Генератор линейно-изменяющегося напряжения

(4) ГЕ ОР ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЦЕГОСЯНАПРЯЖЕНИЯ тся немязлениемк как ацион- тивлет ны по Ввне 1 ф ВХ зависит пракески от величины Й го яюИзобретение относится к технике аналогового преобразования электрических сигналов и, в частности, пред назначено для использования в формирователях длительных интервалов времени.Известен генератор линейно изменяющихся напряжений, содержащйй диф ференциальный операционный усилител и времязадающую ЙС-цепь, причем общий вывод резистора и конденсатора времязадающей ЙС-цейи подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод конденсатора подключен к выходу операционно усилителя, при этом в режиме генери рования линейно иэмеряющегося напряжения на второй вывод резистора времязадающей ЙС-цепи подает.ся вход ной сигнал в виде скачка уровня постоянного напряжения, который интегрируется, а с выхода операционно . усилителя снимается линейно измен щееся напряжение 113. Недостатком гератора являевоэможность использования вредающей ЙС-цепи с высоким эначпостоянной времени Г = ЙС, тавходное сопротивление Й опеного усили гели шунтирует сопрние времязадающего резисторасамым ограничивает его "сверхт.е. ограничивает рост величистоянной временидо величинК йСкоторая при Й )т а будет определяться величинои Й , т.е. 7 -ф Й 6 хС, что и не позволяет испольэовать описанную схему г нератора в устройствах формирования медленно линейно изменяющихся напря жений и устройствах формирования дл тельных интервалов времени, работаю щих по принципу формирования линейн изменяющихся напряжений,, Наиболее близким по.технической сущности к изобретению является ге 95370735 нератор линейно изменяющегося напря=жения, содержащий дифференциальныйоперационный усилитель, времязадающую РС-цепь и два резистивных делителя, причем общий вывод двух резисторов первого делителя подключен кинвертирующему входу операционногоусилителя, а вторые выводы этих резисторов подключены соответственнок общей шине и к выходу операционного 1 оусилителя; общий вывод резистора иконденсатора времязадающей РС-цепиподключен к неинвертирующему входуоперационного усилителя, второй вывод конденсатора подключен к общей 15шине, а второй вывод резистора - кобщему выводу второго резистивногоделителя, при этом вторые выводы резисторов последнего подключены соответственно к источнику входного напряжения и к выходу операционногоусилителя. 8 режиме генерированиялинейно изменяющегося напряжения навторой вывод резистора резистивногоделителя подается входной сигналв виде скачка уровня постоянного напряжения, который интегрируется, ас выхода операционного усилителяснимается линейно изменяющееся напряжение 23.30При определенном соотношении величин сопротивлений резисторов, применяемых в известной схеме, теоретически можно получить небольшое увеличение постоянной времени интегрирования входного сигнала, однако напрактике это не реализуется, так какрезисторы с большими номиналами сопротивления имеют высокий процентразброса их величин, и условие повышения постоянной времени интегрирования выполнить невозможно, при этомналичие в схеме генератора двух резистивных делителей, выполняющихфункции масштабирования в цепях от 45рицательной и положительной обратныхсвязей операционного усилителя, приводят к резкому снижению реальной величины коэффициента усиления операционного усилителя и, как следствие,50к понижению входного сопротивленияего и к уменьшению постоянной времени интегрирования, а подключение пяти резисторов к входам операционногоусилителя приводит к тому же к высокому уровню напряжения шума на вы 55ходе последнего, что снижает точностьгенерирования линейно изменяющегосянапряжения,Цель изобретения " увеличение постоянной времени интегрирования и повышение точности генерирования линейно изменяющегося напряжения, Поставленная цеЛь достигается тем, что в генераторе, содержащем дифференциальный операционный усилитель, времязадающую РС-цепь и стабилизированный источник двухполярного напряжения, времязадающая ЙС-цепь подключена к шинам стабилизированного источника двухполярного напряжения, общий вывод конденсатора и резистора, времязадающей ЙС-цепи подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с его выходом, при этом средний вывод стабилизированного источника двухполярного напряжения соединен с общей шиной дифференциального операционного усилителя.На Фиг. 1 представлена схема генератора линейно изменяющегося напряжения; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы; на фиг. 3 - сравнительная характеристика, показывающая эффект повышения пос)оянной времени в предлагаемом устройстве по отношению к традиционному выполнению его; на фиг, 4 и фиг. 5 - варианты выполнения генератора линейно изменяющегося напряжения; на Фиг. 6 и фиг. 7 - диаграммы их работы соответственно.Генератор линейно изменяющегося напряжения (фиг. 1) содержит дифференциальный операционный усилитель 1, времязадающую РС-цепь 2 и стабилизированный источник двухполярного напряжения 3, состоящий из последовательно соединенных двух стабилитронов 4 и 5 и баластного резистора 6, при этом общий вывод конденсатора 7 и резистора 8 времязадающей цепи 2 подключен к неинвертирующему входу 9 дифференциального операционного усилителя 1, выход 10 которого соединен с его же инвертирующим входом 11, а вторые выводы конденсатора 7 и резистора 8 подключены соответственно к плюсовой шине 12 минусовой шине 13 стабилизированного двухполярного источника напряжения 3, к которым подключены выводы питания дифференциального операционного усилителя 1, причем общая шина последнего соединена со средним выводом 14 источника питания 3.(фиг. 1) источника питания постоянного тока с напряжением +Еп на шинах12 и 13 устанавливаются относительноточки "искусственного нуля" 14 с условным нулевым уровнем напряженияОо (фиг, 2) соответственно уровнистабилизированного напряжения +Е 1,1 от и -Е) , которые подаются как на вводы питания микросхемы операционного10усилителя 1, так и на вторые выводывремязадающих конденсаторов 7 и резистора 8 времязадающей РС-цепи 2.В начальный момент времени послевключения питания при= О падение 15напряжения на конденсаторе 7 равнонулю, т.е. Ос = О, поэтому инвертирующий вход 9 операционного усилителя 1 оказывается под потенциалом плюсовой шины 12 со стабилизированным уров.ронем напряжения +Е 1а на выходе 10 операционного усилителя 1 относительно нулевого уровня напряжения Оо,установившегося в точке 14 между стабилитронами 4 и 5, которые формируют 25 разнополярные уровни напряжения +Е 1 сти -Е устанавливается уровень выходного напряжения, соответствующийнапряжению насыщения конкретного типамикросхемы операционного усилителя 1, зот,е. Оьх = +О выу. 1 нсмс.Далее при й0 начинается процессзаряда конденсатора 7 через резистор 8 и через входное сопротивлениеВв операционного усилителя 1, т.е,начинается процесс интегрированияскачка уровня постоянного напряжения +Е,1 , в результате чего на выходе10 операционного усилителя 1 формируется сигнал Овых(й) с линейно изменяющимся во времени напряжением, уровень которого спадает от величины Овь 1 х = +Обью н,с до величины " Вых = Оныхнас. после чего процессформирования линейно изменяющегосянапряжения заканчивается.Для повторения следующих циклов работы генератора электрический режим его возвращают в исходное состояние путем отключения источника пита 50 ния с напряжением +Еп или путем замыкания обкладок конденсатора 7 с последующим подключением источника питания или размыканием цепи, шунтирующей конденсатор 7.55Предлагаемый генератор линейно изменяющегося напряжения может быть также использован в качестве формирователя длительных интервалов времени, при этом используется линейно спадающий участок выходной характеристики (фиг, 2) от уровня +Овых 1 нас до уровня опорного напряжения, при котором срабатывает выходной каскад (не показан), т.е. до уровня О ь,= = Оспричем используется калиброванная величина изменения выходного напряжения дО = + Оеых 1 нас - (-ОсР) : Оь,х 1 ф 0 р = сопзС, которая и определяет величину формируемого интервала времени д Т.На фиг. 3 представлены экспериментально полученные зависимости дТ = т(Р) .при С = солей и ЬО = солей. Зависимость 15 для традиционной схемы 113 а зависимость 16 - для предлагаемой схемы генератора. Наклонные участки кривых 15 и 16 отражают рабочий диапазон использования постоянной временивремязадающей ЯС-цепи, а нелинейные и горизонтальные участки этих кривых определяют порог, ограничивающих возможностей повышения величины Г до "огрЭффекти вность работы предла гаемого генератора выражается возможностью резкого увеличения постоянной времени интегрирования, определяемой величиной коэффициента усиления К операционного усилителя 1, так как входное сопротивление Вх 1 последнего для схемы повторителя напряжения, используемой в предлагаемом генераторе, возрастает в К + 1 раз, т.е. Яв-вх =Йвх(К + 1), где коэфФициент усиления К для современных операционных усилителей имеет величины К = 2000.0- 125000, а в эксперименте кратность повышения постоянной времени равнаболее чем четырем порядкам (фиг. 3). Эффект повышения точности формирования линейно изменяющегося напряжения выражается возможностью интерпо-, ляции линейного наклонного участка характеристики в область высок.х зна" чений постоянной времени Г и возрастания предельной величины сопротивления Рдр времязадающей ВС-цепи от Впр 1 = 10 Ом до В = 10 Ом а такЬ 1 а же снижением величийы напряжения шума на выходе генератора из-за сокращения количества резисторов, подключенных к входам операционного усилителя,си обеспечения потенциальной возможности уменьшения номинальной величины сопротивления резистора Й время- задающей ВС-цепи.95377Второй вариант схемы генератора линейно изменяющегося напряжения (фиг. 4, диаграмма работы на фиг. 6) позволяет дополнительно повысить постоянную времени интегрирования в 8- 9 раз, а третий вариант схемы генератора линейно изменяющегося напряжения (фиг. 5, диаграмма работы на фиг. 7) позволяет дополнительно повысить постоянную времени интегрирова- о сия в 60 ран. Повторные циклы работы для обоих вариантов осуществляются путем отключения источников питания и закорачиванием времязадающего конденсатора с последующим подключением 15 источников питания и размыкания цепей, шунтирующих времязадающие конденсаторы. 07 8пряжения, о тли чающий ся тем, что, с целью увеличения постоянной времени и повышения точности, времязадающая ВС-цепь подключена к шинам стабилизированного источника двухполярного напряжения, общий вывод конденсатора и резистора время- задающей КС-цепи кодключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с его выходом.2. Генератор по и, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что средний вывод стабилизированного источника двухполярного напряжения соединен с общей шиной дифференциального операционного усилителя.формула изобретения 1, Генератор линейно изменяющегося напряжения, содержащий дифференциальный операционный усилитель, д времязадающую кС-цепь и стабилизированный источник двухполярного на Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ К 2245401,кл. С 06 С 7/18, опублик, 19732. Гутников В.С. Интегральнаяэлектроника в измерительнык устройствах. Л., "Энергия", 1980, с. 139+Е 1Еу ВНИИПИ Заказ 6292/80 Тираж 9 Я Подписно Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. ПРоектная,