обратной связи, шинами управS ления обратнои связью. режимом и ч крутизной коэффициента усиления, причем четвертый резистор включен между потенциальной питающей шиной

10 и истоком и-канального транзистора

Форсажа, подлложки р- и и-канального транзисторов обратной связи соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и промежуточной потенциальной шиной, их истоки подкпючены к второму входному выводу генератора емкостного тока, а стоки к входному сигнальному выводу делите" ля частоты, шина управления режимом соединена со стоком опорного р"ка" нального,транзистора и затворами опорного и-канального транзистора и и-канального транзистора обратной связи, шина управления обратной

25 связью - с затворами опооного и вспомогательного р-канальных тран" зисторов и р-канального транзистора обратной связи, шина управления крутизной коэффициента усиления с подложкой усилительного и-канального транзистора и истоком п-канального опорного транзистора, а второй выходной вывод генератора емкост-! ногG тока подключен к промежуточpov потенциальной шине, 1

170С 534

®пуска

Редактор А.Бер

Заказ 4467 Тираж Порлисное

8НИИПИ Госудврственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113Э35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 191

Гоставитель Л.Морозов

Техрел А;Кравчук Корректор М.Самборская к4/р)