Импульсный генератор инфранизкой частоты

"-иическвб,.блнотен СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 НОЗК 5/ КОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОСУДАРСТ 8 ЕН О ДЕЛАМ ИЗО ОБРЕТ САН ЕТЕЛЬСТВ.У ТОРСИОМУ ну(56) Авторское свидетельство СССРУ 534868, кл. Н 03. К 17/28, 1977.Патент Великобритании В 1514253,НЗТ, 1978.(54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИНфРАНИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий источник питания с симметричнымиразнополярными уровнями напряжения, собранный на двух стабилитронах и балластном резисторе, времязадающий каскад, собранный на операционном усилителе с дифференциальным входом, в цепь отрицательной обратной связи которого включенконденсатор времязадающей цепи,резистор которой подключен к инвертирующему входу операционногоусилителя и плюсовой шине источника питания, цепь задержки выключенияреле, подключенную через диод и разомкнутый контакт реле к обмоткереле выходного каскада, и цепь обратной связи из последовательновключенных ограничительного резистора и разомкнутого контакта, реле80793 03 которое шунтирует конденсатор времязадающей цепи, о т л и ч а ю- . щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты следоваФ ния импульсов и ускорения формирования фронтов импульсов, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилитель тока на транзисторе, динамический фильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощ-. ности, собранный на транзисторном модуляторе, нагруженном на реле, при этом база транзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к ми совой шине источника питания, а змиттер подключен последовательно через стабилитрон динамического фильтра нижних частот к двум базам транзисторного модулятора, оба змиттера которого подключены через переменный резистор к плюсовой шине источника питания, а общий коллектор к выводу обмотки реле, второй вывод которой подключен к общей шине, причем обмотка реле зашунтирована диодом, а к обеим выводам стабилитрона динамическогофильтра нижнихчастот подключены конденсаторы, вторыевыводы которыхподключены к общей шине .Изобретение относится к импульс.ной технике инфраниэкого диапазонаи может быть применено для генерирования последовательности импульсов стабильной частоты следования 5их в инфраниэком диапазоне вустановках различного назначения и,в частности, предназначено для использования в системах автоматичес-.кого управления переключением регенеративных теплообменников вкачестве базового блока, формирующего командные сигналы для цикличного переключения регенераторов.Известны генераторы импульсов, 15формирующие сигналы для цикличногоуправления объектами, используемыев различных системах автоматического управления, содержащие транзисторные входные и выходные каскады, а 20также операционные усилители, времязадающие цепи и электромагнитныереле,Такое устройство содержит интегратор на операционном усилителе,в цепи обратной связи котороговключен конденсатор времяэадающейцепи, выход которого подключен кдвум ключам, собранным на операционньг. усилителях по схеме компараторов напряжений (токов), а выходы последних через элемент "И" подключены к базе биполярного транзис- .тора выходного каскада, причем вцепь коллектора транзистора включена З 5обмотка электромагнитного реле, а вцепь эмиттера его включен стабилитрон. К недостаткам этого устройстванужно отнести сложность и громоздкость схемы порогового каскада, 40включающего два компаратора на операционных усилителях, а также невысокую стабильность отработки периода следования выходных импульсов винфранизком диапазоне частот, таккак нет специального фильтра дляподавления низкочастотного шумового фона с выхода интегратора, приэтом конденсатор, включенный вцепь выхода элемента "И" и к базетранзистора выходного каскада ухудшает процессы переключения последнего, т.е. затягивает их, делаетболее инерционными.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является импульсный генератор широкогодиапазона, который содержит времязадающий каскад на полевом транзисторе, в цепи затвора которого включена зремязадающая цепь, при этом реэистивную часть этой цепи заменяет переход эмиттер-коллектор биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой и управляе" мого со стороны эмиттера источником напряжения, состоящим из операционного усилителя, регуляторами напряжения и тока во входной цепи его и нагруженным на транзистор, в то же время к резистору нагрузки полевого транзистора вре" мязадающего каскада подключена сложная система порогового каскада, состоящая из цепи двух инверторов подключенных к триггеру и далее через инвертор и элемент ИЛИ к базе биполярного транзистора выходного каскада с резистора эмиттерной нагрузки которого сжимается выходной сигнал, при этом инверсный выход триггера подключен через элемент ИЛИ к затвору полевого транзистора времязадающего каскада че-рез транзисторную и диодную цепь, образуя обратную связь для подачи внешнего сигнала стартовых импульсов. Устройство рассчитано на работу в диапазоне от 5 МГц до 0,5 Гц, т.е. имеет верхний предел формиро" вания периода следования импульсов равного 2 с. К недостаткам этого устройства следует отнести невысокую стабильность частоты следования импульсов в инфранизкой области, т.е. при формировании периода следования импульсов в пределах от 500- 1000 с, так как времязадающий каскад на полевом транзисторе работает в режиме релаксатора в ограниченной области выходных напряжений и, следовательно, при больших величинах отрабатываемого периода следования импульсов эти ограничения снимаются и возникает неопределенность момента переключения в силу экспоненциального закона изменения выходного напряжения релаксатора.Целью изобретения является повышение стабильности частоты следования,импульсов.Цель достигается тем, что в импульсный генератор инфранизкой частоты, содержащий источник питания с симметричными разнополярными уровнями напряжения, собранный надвух стабилитронах и балластномрезисторе, времязадающий каскад,собранный на операционном усилителес дифференциальным входом, в цепьотрицательной обратной связи которого включен конденсатор времязадающей цепи, резистор. которой подключен к йнвертирующему входу операционного усилителя и плюсовойшине источника питания, цепь задержки выключения реле, подключенную через диод и разомкнутый контакт реле к обмотке реле выходного каскада, и цепь обратной связи иэ последовательно включенныхограничительного резистора и разом"кнутого контакта, реле, котороешунтирует конденсатор времязадающей цепи, введен выходной пороговый каскад, содержащий усилительтока на транзисторе, динамическийфильтр нижних частот на стабилитроне, и усилитель мощности, собранный на транзисторном модуляторе,нагруженном на реле, при этом базатранзистора усилителя тока подключена через резистор к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к минусовой шине источникапитания, а эмиттер подключен последовательно через стабилитрон дина-.мического фильтра нижних частот кдвум базам транзисторного модулятора, оба эмиттера которого подключены через переменный резистор к плюсовой шине источника питания, аобщий коллектор к выводу обмоткиреле, второй вывод которой подключен к общей шине, причем обмоткареле зашунтирована диодом, а кобеим выводам стабилитрона динамического фильтра нижних частот подключены конденсаторы, вторые выводы которых подключены к общейшине. 793303 4ный к источнику питания, т.е. к.плюсовой шине 2 и к минусовой шине3, образованному последовательнойцепью стабилитронов 4 и 5 и балластным резистором 6, который подключенк общей шине 7, при этом неинвертирующий вход 8 операционного усилителя 1 подключен между стабилитронами 4 и 5, т.е. к точке искусствен-1 О ного нуля симметричного источникапитания, а инвертирующий вход 9операционного усилителя 1 подключенк резистору 10 и конденсатору 11времязадающей цепи, причем второй 15 вывод резистора 10 подключен кплюсовой шине 2, а вторая обкладкаконденсатора 11 подключена к выходу12 операционного усилителя 1. Конденсатор 13, выполняющий функциикоррекции сигнала, является составной частью операционного усилителя 1. К выходу 12 операционного.усилителя 1 подключена через ограничительный резистор 14 база 25 биополярного транзистора 15, коллек-тор которого подключен к минусовойшине 3, а эмиттер последовательночерез стабилитрон 16 к двум базамтранзисторного модулятора 17, ЗО оба эмиттера которого подключенычерез переменный резистор 18 к по- люсавой шине 2, а общий коллектор - к обмотке реле 19, второй вывод которой подключен к общей шине7, при этом к общим выводам стабилитрона 16 подключены еще два конденсатора 20 и 21, вторые обкладки которых подключены к общей шине7, а обмотка реле 19 зашунтированадиодом 22 в обратно смещенном направлении относительно полярностиобщего источника питания. Замыкающий контакт 23 реле 19 образует последовательную цепь с ограничительным резистором 24, которая .50 55 На фиг.1 представлена принципиальная схема импульсного генератора инфраниэкой частоты. На фиг. 2 а и 2 б - осциллограммы, поясняющие принцип действия его, и уровни напряжения ( Ь - уровень искусственного нуля, 1, - напряжение срабатывания порогового каскада, Ь - напряжение общего источника питания.Импульсный генератор инфранизкой частоты (см.фиг.1) содержит операционный усилитель 1, подключенподключена параллельно конденсатору11, а второй замыкающий контакт 25реле 19 подключен к обмотке реле 19и к диоду 26, который в свою очередь подключен к средней точкепоследовательной КС-цепи, второйвывод резистора 27 которой подключен к плюсовой шине питания 2, авторая обкладка конденсатора 28 . -к общей шине 7, при этом переключающий контакт 29 (или группа контактов) реле 19 имеет выходные цепи для подключения к объектам управ.ления, работающих от дискретных сигналов, а выход 12 операционного усилителя 1 имеет выходную цепь 30 для подключения дополнительных нагрузок (в том числе и идентичных описанной), работающих от аналогового сигнала.Работает устройство следующим образом.При подключении источника питания на шинах 2 и 3 устанавливается симметричное разнополярное стабилизированное напряжение относительно неинвертирующего входа 9 операционного усилителя 1 и служитдля питания последнего, при этом, поскольку конденсатор 11 включен в цепь .обратной связи операционного усилителя 1, то операционный усили. тель работает в режиме интегратора и в момент подачи напряжения питания на выходе 12 интегратора начинает формироваться линейно изменяющееся напряжение, т.е. интеграл от скачкообразного изменения напряжения формируемого стабилитроном 4 и подаваемое на инвертирующий вход 8 операционного усилителя 1 через резистор 10, при этом крутизна изменения уровня выходного напряжения во времени определяется , постоянной времени времяэадающей цепи, состоящей из резистора 10 и конденсатора 11. Выходное напряжение с интегратора подается на пороговый каскад, при этом изменение уровня напряжения на выходе 12 приводит к увеличению тока, протекающего по резистору 14 и в базе транзистора 15. Последний работает в линейном режиме и постепенно отпирается, при этом сопротивлениеперехода эмиттер-коллектор его уменьшается и падение напряжения на нем тоже падает. Это приводится к тому, что уровень напряжения на эмиттере транзистора 15 линейно возрастает относительно шины 2 исравнивается с пороговым напряжением выходного каскада, котороескладывается иэ суммы падений напряжений на резисторе 18, переходес эмиттер-база модулятора 17 и наобратносмещенном стабилитроне 16,и в момент достижения падения напряжения на етабилитроне 16 величи-не напряжения пробоя, последний 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пропускает ток, что приводит к отпиранию параллельно включенных модуляторов 17 и, следовательно, крезкому возрастанию тока в общейколлекторной цепи их в обмоткереле 19. Последнее срабатывает, ина этом заканчивается процесс формирования периода следования импульсов, при этом замыкаощий контакт 23 реле 19 замыкает цепь резистора 24 и этим самым шунтируетконденсатор 11, который разряжается, что приводит к резкому возврату уровня выходного напряженияинтегратора до уровня искусственного нуля, т.е. уровня напряжениямежду стабилитронами 4 и 5, при этомрезко падает величина тока в цепибазы транзистора 15, что приводит кувеличению сопротивления переходаэмиттер-коллектор последнего и куменьшению уровня напряжения наэмиттере его относительно шины 2,величина которого делается меньшевеличины порогового напряжения выходного каскада. Стабилитрон 16 имодулятор 17 оказываются запертымии тока не пропускают, поэтому реле19 выключается, при этом замыкающийконтакт 23 его размыкает цепь,шунтирующую конденсатор 11, и процесс зарядки последнего и формирования линейно изменяющего напряжения на выходе 12 интегратора вновьповторяется и на выходе генератораФормируются импульсы с инфраниэкойчастотой следования, при этом выходной сигнал в дискретной Форме снимается с обмотки реле 19 нли используется контактная группа 29его. Резистор 24 введен для повышения надежности работы генераторапутем ограничения тока через контакты 23 и, следовательно, не допускает их обгорание, а условия разряда конденсатора 11 улучшаются засчет увеличения времени разряда,создаваемое искусственной задержкой отключения реле 19 его замыкаощий контакт 25 подключает черездиод 26 обкладку конденсатора 28 кобмотке реле 19, что и обеспечиваетзадержку выключения последнего,при этом диод 22, шунтирующий обмотку реле 19, гасит паразитивныйвыброс напряжения на ней, возникаю-,щий вследстви реэкого спада тока7933в момент отключения реле в его об. - мотке, причем энергия, накопленная в индуктивности обмотки, рассеивается на прямосмешенном, относительно полярности паразитного выброса, 5 диоде 22; Время задержки выключения реле 19, зачисящее от постоянной времени цепи, состоящей из резистора 27 и конденсатора 28, определяет и длительность формируемого 10 импульса.Эффект существенного повьппения стабильности частоты следования импульсов в инфранизком диапазоне достигнут эа счет предложенной схе мотехники подключения элементов в выходном пороговом каскаде импульсного генератора инфраниэкой частоты и в особенности за счет включения обратносмещенного стабилитрона 16 между эмиттером транзистора 15 и базами транзисторного модулятора 17 и подключения двух конденсаторов к обоим выводам стабилитрона 16 и к общей шине питания, при этом одно временно достигнуто оптимальное согласование работы всех элементов и образования фильтра низких частот, образованного конденсаторами 20 и 21, а также динамйческим сопротив- зО лением стабилитрона 16, которыйв зависимости от режима меняет свою постоянную времени, так как величина динамического сопротивления стабилитрона 16 меняется на несколь 2 03 8ко порядков в зависимости от того пробит он или заперт. Так, например, в режиме формирования периода следования импульсов стабилитрон 16 в пороговом каскаде импульсного генератора заперт и тока не пропускает, при этом его внутрен.нее сопротивление очень велико и обычно превышает величину 1 мгОм, а в режиме переключения, когда стабнлитрон 16 открыт, его сопротивление. составляет единицы Ом,отсюда и изменения соответствующей постоян-. ной времени на 4-5 порядков, что обеспечивает эффективное подавление низкочастотного шумового фона в режиме формирования периода следования.Дополнительные преимущества предложенного устройства по отношению к прототипу выражаются в сокращении количества используемых элементов в схеме на 503 и в обеспечении возможности регулирования периода следования импульсов более простыми и надежными средствами, а именно переменным резистором 18 в цепи эмиттеров транзисторногб модулятора 17, входящего в состав выходного порогового каскада, а:не во времязадающую цепь интегратора как в прототипе, что также повышает стабильность частоты следования импульсов в предложенном устройстве."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ал Тираж 871 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 3035, Иосква, Ж, Раушск