Генератор импульсов

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных ци 41 овых и аналогоцифровых устройствах автоматики и вычислительной технике, например в диапазонных реле времени счетного типа.Цель изобретения - повышение точности установки периода следования импульсов за счет уменьшения погреш- О ности установки периода следования импульсов по равномерной шкале задатчика сопротивления времязадающей резистивной цепи и повышение надежности генератора импульсов путем исключения возможности открывания в пороговой логической схеме паразитной тиристорной структуры.На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема генератора 20 импульсов; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов в некоторых электрических, точках и цепях генератора импульсов.25Генератор импульсов содержитКМДП-пороговую логическую схему 1, времязадающую резистивную цепь 2, конденсатор 3, резистивный регулировочный орган 4, первый 5, второй 6 и 30 третий 7 резисторы, шину 8 источника питания, общую 9 и выходную 10 шины, Первый вход цепи 2 соединен с инверсным выходом схемы 1, второй вход - с первой обкладкой конденсатора 3 и входом схемы 1. Первый вывод резистора 5 соединен с шиной 9., второй вывод - с вторыми входами регулировочного органа 4 и конденсатора 3. Первый вход регулировочного щ органа 4 соединен с прямым выходом схемы 1 через резистор 6, второй вывод резистора 5 соединен с шиной 8 через резистор 7. Шины 8 и 9 генератора импульсов соединены с шиной 11 питания и с общей шиной 12 схемы 1 соответственно, Шина 10 соединена с одним иэ выходов схемы 1, например с ее инверсным выходом.Схема 1 выполнена на известных 50 КМДП-логических элементах так, что при наличии на ее шине 11 положительного напряжения питания, действующего относительно ее шины 12 и находящегося в определенном рабочем диапазоне величины напряжения питания, и при внешних нагрузках на ее выходы, имеющих эквивалентные омические сопротивления в определенном рабочем диапазоне сопротивлений нагрузок, она обладает следующими характеристиками:1. При напряжении на входе, находящемся в пределах от нуля до пер-вого порогового значения, напряжения на прямом и инверсном выходах находятся в определенных для этих выходов пределах напряжений логического нуля и логической единицы соответственно. При напряжении на входе, находящемся в пределах от второго порогового значения до значения напряжения питания, напряжения на прямом и инверсном выходах находятся в указанных пределах напряжений логической единицы и логического нуля соответственно. Второе пороговое значение больше первого порогового значения на величину, составляющую небольшую часть, например несколько процентов, от диапазона входного напряжения от нуля до значения напряжения питания, называемого далее рабочим диапазоном входного напряжения. Оба пороговые значения находятся в средней части рабочего диапазона входного напряжения, например в пределах 30-707 от значения напряжения питания, причем зависимости выходных напряжений от входного напряжения в его рабочем диапазоне монотонны, выходное напряжение логического нуля близко к нулю, а выходное напряжение логической единицы близко к значению напряжения питания. 2, При входном напряжении, находящемся в его рабочем диапазоне, входное сопротивление составляет десятки или сотни мегаом,а входной ток по абсолютной величине не превышает нескольких единиц или десятков наноампер. При входном напряжении, находящемся вне его рабочего диапазона, схема 1 может обладать значи-. тельно более низким входным сопротивлением и значительно большим входным током, в частности схема 1 может быть снабженапервым защитным диодом, катод которого соединен с входом схемы 1, анод - с шиной 12, и вторым защитным диодом, анод которого соединен с входом схемы 1, катод - с шиной 11. Например, схема 1 может быть выполнена в виде последовательно соединенных логических инверторов 13-15, в качестве которых могут быть применены любые КМДПкомбинационные логические элементы, включенные известным образом инверторами, например КМДП-логические элементы 2 И-НЕ, первые входы которых используются в качестве входов инверторов, а вторые входы соединены с шиной питания, в том числе логические элементы иэ состава известных ЩДП интегральных логических схем, на входах которых имеются защитныедиоды. Цепь 2 выполнена известным образом так, что,имеет между своими первым и вторым входами омическое сопротивление К, равное сумме двух/частей. Первая часть К прямо пропорциональна величине механического или электрического задающего сигнала, создаваемого с помощью встроенного или внешнего эадатчика, втораяичасть К подбирается при регулировГке.генератора импульсов в процессе его изготовления или при периодической регламентной подрегулировке и имеет в течение всего срока эксплуатации или в течение каждого межрегламентного срока, т.е. между регламентными подрегулировками, постоянную величину. В результате сопро- ЗО тивление К при эксплуатации генератора импульсов может быть установлено плавно или дискретно с помощью задатчика в пределах от некоторого минимального значения Р , которое рав но установленному при регулировке генератора импульсов значению. - со,противления К , до некоторого максимального значения К, равного сумме максимального значения со противления Р , соответствующего верхнему пределу изменения задающего сигнала, и установленного указанным образом значения сопротивления иК . Причем по крайней мере некоторым 45 значениям задающего сигнала поставлено в соответствие определенное номинальное значение периода Т следования выходных импульсов генератора импульсов (именуемого далее просто 50 период) из заданного диапазона его установки, в частности номинальные нижний Т цц н и Верхний Тпределы установки Т, с помощью цепи 2. Регулировочный диапазон изменения 55 иК токов - отношение К /К можетмакс иин быть при регулировке генератора импульсов изменено относительно его среднего значения, равного отношению н м 6 п .Тв любую сторону н нОм.б.п. нпм н.п.некоторое число раз, которое выбирается в зависимости от возможных отклонений от номинальных или типовых значений параметров примененных элементов генератора импульсов, влияющих на величину периода, например в 1,5 раза. Величина К , преимущественно находится в диапазоне 10 10 Ом, и величина К составляет не менее 10Ом. Например, цепь 2 со 4.держит переменный резистор 16 с круговым перемещением движка, обладающий номинально линейной зависимостью сопротивления от углового положения движка, и подстроечный резистор 17, соединенные последовательно, а также эадатчик, состоящий из ручки 18, ко" торая закреплена на оси резистора 16, равномерной круговой шкалы 19, установленной или нанесенной концентрично относительно оси резистора 16 либо на ручке 18, либо на корпусе или другой несущей конструктивной детали генератора импульсов, неподвижной относительно корпуса резистора 6, и указателя 20, который закреплен или нанесен на несущей конструктивной детали при первом либо на ручке при втором иэ указанных вариантов размещения шкалы 19. Шкала содержит равномерно расположенные отметки, крайние из которых 21 и 22 оциФрованы заданными значениями Т,, Т бп . Угловой диапазон шкалы между ее крайними отметками выбран таким, что не превышает углового диапазона перемешения движка резистора,16, в котором этот резистор обладает указываемой для него в технических условиях характеристикой линейности. Ручка 18 зафиксирована на оси резистора 16 так, что при совмещении указателя 20 с отметкой 21 шкалы сопротивление резистора 16 близко к минимально возможному значению, находящемуся, однако, внеобласти начального скачка сопротивления этого резистора, если этот скачок значителен, Сопротивление К представляет собой используемую для установки периода часть сопротивления резистора 6,иа сопротивление К - сумму установленного сопротивления резистора 17 и неиспользуемой для настройки периода части со стороны меньших значений резистора 16.1285563 1 О 55 5Регулировочный орган 4 выполнен в виде переменного резистора и обеспечивает плавную или с небольшой относительной дискретностью установку сопротивления В от нуля до максимального значения Р.4 иакс.Сопротивления резисторов 5 - 7, обозначаемые далее Р., Е и Р , таковы, что отношение Р. и Р. пре 7имущественно близко к отношению максимально допускаемого вытекающего тока логической единицы к максимально допускаемому втекающему току логического нуля прямого выхода примененной схемы 1, и К не менее величины, рассчитанной как сопротивление параллельного соединения резисторов 5 и 7, и преимущественно близко к этой .величине. Кроме того, в трехполюснике, образованном органом 4 и резисторами 5 - 7, при подключении его первого и второго входов, являющихся несоединенными непосредственно между собой выводами резисторов 5 и 7, к шинам 9 и 8 соответственно, между которыми приложено на,пряжение Е питания схемы 1, находящееся в рабочем диапазоне ее напряжения питания, и при нулевом сопротивлении органа 4 значения тока, возникающего через резистор 6 при подсоединении третьего входа упомянутого трехполюсника, являющегося выводом резистора 6, не соединенным непосредственно с органом 4, поочередно с шиной 8 и с шиной 9, по абсолютной величине не превышают максимально допускаемого вытекающего то. ка логической единицы и максимально допускаемого втекающего тока логического нуля прямого выхода схемы 1 соответственно, но преимущественно близки к этим последним значениям.Иаксимальное сопротивление К4 иакс органа 4 таково, что при изменении К от среднего значения до нуля и до Всумма сопротивлений К и К .юф изменяется в отношении, которое боль. ше суммы максимально возможных допускаемых относительных отклонений от номинальных значений примененных в генераторе импульсов конденсатора 3 и резисторов и преимущественно близко к последней сумме, например при десятипроцентных указанных допускаемых отклонениях может быть выбрано номинальное максимальное сопротивление органа 4, равное номинальному сопротивлению резистора 6 6Работа генератора импульсов, в котором схема 1 выполнена в виде трех соединенных последовательно КМДП-логических инверторов 13 - 15 (фиг. 1),.поясняется с помощью временных синхронных диаграмм, приведенных на фиг. 2 для напряжения Уна входе схемы 1, являющемся входом инвертора 13, для напряжения Б наз выходе инвертора 13, для напряжения Б на прямом выходе схемы 1, являющемся выходом инвертора 14, для напряжения П в, точке 24 соединениямежду собой вторых выводов резистора 15 5 и регулировочного органа 4, причемнапряжения Б - П , У действуюткак и напряжение Е на шине 8 относительно шины 9, для напряжения Бна первой обкладке конденсатора 3 20 относительно его второй обкладки идля тока д через конденсатор, длякоторого за положительное принятонаправление от первой к второй обкладке конденсатора.Для упрощения диаграмм коэффициенты усиления инверторов 13 и 14в средних областях их выходных характеристик переключения принятынастолько большими, что максималь ное и минимальное значения напряжения Б при которых напряжение Увходит в активную область характеристики переключения инвертора 14сверку и снизу соответственно, раз личаются между собой незначительнои поэтому приняты равными одномузначению порога переключения У,и 1инвертора 13, и что максимальноеи минимальное значения напряжения 40 Б, ,при которых напряжение Б входитв активную область переключениясверху и снизу соответственно, такжеразличаются между собой незначительно и поэтому приняты равными одномузначению порога переключения Уинвертора 12. Причем принято,чтоУ ., =П, =П, что практически имеетместо при использовании в качествеинверторов 13 и 14 одинаково включенных логических элементов, входящих в одну и ту же интегральную микросхему. Для определенности У принято несколько меньшим, 0,5 Е, а напряжения нулевых и единичных логических уровней инверторов 13-15 принятыравными нулю и Е соответственно. В момент времени С, напряжение может быть как меньше, так и больше П Предположим (фиг. 2), 7 12855что в момент времени11, меньше11 настолько, что П больше 11, вэтом случае У имеет значение, близ.кое к нулю, а Б - значение, близкоек Е (выходной логический сигнал ин 5вертора 15, представленный уровняминапряжения Б , является логическойинверсией выходного логического сигнала инвертора 14, представленногоуровнями напряжения П з, с учетом это 10го для упрощения временная диаграммадля напряжения Б не изображена), иконденсатор 3 заряжается положительным током, идущим с выхода инвертора15 через цепь2. При входе напряжения У 4 снизу (со стороны меньшихзначений) в активную область характеристики переключения инвертора 13напряжение Г уменьшается от близкого к Е значения, стремясь к нулевому 20значению, со скоростью, равной по абсолютной величине произведению скорости изменения напряжения Бназначение коэффициента усиления инвертора 13, которое в средней части указанной активной области обычно достигает максимального значения (порядканескольких десятков или сотен).При входе напряжения У сверху в2активную область характеристики пере. - 30"ключения инвертора 14, как только достигает единицы произведение коэффициентов усиления инверторов 13 и 4и коэффициента передачи напряженияП. в точку 24 резистивной .цепью, об 3разованной регулировочным органом 4и резисторами 5-7, вследствие действия положительной обратной связи,охватывающей инверторы 13 и 14, через последовательно включенные резис- щтор 6, регулировочный орган 4 и конденсатор 3, в момент времени С, возникает регенеративный процесс ускоренияпереключения инверторов 13 и 14,быстро заканчивающийс,; установлением д 5на их выходах близких к нулю и Е значений напряжений Б. и П соответственно. При этом напряжение 0 скачком увеличивается от ц , до Ц ,Этот скачбк передается конденсатором 3 на вход схемы 1, увеличиваянапряжение Б, от У до максимального значения У 4, практически одновременно напряжение Б скачкообразно изменяется от значения, близкого к Е, до значения, близкого конулю. Значение П , приблизительноравно Пкоторое имело бы напряаЯккжение Ппри У=О и разорванной 63 8цепи конденсатора 3 к а именно неОсколько больше Б так как к мод. хкменту времени С, ток 1 , имеющий минимальное положительное значение ,асоздает на выходном сопротивлении Рв точке 24 дополнительное положительное падение напряжения. Значение Б, приблизительно равно значению Б. , которое имело бы напряжение Упри У э = Е и разорванной цепи конденсатора 3, а именно несколько меньше П , так как в момент времени С начинается разряд конденсатора 3 током д который в момент времени г. принимает максимальное по абсолютной величине отФрицательное значениеиз чего видно, что значение Б , больше Б не более, чем на величину разности :между значениями П ,и П , последняя при указанном выборе сопротивлений резисторов 5-7 не превышает разности между Е и П, следовательно напряжение У 4 в момент сго положительного скачка остается менее значения Е (при любых установленных значениях сойротивлений К и Р 4). С момента времениконденсатор 3 сначала разряжается от положитель;ного заряда, а затем перезаряжается отрицательным током. При этом напряжение Б уменьшается по экспоненциальному закону через включенные с ним последовательно сопротивления К и Р., Это изменение напряжения Б сопровождается уменьшением по абсолютной величине отрицательного токачто в свою очередь приводит к некоторому увеличениюнапряжения Потносительно значения П, , При достижении напряжением У, сверху значения, близкого к Б, в момент времейианалогично описанному для момента времени С возникает реге 4неративный процесс скачкообразного обратного переключения выходных логических сигналов схемы 1, в результате которого снова напряжения У и П принимают значения, близкие к Е,4напряжение У - близкое к нулю. Призэтом напряжение Пскачком уменьшается до значения П 2,2 , близкого кЭтот скачок передается конденсатором 3 на вход схемы 1, уменьшая напряжение У приблизительно от1Б до минимального значения Б 4Так как к моменту временитокимеющий отрицательное значение63 10противления К, например, с помощьюрезистора 17 значительно сильнеевлияет на нижний, чем на верхнийпредел установки Т. Поэтому генератор импульсов обеспечивает возможность такой его регулировки путемпоочередного подбора сопротивленияК при установке указателя 20 противиотметки 22 шкалы и сопротивления Кнапример сопротивления резистора 17,при установке указателя 20 противотметки 21 шкалы, что после этойрегулировки генератор импульсов обеспечивает достаточно точную установкус помощью задатчика сопротивленияцели 2 верхнего и нижнего пределовустановки Т непосредственно по шкале 19. Так как в процессе работы генератора импульсов при любом сопротивлении Р. и любом установленномзначении сопротивления К напряжениеП остается в пределах от нуля доЕ, то входное сопротивление схемы1 все время остается очень высокимдаже приналичии в схеме 1 защитных;циодов на ее входе,Так как в генераторе импульсов1 входное напряжение пороговой логи","ческой схемы во всем регулировочномдиапазоне его регулировочного органа находится в пределах от нуля до Е,в нем исключена возможность открыва 1 ния в пороговой логической схеме па,разитной тиристорной структуры, ко,торая обычно имеется в КМДП-интегральных логических схемах и открытиекоторой может вызвать необратимоеразрушение логической схемы. Поэтомупредлагаемый генератор импульсовобладает значительно более высокойнадежностью,В тех случаях применения генератора импульсов, когда достаточная точность установки периода обеспечивается и при произвольно больших значениях сопротивления резистора 7, последний может быть исключен, При этом сохраняется необходимость соблюдения указанного соотношения между сопротивлениями резисторов 5 и 6 для обеспечения надежной работы генератора импульсов. 1. Генератор импульсов, содержащий КМДП-пороговую логическую схему с прямым и инверсным выходами, вре 9 12855создает на сопротивлении В.с.удополнительное отрицательное падение,напряжения, несколько уменьшающеенапряжение Б относительно значенияО, , а в момент времени 1ток д,принимающий положительное значение.ьсоздает на сопротивлении Кдополнительное положение падение напряжения, несколько увеличивающеенапряжение У относительно значения 10ото величина отрицательногоскачка напряжения П, в момент време"ни С по абсолютной величине не пре 2вьппает величину разности между Би П Последняя при указанном выборе сопротивлений резисторов 5-7не превышает П, следовательно напряжение У в момент его отрицательного1скачка остается вьппе нуля при любыхустановленных значениях сопротивлений К и В. ) .С момейта времени 1 конденсатор23 сначала разряжается от отрицательного заряда, а затем перезаряжается,положительным током ь,ь. При этом напряжение О, увеличивается по экспоненциальному закону через сопротив,ления К и КО до тех пор, пока оновновь не достигнет снизу значенияО. Далее генератор импульсов дейст- ЗОвует описанным образом циклически,формируя на шине 10 периодическуюпоследовательность прямоугольных импульсов, период Т следования которыхможет быть с некоторой погрешностью З 5установлен в некотором диапазоне спомощью эадатчика сопротивления цепи2 непосредственно по его шкале 20.При увеличении сопротивления В.,от нуля до К ,. скачки напряжения 46У ,в момент времени й й , йдостижения этим напряжением зйаченияП поочередно снизу и сверху уменьшаются от максимального до минимального по абсолютной величине зна-чения, при этом период Т монотонноуменьшается (при фиксированном сопротивлении Кцепи 2). Причем притаких больших значениях отношенийКк К , которые имеют место для 50Минуказанно 1 о диапазона изменения Ки указанных значений Р., К , К,8относительные изменения Т при Фиксированных значениях К,;и К инприблизительно одинаковы, т.е. из Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я,менение К вызывает приблизительноодинаковые относительные измененияверхнего и нижнего пределов установИки Т. Изменение второй части К со- е1285563 12 йрЮИууе Состави Техред ель Н. Фера.Ходанич нтова Коррек Редактор А, Шишкин С. Черни аказ 7533/55 ВНИИПИ Г по де 113035, МоТираж 899сударственного комитета СССРам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д. одписно жгород, ул. Проектная Производственно-полиграфическое предприятие мязадающую реэистивную цепь, первыйвход которой соединен с инверснымвыходом КМДП-пороговой логическойсхемы, конденсатор, первая обкладкакоторого соединена с вторым входомвремяэадающей реэистивной цепи, резистивный регулировочный орган, первый резистор, первый вывод которогосоединен с общей шиной генератораимпульсов, второй вывод - с вторым 10входом резистивного регулировочногооргана, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьппения точности установки периода следования импульсови повышения надежности; в него введен второй резистор, который включен между первым входом регулировочного органа и прямым выходом КМДЛ-порого" вой логической схемы, первая обкладка конденсатора соединена с входом пороговой логической схемы, вторая обкладка - с вторым выводом первого резистора,2. Генератор по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью дальнейшего повышения точности установки периода следования импульсов, в него введен третий резистор, который включен между вторым выводом первого резистора и шиной питания КМДП-пороговой логической схемы.