Формирователь прямоугольных импульсов
Патент 738127
Авторы
Классы МПК
Формирователь прямоугольных импульсов
Иллюстрации
Реферат
Союз Советскнх
Социалистических
Республик
-Д
ИЗОВРЕТЕН ИЯ
<1»738127 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву И 502492 (22) Заявлено 06 12 77 (21) 2551144j18 21 (51)М. в,л.
Н03 К 501 с присоединением заявки №
Государственный комитет
СССР (28) Приоритет
Опубликовано 30.05.80. Бтоллетень № 20 по дедам изобретений и открытий (53) УДК 621.373 (088.8) Дата опубликования описания 30.05,80 (72) Авторы изобретения
Г. И. Зайдман и М. С. Ройтман
Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового
Красного Знамени политехническом институте нм. C. М. Кирова (71 ) 3ая ви тел ь (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ
Изобретение относится к импульсной технике.
Для калибровок электронных вольтметров, во встроенных поверочных устройствах применяют источники прямоугольного напряжения, обладающие П-образной формой (напряжение меандра)., При П-образной форме все три значения напряжения: амттлитудное, действующее и среднее равны.
Основой калибратора прямоугольного на1О пряжения является формирователь. В формирователях прямоугольного напряжентгя преобразование постоянного напряжения в напряжение меандра осуществляется с помощью транзисторЙой ключевой схемы.
По основному авт. св. Р 502492, известен формирователь импульсов, который формирует напряжение меандра. Он содержит температурнокомпенсированные стабилитроны, переходный конденсатор, балластные резисторы диодного стабилизатора напряжения, транзисторные ключи и р-п-р и транзисторный ключ типа п-р-п, мультивибратор, симметричный триггер, две. ускоряющие ЯС-цепочки, и резисторы (1) 2
Принципиальным недостатком такого устройства является пониженная точность установки уровня выходного напряжения лри вариации сопротивления резистора нагрузки, что ограничивает область его изменения как эталонного или образцового источника напряжения меандра при калибровках электронных вольтметров, преобразователей амплитудного, действующего и среднего значений переменного тока.
Этот недостаток обусловлен значительным динамическим сопротивлением температурно-скомпенсированных стабилитронов. Если сопротивление резистора нагрузки будет изменяться, что .практически всегда имеет место, то изменится и уровень выходного напряжения формирователя прямоугольных импульсов.
Цель изобретения — повышение точности калибровки выходного уровня напряжения.
Поставленная цель достигается тем, что в формирователь прямоугольных импульсов по основному авт. св, NÐ 502492, содержащий температурно-скомпенсированные стабилитроны, переходный конденсатор, балластные резисторы диодного стабилизатора напряжения, ключи на
738127 транзисторах типа р-п-р и ключи на транзисторах типа п-р-п,; мультивибратор, симметричный триггер, две ускоряющие RC-цепочки и-резисторы, введены резйстор и операционный усилитель с делителем напряжения, включенных между выходом операционного усилителя и общим выводом его; средняя точка делителя напряжения соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к термоскомпенсированным стабили- 1о тронйй-й к одному иэ выводов вновь введенного резистора, второй выход которого соединен с переходным конденсатором и с общим выводом операционного усилителя, На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема формирователя прямоугольных импульсов; на фиг. 2 дана эквивалентная схема формирователя импульсов для мгноI венного значения напряжения.
Формирователь прямоугольного напряжения содержит мультивибратор 1, симметричный триггер 2, переходный конденсатор 3, ключ на транзисторе 4 тийа р-п-р, ключевое устройство
5 на стабилитронах 6 и 7; резисторе 8, операционном усилителе 9 с делителем напряжения на резисторах 10,,и 11, ускоряющие RC-цепочки на резисторах12, 13 и конденсаторах 14, 15-, резисторы 16, 17, 18, 19, ключи на транзисторе
20 р-п-р и ключ на транзисторе 21 и-р-п; резис. тор нагрузки 22.
Форйирбватель прямоугольных импульсов работает следующим образом.
Допустим, что в исходном состоянии ключ на транзисторе 4 выключен, тогда ключи на
1 транзисторах 20, 21 включены благодаря тому, что они охвачены положительной обратной связью. В этом случае ток от положительного вы"водЪ исто ника постоянного напряженйя к отри" -" цательному протекает по двум путям: через стабилитрон 6 и резистор 8, а также через резистор нагрузки 22 и выходное сопротивление операционного усилителя 9. (На выходе формирователя прямоугольных импульсов формируется отрицательный импульс напряжения; через эмиттер-базу транзистора 20, резистор 12 и конденсатор 14, далее через резистор 16, открытый транзистор 21.
Ток заряда переходного конденсатора 3 также протекает через резистор 16 и открытый транзистор 21.
С подачей в цепь базы транзистора 4 отрицательного перепада напряжения с триггера 2, работающего в ёйтйом режиме," бй включается
- "" — и входйт в режим насьпцения, базовая цепь транзистора 20 обесточивается,и последний вы5S ключается. Благодаря этому обесточивается базовая цепь транзистора 21, и он выключается. Конденсатор 3 разряжается через резистор 8 и стабилитрон 7. Это первая составля4 ющая тока. Вторая составляющая тока разряда конденсатора 3 обусловлена величиной сопротивления последовательно соединенных выходного сопротивления операционного усилителя 9 и резистора нагрузки 22. Обе составляющие тока протекают через насыщенный транзистор 4 и далее через резистор 19 к левой обкладке переходного конденсатора 3.
На выходе ключевого устройства 5 формируется положительный импульс напряжения.
Таким образом, в течение периода на выходе ключевого устройства 5 формируется напряже- ние меандра.
Чтобы уровень выходного напряжения формирователя прямоугольных импульсов не изменялся в допустимых пределах тока нагрузки, необходимо ввести в его выходную цепь источник напряжения, по значению равного падению напряжения йа динамическом сопротивлении стабилитронов. Под допустимыми пределами изменения тока в резисторе 22 нагрузки следует понимать пределы изменения тока стабилизации стабилитрона, в которых его динамическое сопротивление остается неизменным по величине.
Эквивалентная схема формирователя импульсов для мтновенного значения напряжения представлена на фиг. 2, где E — ЭДС формирователя прямоугольных импульсов, Яд — динамическое сопротивление стабилитронов 6 и 7, е — ЭЙС, обусловленная усилительными свойствами операционного усилителя 9,  — выходное сопротивлейие операционного усилителя 9, и — сопротивление резистора 8, U — падение
А напряжения на динамическом сопротивлении Яд стабилитронов 6 и 7, 0ы — падение напряжения
КД, на резисторе 8, U< — суммарное падение напряжения на резисторах R, Ф,, R, включая ЭДС, обусловленную усилительными свойствами операционного усилителя 9, U< — суммарное падение напряжения на резисторах.
На вход усилителя 9 подаемся напряжение с резистора 8. Выходное сопротивление усилителя
9 включено последовательно с резистором нагруз-. ки R, т.е. с резистором 22. Мгновенное значение выходного напряжения е операционного усилителя 9 включено встречно с напряжением 0
Если обеспечить малое выходное сопротивление оцерационного усилителя 9 по сравнению с динамическим сдпротивлением стабилитрона
R и Ф, т.е. вьпюлнить условие R <((R++8+), что на практике легко реализовать, тогда
U = 0 — е . (1)
,Е
Чтобы выходное напряжение формирователя прямоугольных импульсов не изменялось при постоянном значении динамического с противления Яд стабилитронов, суммарное падение напряжейия на участке между источником ЭПС
5 73812
I формирователя и его резистором нагрузки 22 должно быть равно нулю, т.е.
О = 0 (2)
Тогда падение напряжения U должно быть равно ЭДС операционного усилителя 9, т,е.
01 = е = 0 (3)
Условие (3) можно выполнить", если коэффициент усиления электронного усилителя сделать равным отношению R .ьЯ
4 А (4) 1О и
Высокая точность установки выходного уровня напряжения формирователя импульсов дости- гается и тем, что резко снижены требования к операционному усилителю 9, так как на его вход поступает лишь небольшой уровень сигнала, измеряемый несколькими десятками милливольт.
Действительно, если принять во внимание, что динамическое сопротивление стабилитронов 6 и
7 равно 10 Ом, а ток стабилизации равен
12 мА, то при R = 6 Ом уровень выходного
1 сигнала составит лишь 180 мВ, Это и позволяет
I эффективно использовать микросхемы операционных усилителей с малым динамическим диапазоном. Вносимые при этом линейные и нелинейные искажения операционным усилителем 9 в
7 . 6 уровень выходного напряжения в диайазоне рабочих частот формирователя малы.
Формула изобретения
Формирователь прямоугольных импульсов по авт. св, Р 502492, отличающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки выходного уровня напряжения, в него введены резистор и операционный усилитель с делителем напряжения, включенным между выходом операционного усилителя и общим выводом его, средняя точка делителя напряжения соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к термоскомпенсированным стаби*литронам и к одному из выводов вновь введенного резистора, второй вывод которого соединен с переходным конденсатором и с общим выводом операционного усилителя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство CCCP К 502492, кл, Н 03 К 5/01, 03.04.74 (прототип).