Генератор импульсов

(51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ъединение нератор им 77.ССР ования имфровой изцифровых питанием, еской энермпульсных изобретержит поло- источника ЫХО ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ (57) Использование: для формир пульсов стабильной частоты в ци мерительной технике мультиметрах с автономным электронных счетчиках электрич гии, цифровых частотомерах и в и источниках питания, Сущность ния: генератор импульсов соде жительную и общую шины Ж 1746514 А питания, два последовательно соединенных логических инвертора 1.и 2 на КМПД-транзйсторах, кварцевый резонатор 3, два резистора 8 и 9, три конденсатора 4, 5, 11 и два биполярных транзистора 6 и 7 различной проводимости с объединенными коллекто- . рами, эмиттеры которых подключены к шинам источника питания, а к базам транзисторов подключены первые. выводы резисторов 9, 8 и первые обкладки конденсаторов 4, 5, Снижение потребляемой мощности достигается. введением в схему генератора тока и третьего резистора, вклюценного между выходом и входом первого логического инвертора, который через кварцевый резонатор соединен с выходом второго инвертора .и вторыми обкладками конденсаторов 4, 5. Выход генератора тока подключен к выводам питания логических инверторов и через третий конденсатор 11 соединен с общей шиной источника питания, а вход - с положительной шиной. 2 ил.Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для формирования импульсов стабильной частоты в цифровых мультиметрах с автономным питанием, электронных счетчиках электрической энергии, цифровых частотомерах, устройствах с частотно- временным преобразованием и в бестрансформаторных импульсных источниках питания приборов.Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности.В генератор импульсов, содержащий положительную и общую шины источника питания, два последовательно соединенных логических инверторэ на КМДП-транзисторах, кварцевый резонатор, первый и второй резисторы, первый, второй и третий конденсаторы; два биполярных транзистора различной проводимости с объединенными коллекторами, к змиттерами которых соответственно подключены положительная и общая шины источника питания, а к базам - первые выводы резисторов и первые обкладки первого и второго конденсаторов, дополнительно введены третий резистор и генератор тока, Третий резистор включен между выходами и входом первого логического инвертора, который через кварцевый резонатор. соединен с выходом второго инвертора и вторыми обкладками первого и второго конденсаторов. Выход генератора тока подключен к выводам питания первого и второго логических инверторов и через третий конденсатор соединен с общей шиной источника питания, к которой подключен второй вывод второго резистора, Второй вывод первого резистора соединен с положительной шиной источника питания и входом генератора тока.На фиг,. 1 приведена принципиальная схема генератора импульсов; на фиг. 2 - временные диаграммы работы генератора.Генератор импульсов содержит последовательно соединенные логические инверторы 1 и 2 на КМДП-транзисторах и кварцевый резонатор 3, включенный в цепь положительной обратной связи между входом инвертора 1 и выходом инвертора 2, Выход инвертора 2 через первый 1 и второй 5 конденсаторы подключены соответственно к базе биполярного транзистора 6 р-и-ртипа проводимости и базе биполярного транзистора 7 п-.р-п-типа проводимости. Первый резистор 8 включен между базой и эмиттером транзистора 6, а второй резистор 9 - между базой и эмиттером транзистора 7, Эмиттер транзистора 6 соединен с положительной шиной источника питания и входом генератор 10 тока, выход которого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 подключен к выводам питания инвертора 1 и 2 и через третий конденсатор 11 соединен с общей шиной источника питания, Третий резистор 12 включен между входом и выходом инвертора 1.Эмиттер транзистора 7 соединен с об-.щей шиной источника питания, а его коллектор подключен к коллектору транзистора 6 и является выходом генератора, Генератор тока собран на двух биполярных транзисторах 13 и 14 р-и-р-типа проводимости и двух резисторах 15 и 16, причем через резистор 15 общая шина источника питания соединена с базой транзистора 13 и коллектором транзистора 14.Эмиттер транзистора 14 подключен к положительной шине источника питания и через резистор 16 соединен с его базой и эмиттером транзистора 13, коллектор которого является выходом генератора тока. На фиг. 2 а - напряжение на выходе инвертора 2; б - напряжение база-эмиттер транзистора 6; в - напряжение база-эмиттер транзистора 7; г - напряжение на выходе генератора,Генератор импульсов работает следующим образом.При включении источника питания на выходе генератора 10 тока появляется ток 1 о, значение которого определяется напряжением Обэ 14=0,5 В перехода база-эмиттер транзистора 14 и сопротивлением 816 резистора Й 16, т,е, 1 о = Ооэ 14/Й 16, Ток о заряжает.конденсатор 11, напряжение Оо на котором увеличивается до тех пор, пока не обеспечится активный режим работы логических инверторов 1 и 2. В частности, для логических инверторов на КМДП-транзисторах минимальное рабочее напряжение составляет 2,5 . 3,0 В (для микросхем серий К 176).При этом на выходе инвертора 1, охваченного отрицательной обратной связью через резистор 12, устанавливается напряжение 01 = Ос/2 = Опор, соответствующее пороговому напряжению Опор срабатывания инвертора 2, что приводит к изменению выходного напряжения инвертора 2 и появлению релаксационных колебаний за счет общей положительной обратной связи, которой охвачены инверторы 1 и 2 через кварцевый резонатор 3, В установившемся режиме работы на выходе инвертора 2 формируются импульсы напряжения Ог прямоугольной формы с минимальной амплитудой Огм-(2,5 " 4,0) В (фиг; 2 а), которые через разделительные ВС.цепи на элементах 4, 8 и 5, 9 поступают на базы транзисторов 6 и 7, предназначенных для усиления эмпли 1 уды импульсов доуровня напряжения источника питания ОпигПри прохождении импульсов с выходаинвертора 2 через разделительный конденсатор 5 на базе транзистора 7 формируется разнополярный сигнал, причем амплитуда импульсов .положительной полярности ограничивается на уровне Обэт = (0,5 , 0,6) В за счет открывания перехода база-эмиттер транзистора 7, в то время как амплитуда импульсов отрицательной полярности составлЯет Огм-Обэ 7 - (2,03,5) В (фиг, 2 б).Аналогично при прохождении импульсов через разделительный конденсатор 4 на базе транзисторов 6 формируется импульс с минимальным уровнем Опит - Обэб = Опит - 0,5 В и максимальной амплитудой Опит+02 м Обэб = Опит - (2,03,5) В (фиг, 2 в), Вследствие этого транзистор 7 находится в открытом состоянии на интервале времени 11 - 12, а транзистор 6 открывается в течение интервала времени 1 з(фиг. 2), а в промежутках времени 12-1 з и т 4-т 5 оба транзистора закрыты, при этом исключается протекание сквозного тока через биполярные транзисторы 6 и 7 в процессе формирования фронтов импульсов на выходе инвертора 2,Конденсатор 11 выполняет функцию высокочастотного фильтра напряжение питания логических инверторов 1 и 2 и его емкость необходимо выбирать исходя из частоты 1 кварцевого резонатора 3, амплитуды импульсов 02 м на выходе инвертора 2 и тока ., 1 о генератора тоха по соотношению С 111 о/(102 м) ПРи этом огРаничение тока питания логических инверторов 1 и 2 на уровне 1 о не оказывает влияние на процесс формирования фронтов выходных импульсов инвертора 1 и 2, длительность которых составляет 1 ф (0,2 .0,4) мкс для микросхем серий К 176, К 516, К 1561 и 564.Минимально возможное значение тока1 омин генератора 10 тока определяется сред-.ним током потребления логических инверторов 1 и 2 при наименьшем напряжении питания и требуемой частоте импульсов генератора.Выбор. сопротивление В 15, В 18 резисторов 15 и 16 в генераторе тока при использовании генератора импульсов в широком диапазоне питающего напряжения (от Опит.мин до Опит,мако) необходимо производить по значению тока 1 о при минимальном напряжении питания Опит,мин рабочего диапазона с учетом падений напряжений на переходах база-змиттер Обэ 1 з, Обэ 14 транзисторов 13 и 14 и минимального коэффициента УсилениЯ потокУР 1 змин тРанзистоРа 13 по соотношениям В 150 пит.мин Обэ 13 Обэ 14) /1 о/113 мин )== (Опит.мин - 1 В)/(501 о): В 1 б=Обэ 14/1 о5В качестве генератора тока может бытьприменен полевой транзистор с каналом ртипа(например, типа КП 103), исток которогосоединяют через токоограничивающее со 10 противление с затвором и подключают к положительной шине источника питания, асток используют как выход генератора тока,При этом ток 1 о устанавливают исходя изнапряжения отсечки Оото полевого транзи 15 стора, выбирая сопротивление В 18 токоограничивающего резистора по соотношениюВ 18=0 отс/1 оЕмкость разделительных конденсаторов 4 и 5 и сопротивления резисторов 920 необходимо выбирать по условиюС 4 В 8=С 5 В 19 1/1, причем для повышенияэкономичности генератора целесообразно. увеличить сопротивление резисторов 8 и 9.до сотен килоомединиц мегаом и уменьшать25 емкость конденсаторов 4 и 5 до единиц-десятков пикофарад,При наличии емкостной нагрузки Снагргенератора минимальнь 1 е емкости С 4, С 5разделительных конденсаторов 4 и 5 необ 30 ходимо выбирать с учетом коэффициентаусиления по току Р транзисторов 6 и 7 и ихколлекторной емкости Ск по условиямС 4=С 5 Ск и С 4=С 5 Снагр/ф.35В предлагаемом генераторе импул ьсов за счет ограничения тока питания логических инверторов и использования выходного формирователя импульсов на би полярных транзисторах разного типа проводимости, работающих в ключевом режиме, обеспечивается минимальная мощ ность потребления в широком диапазоне питающего напряжения.45 Экспериментально установлено, чтопри изменении Опит в пределах 3 - 10 В ток потребления генератора увеличивается на 8 - 16 мкА при частоте импульсов 32, 768 кГц.При аналогичных условиях ток потребления.50 в известном устройстве увеличивается впределах 12-90 мкА, в то время как в. генераторах импульсов, собранных на КМДП-логических элементах, ток потребления увеличивается в пределах 11-400 мкА Та ким образом, в предлагаемом генератореимпульсов обеспечивается уменьшение потребляемой мощности в (1,5-5,0) -(1,5-25,0) в широком диапазоне питающего напряжения по сравнению с известными, причем5 10 15 наибольший эффект достигает при повышенном напряжении источника питания.Предлагаемый генератор можетбыть использовано для формированиявысоковольтных импульсов с амплитудой,значительно превышающей предельнодопустимое напряжение питанияОпит,макс=9 .15 В) логических инверторов,что необходимо, в частности в бестрансформаторных импульсных источниках питанияприборов и для управления коммутаторамиили модуляторами аналогичных сигналов наполевых транзисторах с изолированным затвором (например, типа КП 301 и т.п.).Амплитуда выходных импульсов генератора ограничивается практическитолько допустимыми рабочими напряжениями переходов база-коллектор и эмиттерколлектор применяемых биполярныхтранзисторов, а при использовании высоковольтных транзисторов с большим коэффициентом усиления по току/3 обеспечиваетсяформирование импульсов с амплитудой вдесятки-сотни вольт при потребляемом токев единицы-десятки микроампер.При необходимости повышения выходной мощности генератора импульсов в качестве биполярных транзисторов могут бытьиспользованы составные транзисторы, например; типа КТ 827, КТ 825, что позволяетформировать импульсы прямоугольной. формы на низкоомной нагрузке при обеспечении высокого коэффициента полезногодействия генератора,Дополнительный положительный эффект в предлагаемом устройстве заключается в повышении стабильности частотыимпульсов за счет стабилизации тока потребления и, соответственно, напряженияпитания логических инверторов в широкомдиапазоне питающего напряжения генератора. Особенность логических ин верторовна КМДП-транзисторах заключается в том,что их выходное сопротивление Рвах существенно зависит от питающего напряженияи при его изменении в пределах 3-15 Взначение живых изменяется от единиц килоомдо сотен ом,Изменение выходного сопротивленияпервого инвертора приводит к изменению 20 25 30 35 40 45 50 тока, протекающего через резистор отрицательной обратной связи, что частично (на сотые-тысячные доли процента) изменяет частоту колебаний кварцевого резонатора. Вследствие этого повышения напряжения питания логических инверторов вызывает увеличение частоты импульсов на выходах известных генераторов, в то время как в предлагаемом устройстве зависимость частоты от напряжения источника питания существенно ослаблена за счет применения дополнительного генератора стабильного тока для питания логических инверторов,Формула изобретения Генератор импульсов, содержащий положительную и общую шины источника питания, два последовательно соединенных логических инвертора на КМДП-транзисторах, кварцевый резонатор, первый и второй резисторы, первый, второй и третий конденсаторы и два биполярных транзистора различной проводимости с объединенными коллекторами, эмиттеры которых подключены соответственно к положительной и общей шинам источника питания, а к базам транзисторов подключены соответственно первый вывод первого резистора, соединенный с первой обкладкой первого конденсатора, и первый вывод второго резистора, соединенной с первой обкладкой второго конденсатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, в него введены генератора тока и третий резистор, первый выход которого соединен с выходом первого логического инвертора, а второй вывод соединен с входом первого инвертора и через кварцевый резонатор с выходом второго инвертора и вторыми обкладками первого и второго конденсаторов, выход генератора тока подключен к выводам питания первого и второго логических инверторов и через третий конденсатор соединен с общей шиной источника питания, к которой подключен второй вывод второго резистора, а второй вывод первого резистора соединен с положительной шиной источника питания и входом генератора тока,1746514 б Сдактор И.Шулла Т Корректор А.Токарская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 2402 ВНИИПИ остэвитель Б.Ивановехред М,Моргентал Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5