Модуляционное устройство

(5 И 4 Н ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРУ 458946, кл. Н 03 К 7/00, 1973,Авторское свидетельство СССРУ 489213, кл. Н 03 К 7/08, 03.01.74.(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах с импульсно-кодовоймодуляцией прн временном уплотнениителефонных каналов, в качестве промежуточного преобразователя низкочастотного сигнала, а также в устройствах управления для обработки дискретной информации. Цель изобретениярасширение диапазона изменения длительности выходных импульсов и повышение надежности - достигается введе"нием в устройство второго операционного усилителя 8 и транзисторногоусилителя 9, Устройство содержит также входнуюн выходную 10 шины, операционный усилитель 2, конденсатор 3,генератор 4 тока, ключ 5, генератор6 тактовых импульсов, резисторы 7,12, 13, транзистор 1, источник питания 14. Устройство может быть использовано в качестве управляемогомультивибратора с нулевым временемвосстановления, формирующего, выходные импульсы заданной длительностипри произвольной длительности входного сигнала. 1 з.п. ф-лы 3 ил.1 12921Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в устройствах с кодово-импульсной модуляцией (КИИ) при временном уплотнении телефонных каналов в качествепромежуточного преобразователя низко"частотного сигнала, а также в устройствах управления автоматики для обработки дискретной информации и предназначено для преобразования медленно изменяющихся сигналов и широтно модулированный,Цель изобретения - расширение диапазона изменения длительности выходных импульсов и повышение надежности. 15На фиг. 1 представлена принципиальная схема модуляционного устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.20Устройство содержит входную шину1, которая соединена с первым входом первого операционного усилителя 2, второй вход которого соединен с первой обкладкой конденсатора 3, через генератор 4 тока " с шиной источника питания, а через ключ 5 - с общей шиной, генератор 6 тактовых импульсов, выход которого через первый резисторсоединен с управляющим входом ключа 5, второй операционный усили тель 8 и транзисторный усилитель 9, вход и выход которого соединены соответственно с выходомпервого операционного усилителя 2 и его вторым входом, вход второго операцион ного усилителя 8 соединен с второй обкладкой конденсатора 3 и выходом генератора 6 тактовых импульсов, еговыход - с управляющим входом ключа 5,а выход первого операционного усилителя 2 - с выходной шиной 10.Генератор 4 тока выполнен на транзисторе 11, коллектор которого соединен с вторым входом первого операционного усилителя 2, а эмиттер ибаза соединены соответственно черезвторой и третий резисторы 12 и 13 сшиной источника 14 питания и общейшиной, при этом база транзистора 11подключена к входной шине 1 устройства,Устройство работает следующим образом,При величине напряжения 1менее величины 11 на инвертирующем вхоИакеде операционного усилителя 8 сигнал равен нулю, в связи с чем и,на его выходе напряжение равно нулю и ключ 5 разомкнут, а на инвертирующем вхо 2 2де операционного усилителя 2 имеетсянапряжение 11 положительной полярВХности, которое по своей величиненесколько меньше напряжения положительной полярности, поступающего нанеинвертируюший вход операционногоусилителя 2 с. левой обкладки конденсатора 3, в связи с этим на выходеоперационного усилителя 2 имеетсянапряжение положительной полярности,которое подается на усилитель 9 идержит его в приоткрытом состояниировно настолько, чтобы через негопротекал ток генератора 4, что делает невозможным заряд конденсатора 3до уровня, большего, чем указанный.Этот уровень устанавливается автоматически, так как при снижениинапряжения на конденсаторе 3 изменяется уровень напряжения с операционного усилителя 2, степень приоткрытия усилителя 9 и величина тока,протекающего через усилитель 9. Таккак величина тока через училитель 9становится меньше тока от генератора 4, то разностью указанных токовпроисходит поцэаряд конденсатора 3до уровня, при котором ток через усилитель 9 становится равным току, вытекающему с генератора 4.Превышение напряжения на конденсаторе 3 напряжения на шине 1 11составляет всего несколько миллйвольт и равно разрешающей способнос"ти используемого операционного усилителя, т.е. практически заряд конденсатора 3 равен напряжению 11ВхТаким образом, величина напряжения, до которого заряжается конденсатор 3, определяется напряжением 11и не зависит от параметров элементов,входящих в модуляционное устройство,в том числе от параметров операционного усилителя 2, усилителя 9 и генератора 4,Это свойство обеспечивает повышение точности преобразования модуляционного устройства.Рассмотренное состояние модуляционного устройства устойчиво и можетсохраняться как угодно долго.В момент времени 1 поступает импульс отрицательной полярности 11, сгенератора 6 тактовых импульсов наинвертирующий вход операционного усилителя 8 и на его выходе формируетсянапряжение положительной полярности,под воздействием которого замыкаетсяключ 5, т.е, левая обкладка конденса12921 3тора 3 оказывается скачком подсоединенной к шине нулевого потенциалачерез ключ 5, а так как на конденсаторе 3 напряжение скачком изменитьсяне может, то на правой его обкладкеформируется потенциал отрицательнойполярности, который поступает на ин"версньпЪ вход операционного усилителя8 и удерживает его в состоянии, прикотором на его выходе положительное 10напряжение и ключ 5 удерживается взамкнутом состоянииКлюч 5 будет удерживаться в замкнутом состоянии и после прекращенияФормирования импульса Б с генераГтора 6.Таким образом, в данном модуляционном устройстве ключ 5 замыкаетсяна переднем фронте импульса с генератора 6 и далее удерживается во 20включенном состоянии до тех пор, пока происходит заряд конденсатора 3.Это свойство модуляционного устройства обеспечивает независимостьпараметров преобразуемого выходного 25импульса от длительности и амплитудыимпульса с генератора 6.В момент уменьшения напряжения налевой обкладке конденсатора 3 напряжение на выходе операционного усилителя 2 становится отрицательным иформируется передний фронт выходного.импульса. Напряжением отрицательнойполярности запирается усилитель 9,т.е, транзистор 15 закроется и токот источника 4 начнет протекать,нашину нулевого потенциала через эамк"нутый ключ 5.Начиная с момента времени С(Фиг. 2) конденсатор 3 начнет раэря" 40жаться по цепи шина нулевого потенциала - замкнутый ключ 5 - левая об кладка конденсатора 3 - йравая об"кладка конденсатора 3 - резистор 7выход операционного усилителя 8 - 45шина нулевого потенциала, Так какна правой обкладке конденсатора 3напряжение имеет знак минус, а навыходе операционного усилителя 8 напряжение имеет знак плюс, то конден,сатор 3 стремится переэарядиться довеличины напряжения на выходе операционного усилителя 8, т.е. до напряжения положительной полярности, всвязи с чем его разряд происходит налинейном участке экспоненты, чтообеспечивает линейность преобразова"ния (линейность проходной характеристики),72 4В момент времени +напряжение наконденсаторе 3 оказывается. близкимк нулю, вследствие чего становитсяблизким к нулю напряжение на инверсном входе операционного усилителя 8,на выходе которого напряжение становится близким к нулю, и ключ 5 размыкается. При этом на инверсный входоперационного усилителя 8 поступаетнапряжение положительной полярностиот генератора 4 и на выходе операционного усилителя 8 формируется напряжение отрицательной полярности, прикотором ключ 5 удерживается в разомкнутом состоянии (транзистор 16 запирается),Начиная с момента времени С 2 конденсатор 3 начнет заряжаться по цепигенератор 4 - конденсатор Э - резистор 7 - выход операционного усилителя 8 - общая шина.При постоянной величине тока отгенератора 4 будет постоянный во времени прирост напряжения на конденсаторе Э. Это обеспечивает строгую зависимость длительности выходных импульсов от величины тока с генератора 4.Обеспечив скорость разряда конденсатора значительно большую, чемскорость заряда конденсатора 3, получим длительность выходных импульсов прямо пропорциональную величинетока генератора 4.Обеспечив управление величинойтока с выхода генератора 4 величинойнапряжения Б , по заданному законуполучаем изменение длительности импульсов с выхода модуляционного устройства по этому же закону.Отрицательное напряжение на выходе операционного усилителя 2 является выходным напряжением. Время присутствия отрицательного напряженияс выхода операционного усилителя 2определяет длительность выходногоимпульса.Задний фронт выходного импульсас выхода операционного усилителя 2Формируется в момент С времени, ког"да напряжение на левой обкладке конденсатора 3 несколько превысит напряжение У(фиг. 2), при этом наинверсном входе операционного усилителя 2 напряжение У положительнойвхполярности становится несколькоменьше напряжения положительной по" .лярности, поступающего на неинверсный вход операционного усилителя 21292172 с левой обкладки конденсатора 3, ипоэтому напряжение на выходе операционного усилителя 2 стремится уста"новиться положительным. Как тольконапряжение с выхода операционногоусилителя 2 станет положительным, тооткрывается усилитель 9 и через еговыход начинает протекать ток, вследствие чего прирост напряжения на левой обкладке конденсатора 3 прекращается и остается неизменным до мо"мента временикогда на вход модуляционного устройства придет следующий по порядку импульс с генератора 6. После этого все процессы повторяются.При величине входного сигнала,равной величине 11, , соответствующей времени нарастания напряжения налевой обкладке конденсатора 3 до такой величины, которая совпадает вовремени со временем прихода следующего импульса с генератора 6, длительность выходного импульса будетравна времени периода между импульсами с генератора 6 и выходное напряжение с выхода операционного усилителя 2 становится постоянной отрицательной величиной, что соответствуетскважности импульсов, равной 1,При увеличении напряжения Уболее напряжения У, скважность им"пульсов всегда будет оставаться равной 1, т.е. никаких провалов в выходном напряжении не будет,Минимальное напряжение на левойобкладке конденсатора 3 при 1, равном нулю равно величине тока с генератора 4, деленному на произведениекоэффициентов усиления операционногоусилителя 2 и усилителя 9. Так какэти коэффициенты усиления практически могут быть сделаны как угоднобольшими, то минимальное напряжениена левой обкладке конденсатора 3 может быть сделано как угодно малойвеличиной, весьма близкой к нулю, аэто приводит к тому, что минимальнаядлительность выходного сигнала можетбыть весьма близкой к нулю, а пос-,кольку она не зависит от периода работы генератора 6, то отношение минимальной длительности импульсов кпериоду частоты работы генератора 6в данной схеме может теоретическиприближаться к бесконечности. Практически получено изменениескважности на пять порядков. 6Таким образом, модуляционное устройство может быть использовано в качестве генератора прямоугольных импульсов постоянной частоты с регулируемой длительностью и скважностью.Поскольку формирование интенвалов времени осуществляется в результате разряда конденсатора 3 от начального напряжения, равного напряжению 11 10 до нуля, а затем заряда его до напряжения П , то очевидно, что нестабильность в уровне срабатывания опе" рационного усилителя меньше сказывается на стабильность формируемых вре"15 менных интервалов. Кроме этого, воэникает время, необходимое для перезаряда конденсатора 3, что ведет к росту длительности выходного импульса при заданном номинале конденсатора 3. Схема некритична к изменению длительности опорных импульсов, поскольку она всегда меньше длительностигенерируемого импульса, что обеспечивает повышенную надежность работы,25 так как исключена возможность влияния длительности опорного импульсана длительность выходного импульса,Предлагаемое модуляционное устройство может быть использовано в каче 3 О стве упРавляемого одновибратора снулевым временем восстановления, формирующего заданную выходную длительность при длительности входного сигнала произвольной,Время разряда конденсатора 3 независит от величины генератора 4,поскольку этот ток, минуя конденсатор 3, протекает через ключ 5 на шину нулевого потенциала и не зависит4 О от коэффициентов усиления активныхэлементов и поэтому это время является очень стабильным. Это позволяетиспольэовать, модуляционное устройство в измерительных схемах, где изме 45 ряемым параметром может быть емкостьконденсатора, При этом длительностьвыходного импульса прямо пропорциональна емкости измеряемого конденсатора при Бпостоянной величине.В связи с тем, что в предлагаемойсхеме практически отсутствуют огра-:ничения на величину емкости конденсатора 3, то практически отсутствуеограничение максимальной величиныдлительности выходного импульса,Если в качестве генератора 4 использовать транзистор 11 с резистором 13 в цепи эмиттера, база которого соединена с шиной 1 источника1292172 акс входного напряжения, то с изменениемвеличины входного напряжения будетв обратной зависимости изменятьсяток генератора 4, а это приводит(фиг. 3) к более резкому возрастаниюдлительности выходного импульса привозрастании входного напряжения (примерно по параболическому закону),что крайне необходимо в тех системахавтоматики, где требуется постоянство статической ошибки, Это достигается за счет того, что с возрастанием напряжения уменьшается разностьнапряжения на резисторе 13, уменьшается ток эмиттера и коллекторатранзистора 11. Уменьшение тока сгенератора 4 приводит к увеличениювремени заряда конденсатора 3 до напряжения 11, причем крутизна нарастания длительности импульсов можетбыть за счет подбора режима работытранзистора 1 установлена практически любаяформула изобретения 1, Модуляционное устройство, содержащее первый операционный усилитель, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход соединен с первой обкладкой конденсатора, через генератор тока - с шиной источника питания, а через ключ - собщей шиной, и генератор тактовыхимпульсов, выход которого через первый резистор соединен с управляющимвходом ключа, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширениядиапазона изменения длительности выходных импульсов и повышения надежности, в него дополнительно введены10 второй операционный усилитель и транзисторный усилитель, причем вход ивыход транзисторного усилителя соединены соответственно с выходом первого операционного усилителя и еговторым входом, вход второго операционного усилителя соединен с второйобкладкой конденсатора и выходом генератора тактовых импульсов, его вы-.ход - с управляющим входом ключа, авыход первого операционного усилителя - с выходной шиной,2. Устройство по и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что в нем генератор тока выполнен на транзисторе,коллектор которого соединен с вторымвходом первого операционного усилителя, а эмиттер и база соединены соответственно через второй и третий резисторы с шиной источника питания иобщей шиной, при этом база транзистора подключена к входной шине уст"ройства.1292172Составитель Е, БорзоРедактор С, Пекарь Техред В.Кадар орректор Н, Король 85/57 Тираж 902 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4