Формирователь пилообразного напряжения

О П И С А Н И Е ( )1 оо 52 в 2ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советск ихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) П риоритет СССР ие аелам кзебретевий и етнрытийДата опубликования описания 17.03.83,(72) Автор. изобретения В.Г. Анучин(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в поисковой системе фазовой авто подстройки частоты.По основному авт, св. % 919069 известен формирователь пилообразного напряжения, содержащий дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к первой входной шине устройства, инвертирующнй вход через первый резистор соединен со второй входной шиной устройства, а через конденсатор - с выходом дифференциального усилителя, делитель напряжения, подключенный между шинами источника питания, первый транзистор, эмиттер которого подключен к базе второго транзистора и к одному иэ выводов второго резистора, третий транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине устройства, полевой го транзистор, третий и четвертый резисто рыС целью увеличения размаха формируемого напряжения при одновременном упрощении устройства коллектор первоготракзистора подключен к выходу делителя напряжения, база - к стоку полевого транзистора, затвор которого подключен к выходу делителя напряжения, исток - к выходу устройства, база третьего транзистора подключена к коллектору второго транзистора и через третий резистор к общей шине устройства, коллектор - к второму выводу второго резистора, эмиттер второго транзистора подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а база через четвертый резистор к третьей входной шине устройства 1Недостатком устройства является ограниченность функциональных воэможностей, так как оно не обеспечивает управление начальной фа ой колебаний и синхронизашпо частоты,Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства путем обеспечения управления начальной фазой колебаний и обеспечения синхронизации частоты.3 1008282 4Поставленная цель достигается тем, та включения схемы (фиг,2 а). В первыйчто в формирователь пилообразного напря- мсмент включения схемы транзистор 18жения, содержащий дифференциальный уси- под воздействием напряжения запреталитель, неинвертирующий вход которого оказывается открытым, а напряжениеподключен "к первой входной шине устрой между обкладками конденсатора 3 равноства, инвертирующий вход через первый нулю. Эмиттерный ток транзистора 18,резистор соединен со второй входной ши- протекая через резистор.11, создаетной устройства, а через конденсатор с положительный перепад напряжения навыходом дифференциального усилителя, базе транзистора 9, коллекторный токделитель напряжения, подключенный между 10 последнего, протекая через резисторы 7шинами источника питания, первый тран- и 12, создает отрицательный перепад наэистор, эмиттер которого пошццочен к базе транзистора 8 и эмиттерный переходбазе второго транзистора и к одному иэ последнего открывается. Отрицательныйвыводов второго резистора, третий тран- перепад напряжения на базе транзисторазистор, эмиттер которого пошцпочен к 15 8 через открытый эмиттерный переходобщей шине устройства, полевой транэис передается на инвертирующий вход уситор, третий и четвертый резисторы, кол- лителя. Вызванный таким путем отрицалектор первого транзистора подключен к тельный скачок напряжения на инвертивыходу делителя напряжения, база - к рующем входе вызывает быстрый ростстоку полевого транзистора, затвор ко выходного напряжения усилителя, кототорого подключен к выходу делителя на- рый вызывает заряд конденсатора 3 попряжения, исток - к выходу устройства, цепи: верхняя обкладка конденсатора 3 база третьего транзистора подключена к -емиттерно-коллекторный переход транколлектору второго транзистора и через зистора 8-эмиттерный переход транэиотретий резистор - к общей шине устрой тора 9-общая шина 16-источник питастм, коллектор - к второму выводу вто- ния-выход усилителя 1-нижняя обкладкарого резистора, эмиттер второго тран- конденсатора 3.эистора подключен к инвертирующему вхо Протекающий по этой цепи ток конденду дифференциального усилителя, а база сатора 3, на резисторе 11 совпадает счерез четвертый резистор - к тРетьей 50 направлением эмиттерного тока транзисвходной шине устройства, введен четвеР тора 18 и заблокирует транзисторы 9 итый транзистор и четвертая входная пп в открытом состоянии. После того,на, соединенная с базой четвертого трен, как отрицательный скачок напряжения назистора, коллектор которого соединен с инвертирующем входе усилителя достигашиной питания а эмиттер - с базой треть- ет напряжения которое ниже напряжения135еего транзистора. Од,1 л, а выходное напряжение усилитеНа фиг, 1 приведена принципиальная ля 1 достигает максимального значенияэлектрическая схема устройства; на Ел,ох,конденсатор 3 полностью эаряфиг, 2 и 3 - эпюры, поясняющие Работу дйтся, его ток, протекающий по второйустройства. разрядно-зарядной цели, ста новится равУстройство содержит дифференциаль 40ным нулю, блокировка с транзисторов 9,8ный усилитель 1, первый резистор 2,снимается, но они остаются открытымиконденсатор 3, делитель напряжения на благодаря тому, что к базе транзисторарезисторах 4 и 5, первый транзистор 6 9 приложен еще положительный перепад,резистор 7, второй транзистор 8, тРетий вызванный эмиттерным током транзисторатранзистор 9, полевой транзистор 10,4518, вызванного напряжением запрета.резисторы 11 и 12, входные шины 13, В момент времени б 4 (фиг,2 а,в) на 14 и 15, общую шину 16, дополнитель- пряжение запрета на четвертой входнойную четвертую входную шину 17, допол шине 17 падает, транзистор 18 закрыванительный транзистор 18. Напряжения ется, поскольку конденсатор 3 полностьюна входных шинах 13, 14 и 15 равны50заряжен, его зарядный ток, протекающийнапряжению средней точки" Ет источни через эмиттерный переход транзистора 9,ка сигнала (например фазового детектора) равен нулю, транзистора 9 и 8 такжеЕприблизительно равно половинезакрываются, но напряжение на инвертирунапряжения источника питания. ющем входе остается ниже минимальногоРассмотрим работу устройства для55входного напряжения, благодаря электраслучая управления начальной фазой коле- ческому заряду на ойццщках конденсатобаний, когда на четвертую входную шину ра 3. Поскольку напряжение на ивверти17 подано напряжение запрета до мскен- рующем входр Усилителя 1 ниже напряреход транзистора 9-общую шину-источник питания-выход усилителя 1-ннжнюю обкладку конденсатора 3, Поскольку сопротивление резистора 2 на несколько порядков выше сопротивления цепей разряда, то роль тока, протекающего через этот резистор ничтожно мала, Начавший ся черезпервую цепь разряд конденсатора 3, уменьшает отрицательный и положительный заряды соответственно на нижней и верхней обкладках конденсатора, Уменьшение этих зарядов приводит к уменьшению напряжения на конденсаторе 3 с начальной полярностью, соответствующей знакам заряда, но увеличеншо выходного напряжения, поскольку потенциал верхней обкладки конденсатора 3, благодаря открытому эмиттерному переходу транзистора 8, будет отличаться от величины напряжения "средней точки" Ес приложенного к третьей входной шине 1 5, на величину падения напряжения на резисторе 12,Открывшиеся транзисторы 8 и 9. второй цепи обеспечивают кроме протекания разрядного тока конденсатора также отрицательный скачок входного напряжения на ннвертирующем входе усилителя до величины напряжения, которое ниже минимального входного напряжения Зэк,2 ,и отрицательный скачок напряжешя на инвертирующем входе вызывает быстрый. рост выходного напряжения, что ускоряет разряд конденсатора, а затем обеспечивает его переэаряд. В тот момент времени разряда конденсатора 3, когда напряжение между его обкладками снижается до напряжения, равного сум- ме напряжений на эмиттерных переходах транзисторов 8 и 6 в режиме запирания, первая цепь разряда отключается.В момент времени 1, (фиг.2 в), когда выходное напряжение достигает своего максимального значения, ток перезаряда конденсатора 3. и следовательно коллекторный ток тракзистора 8 уменьшается до такой величины, цри которой напряжение на резисторе 11, вызванное протеканием через него коллекторного тока тракэистора 8 начинает закрывать травзистор 9 и уменьшает его кщгэкторный ток.,Падение напряжения на резисторе 12, вызванное протеканием тока транзистора 9, также начинает уменьшаться, что приводит к запиранию транзистора 8. В момент зацирания тракэистора 8 нижняя обкладка конденсатора 3 находится под максимальным выходным напряжением, а верхняя обкладка вместе с инвертирующим входом усилителя - под напряже 5 10082жения на второй входной шине 14, черезрезистор 2 течет ток в направлении конденсатора 3, при этом верхняя обкладкаполучает положительные приращения напряжения. 5Но пока входное напряжение на инвер-тнрующеи входе усилителя будет ниже:(3выходное напряжение остается1 фИлна максимальном Е,р постоянном уров.не, его реакция через конденсатор 3 на 10вход отсутствует и рост напряжения навходе происходит быстро,С момента времени , (фиг.2 б), когдавходное напряжение достйгает минимального напряжения 0 , выходное напряжение начинает падать от максималтного напряжения Ещ ойдо выходногопорогового напряжения Е , . Благодаря реакции выходного йапряжения через конденсатор 3 на инвертирующий вход 20(отрицательная обратная связь) падениевыходного напряжения происходит медлен: но., Поскольку интервал времени 6- 1очень мал, то за начало фазы пилообразного напряжения можно считать время + 25В момент времени 1, когда падающеевыходное напряжение (фиг. 2 в) достнт аетпорогового выходного напряжения Етых ор,полевой транзистор 10 начинает открываться,стоковый,ток, протекая в базовой зйцеци транзистора 6, вызывает увеличение коллекторного тока последнего и напряжения на затворе транзистора 10, чтоприводит к лавинообразному процессуоткрытия и блокированию в открытом соо 35тоянии тракэисторов 10 и 6. Змнттерныйток транзистора 6, протекая через резистор 12, вызывает падение напряження на базе транзистора 8, последнийоткрывается, его коллекторный ток (фиг.2 б), протекая через резистор 11, создает падение напряжения, которым открывается транзистор 9, коллекторный токпоследнего, протекая через резисторы7, 12 и базу транзистора 8, блокирует45транзисторы 8 и 9 в открытом состоянии. Благодаря мгновенно проистекшемупроцессу открытия транзисторов и ихблокированию создаются две цепи разряда конденсатора 3. Первая цепь разрядасодержит верхнюю обкладку конденсатора3-эмиттерный переход тракзистора 8 эмиттерно-коллекторный переход транзистора 6-р-И переход полевого транзистора 10-нижнюю обкладку конденсатора 3. Вторая цець, как уже упоминалось выше, содержит верхнюю обкладкуконденсатора 3-эмиттервз коллекторныйпереход тракэистора 8-емиттерный пе нцем, которое несколько ниже напряжещи О, Таким образом, схема приВХ т юишла в состоянйе, в котором она нахохлясь в момент времени 1. Далее протекающий через резистор 2 ток верхнейобкладки конденсатора, повышает напряжение на ннвертнрующем входе. В момент времени ., также.как и в моментвремени Ь, когда входное напряжениедостигает минимального входного напряжения 0, выходное напряжение на Ю 1 Очинает падать, начинается второй циклколебаний и они повторяются, пока начетвертой входной шине будет отсутствовать напряжение запрета,Рассмотрим работу устройства дляслучая синхронизации колебаний, когдана четвертую входную шину 17 поданапоследовательность прямоугольных сиихроннзирующнх импульсов (фиг. За).В первый момент включения схемынапряжение О хона конденсаторе 3 равно нулю, транзисторы 18,9 и 8 закры-.ты.Поскольку напряжение на инвертирую.щем входе усилителя ниже напряжения навторой входной шине 14,через резистор2 потечет ток в направлении кондеисатофра 3, при атом верхняя обкладка получает положительное приращение напряжения. Это приращение напряжения, воэдействуя на инвертирующий вход усилителя,вызывает падение выходного напряжения (фнг, Зв). Благодаря воздействию наинвертирующий вход через конденсатор3 также выходного напряжения скоростьпадения последнего замедляется.В момент времени л (фиг. За), когдавыходное напряжение еще не успеет достигнуть порогового значения Ееыхна четвертую щодную шину 17 и"ступаетсинхронизирующий импульс, транзистор18 открывается, его эмиттерный токпротекает через резистор 11, на последнем создается падение напряжения, которым открывается транзистор 9, коллекторный ток поатеднего, протекая через резисторы 12, вызывает падениенапряжения на базе транзистора 8 иэмиттерчый переход последнего открывается. Падение напряжения на базетранзистора 8 через открытый эмиттерный переход передается на инвертирующий вход усилителя. Вызванный такимобразом отрицательный скачок напряжения на инвертнрующем входе вызываетбыстрый рост выходного напряжения.Быстрый рост выходного напряженияусилителя вызывает вначале разряд, а затем перезаряд конденсатора 3 по ранее рассмотренной второй раэряднозарядной цепи, содержащей верхнюю обкладку конденсатора 3-амиттерно-коллекз торный переход транзистора 8-эмиттерный переход транзистора 9-общую шину-источник питания-выход усилителя 1-нижнюю обкладку конденсатора 3. Протекающий по атой пепи разрядно-еаряд ный ток конденсатора 3 вызывает бло - кирование транзисторов 8 и 9 в открытом состоянии и. наличие синхронизирующвго импульса на четвертой входнойшине 17 оказывается излишним. И В момент времени 6 (фнг.3 б,в), к, которому выходное напряжение достигло. максимального значения, а конденсаторЭ зарядился, ток заряда равен нулю ис окончанием синхронизирующего импуль.26 са эмиттерный переход транзистора 8закрывается, В силу протекания черезрезистор 2 тока в направлении кон,данса"тора, напряжение на инвертирующем входе растет.фф В момент времени , когда напряжение на инвертирующем входе усилителядостигает 0 в, выходное напряжениеначинает падать, т.е. начинается прямойход 1 алообраэного напряжения. ЗО В момент времени 14, когда выходноенапряжение эще не достигло пороговогоуровня Ес, т.е. когда цикл собственых колебавййне закончился, на четвертую входную шину 17 поступает синхро- И назирующий импульс, оканчивается прямой вход и далее процессы протекают втакой же последовательности, как и послемомента времеви Ь. На фнг, Зв пунктирная линия соответствует окончанию перию ода сзободных колебаний.Таким образом,. технический принцип,основанный на обрыве прямого хода колебательного процесса в любой момент времени, переводе выходного напряжения от у любого его значения до своегр максимального значения, позволяет расширитьфункциональныэ возможности устройства.Транзистор 1 8 может:быть подключентакже эмиттером к общей шине устрой-ства, коллектором к базе второго иликоллектору третьего транзисторов 8 или 9.формула изобретенияформирователь пилообразного напряженин по авт. сз % 919069, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей9 1008282 10путем обеспечения управления начальной ной питания, а эмиттер - с базой третьфазой колебаний и обеспечения синус- его транзистора.ниаации частоты, в него введен четвер- Источники информадии, .тый транзистор и четвертая вкодная шина, принятые во внимание при экспертизесоединенная с базой четвертого трайзнсф-1. Авторское свидетельство СССРтора, кодаектор которого соединен с ши- М 919069, кл. Н 03 К 4 Р 50, 1981,