Формирователь управляющего напряжения

 

ФОРМИРОВАТЕЛЬ УПРАВЛЯЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий выпрямитель, ,йход которого соединеи с выходом операционного усилителя, источник положительного опорного напряжения с времязадающим конденсатором в цепи положительной обратной связи, резистор , три диода, катод первого из которых соединен с анодом второго, катод второго диода через резистор соединен с неинвертирующим входом овврацмойного усилителя, первая обкладка времязадающего конденсатора соединена с катодом третьего диода , анод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены конденсатор запуска, накопительный . конденсатор, варикап и .три дополнительных резистора, при этом один вывод конденсатора запуска соединен с входсм формирователя, другой - с катодом первого диода, накопительный конденсатор включен между инвертирукщим входсм операционного, усилителя и общей шиной, соединеншле параллельни варикап и первый дополнителышй резистор - между неинвертирукицим входом и общей шиной, (Л второй дополнительный резистор включен между источнике положительного опорного напряжения и инвертирующим входсм операционного усилителя, а а с ,в цепь положительной обратной связи последовательно с времяаадающим конденсатором включен дополнительный третий резистор. , сл 00 to 00

„„Su„„1053280 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3 5Н Н 03 К 5 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21 ) 3471098/18-21 (22 ) 16. 07. 8.2 (46) 07.11.83. Вюл. 9 41(72) Р.П.Неймарк (71) Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (53) 621.318(088.8) (56) 1. ° Авторское свидетельство СССР

9 650229, .кл. H 03 К 13/20, 1972 °

2. Авторское свидетельство СССР .

9 769719, кл. H 03 К 5/01, 1978 (Прототип). (54)(57) ФОРМИРОВАТЕЛЬ УПРАВЛЯЮЩЕГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий выпрямитель, .вход которого соединен с выходом операционного усилителя, источник положительного опорного напряжения с времязадающим конденсатором в цепи положительной обратной связи, резис тор, три диода, катод первого иэ которых соединен с анодом второго, катод второго диода через резистор соединен с неинвертирующим входом операщюяного усилителя, первая обкладка времязадающего конденсатора соединена с катодом третьего диода, анод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены конденсатор запуска, накопительный . конденсатор, варикап и,три дополнительных резистора, при этом один вывод конденсатора запуска соединен с входом формирователя, другой - с катодом первого диода, накопительный конденсатор включен между инвертирующим входом операционного. усилителя и общей шиной, .соединенные параллельнО варикап и первый дополнительный резистор — между не- Е инвертирующим входом и общей шиной, второй дополнительный резистор включен между источником положительного опорного напряжения и инвертирующим входом операционного усилителя, а ,в цепь положительной обратной свя- Я эи последовательно с времявадающим конденсатором включен дополнитель ный третий резистор.

1053280

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электроизмерительной технике, в системах автоматического управления, регулирования, в частности в устройствах автоматической регулиров- 5 ки усиления.

Известен преобразователь амплитуды импульсов в постоянное напряже1 ние,.содержащий амплитудные дискриминаторы, дифференциальный усилитель, 10

1 делители, диод, резисторы обратной связи и интегрирующую цепь, позволяющий получить постоянное напряжение, которое соответствует амплитуде входного импульсного напряжения(11,15

Недостаток устройства заключается в отсутствии линейной регулировочнай характеристики, что не позволяет испольэовать его в системах управления .и регулирования. Кроме того, это устройство имеет неопределенность выходного напряжения при отсутствии входных импульсов и пульсации выходного напряжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее операционный усилитель, источник опорного напряжения, четыре резистора и два диода, катод первого диода соединен с анодом второго диода и с входом формирователя, анод первого диода через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного

1 усилителя, между которым и общей шиной включен второй резистор, третий 35 резистор включен между катодом второго диода и неинвертирующим входом операционного усилителя., который через четвертый резистор соединен с источником отрицательного напряже- 4Q ния, конденсатор и два дополнительных диода, катод первого диода подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым выводом кон» денсатора положительной обратной связи, а второй вывод конденсатора подключен к аноду первого дополнитель.ного диода, анод которого соединен с общей шиной.

Данное устройство при включении на его выходе выпрямителя позволяет нри превышении входным напряжением уровня срабатывания компаратора получить постоянное управляющее напряжениеГ2). 55

Однако .величина этого напряжения зависит лишь от определенной амплитуд входных импульсов, что ограничивает функциональные возможности устройства, в частности не позволяет исполь- 60 зовать его в системах автоматического регулирования.

Цель -изобретения — расширение функциональных воэможностей формирователя. 65

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь управляющего на- пряжения, содержащий выпрямитель, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, источник положительного опорного напряжения с времязадающим конденсатором в цепи положительной обратной связи, резистор, три диода, катод первого из которых соединен с анодом второго, катод второго диода через резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, первая обкладка времязадающего конденсатора соединена с катодом третьего диода, анод которого соединен с общей шиной, введены конденсатор запуска, накопительный конденсатор, варикап и три дополнительных резистора, при этом один вывод конденсатора запуска соединен с входом формирователя, другой - с катодом первого диода, накопительный конденсатор включен между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, соединенные параллельно варикап и первый дополнительный резистор — меж ду неинвертирующим входом и общей шиной, второй дополнительный резистор включен между источником положительного опорного напряжения и инвертирующим входом операционного усилителя, а в цепь положительной обратной связи последовательно с времязадающим конденсатором включен дополнительный третий резистор.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема формирователя, на фиг;2 — временные диаграммы, поясняющие работу формирователя> на фиг.3 — график зависимости выходного напряжения от величины

ВхОДного 08Ь (= (3з ° формирователь управляющего напряжения содержит операционный усилитель 1, дополнительный резистор 2, который совместно с диодами 3 и 4 и резистором 5 определяет порог срабатывания устройства, конденсатор 6 запуска, накопительный конденсатор 7> времязадающий конденсатор 8 и дополнительный резистор 9, шунтирующий диод 10, варикап 11, выпрямитель 12, резистор 13, дополнительный резистор 14, вход 15 устройства, нагрузку 16, причем выход операционного усилителя 1 соединен с входом выпрямителя 12 и через резистор 13, обеспечивающий безопасный ток обратной связи, и конденсатор 8 - с неинвертирующим входом ОУ-1, который через параллельно включенные резистор 9, диод 10, варикап 11 соединен с общей шиной. Вход 15 устройства через конденсатор б запуска и диод 3 соединен с. инвертирующим входом ОУ-1 и через диод 4, резистор 5 - с неинвертирующим входом. Инвертирующий

1053280

r накопительному конденсатору 7, что облегчает генерацию импульсов ОУ.

При 0+„ > 0 д возникает регенератив. ный процесс опрокидывания, напряжение

5 на выходе ОУ достигает значения E+

obis и происходит заряд конденсатора 8. Напряжение Е+в,„меньше напряжения источника питания +Е ввиду того, что оно шунтируется выпрямителем 12. Напряжение на выходе ОУ остается равным

IO Egg,>(до тех пор, пока конденсатор 8 не разрядится на резистор 9 до уровня 0 „ — напряжения на инвертирующем входе Оу при наличии входных импульсов °

15 Длительность выходного импульса равна

9 "00

20 При 0 „ (0 „о напр ж ние на выходе Оу также уменьшается и передается через положительную обратную связь на неинвертирующий вход. В результате напряжение на выходе Оу 5 скачком уменьшается до величиныЬвь!х " Ер где Š— напряжение источника питания.

Импульс отрицательного напряжения через конденсатор 8 передается и на варикап 11. После чего конденсатор 8 перезаряжается через диод 10 и цепи питания Оу, а варикап 11 — через резистор 9 до уровня Оо„ . Из формулы

t2

0 =E e з "" определяем паузу оо Вых между импульсами

-f

40 < =Р С e = (+)

2" 9 И " ЕЕ

В момент 0+„ > 0 „ напряжение иа

° выходе ОУ вновь увеличивается и цикл повторяется.

45 . Частота импульсов на выходе Оу 1

1 2

Подставляя значения t и t2 из

О формул 3 и 4 получаем ..f "- (й

«Со

c«-=с где С - емкость варикапа при ну55 о левом напряжении смещениями

3 — контактный потенциал ваK рикапа в — 2-3 коэФфициент

U+ - напряжение смещения на иноп вертирующем входе ОУ при на» личин входных импульсов.

Входные импульсы отрицательной полярности создают напряжение смещения на инвертирующем входе благодаря 5 вход ОУ-1 через резистор 2 соединен с источником опорного положитель-. ного напряжения +Е и через накопительный конденсатор 7 — с общей шиной, выход выпрямителя 12 соединен через резистор 14 с нагрузкой 16.

Устройство работает следующим об разом.

В исходном положении, при отсутствии на входе устройства входных импульсов, от источника положительного опорного напряжения Е через резистор 2 на инвертирующий и неинвертирующий входы Оу поданы соответственно напряжения.0 д и U«, причем

Оо, > 0 +„ на величину падения напряжения на открытых диодах 3 и 4 и резисторе 5. На выходе Оу напряжение равно Е,„, а на нагрузке 16 нацряжение вйхода Оэь,„= О. Это положение отображено на фиг.2 а

Если через конденсатор 6 запуска подается импульсная последовательность с амплитудой Оех>ооо Upnу то на инвертирующем входе напряжейие понизится, а на неинвертирующемповысится, т.е ° напряжение на неинвертирующем входе U +д станет больШе напряжения на инвертйрующем входе О,"„ .

Это происходит потому, что конденсатор б запуска соединен с входами Оу через диоды 3 и 4, каждый из.которых пропускает импульсы либо положительной, либо отрицательной полярности.

Конденсатор б запуска, разряжаясь через резисторы 9 или 2, в зависимости от полярности входных импульсов, создает импульсы противоположной полярности по отношению к входным. Импульсы положительной полярности на варикапе 11 создают, напряжение смещеI ния, которое равно 0 z и напряжеI ние на инвертирующем входе становит Я Р " " )О + =0++ (13

on оп q . где Uoz — амплитуда напряжения входного импульса с — скважность входных им- . пульсов.

Напряжение смещения определяет емкость варикапа 11, которая равна

При прекращении подачи импульсов на вход устройства напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ вновь принимают значения, при которых О+од (0 „ и генерация импульсов прекращается, выходное ,напряжение в нагрузке становится

:равным нулю.

Если амплитуда входных импульсов

:0 увеличивается, то,как это видно

1053280. из формулы (2), емкость варикапа уменьшается, пауза между вырабатываемыми импульсами уменьшается, и эа время периода входных импульсов ОУ вырабатывается большее количество импульсов.

Таким образом, во времени между входными импульсами на выходе ОУ вырабатывается пачка импульсов с частотой следования . Далее эти импульсы выпрямляются выпрямителем 10

12 и на нагрузке 16 формируется постоянное напряжение Обью<.

На фиг.2 б и в показаны случаи, когда на вход устройства поданы импульсные последовательности 0в«и )5 вхг. где (вхг >Ueê .

Из формулы(5 ) видно, что чем больше Uo тем больше частота импульсов и соответственно напряжение на нагрузке 20

V,„=3 „а „ et„(ь|, 1 *

1 где 3 - действующее значение тока в нагрузке й„ вЂ” нагрузка формирователя;

Ев,, — амплитуда напряжения на выходе ОУ; — длительность импульсов на выходе ОУ.

Из Формул (5} и(61 видно, что,под-30 бирая значенияО+пи 0 „,можно добйть- ся пропорциональйого йзменения выходного напряжения от изменения входного напряжения (фиг.3). Ограничение выходного напряжения наступает при достижении максимальной частоты-генерируемых импульсов, которая равна

« век" „

Необходимый же уровень напряжения на нагрузке. 16 достигается с помощью . резистора 14.

И качестве ру может быть использована микросхема К14ОУД1А, варикапа— диод Д311А. Опытный образец формирователя управляющего напряжения имеет длительность импульсов на выходе Оу

400 мкс. При изменении амплитуды входных импульсов, имеющих длительность 1 мкс и частоту 500 имп/с от

0,35 В до 0,85 В а) частота на выходе операционного. Усилителя изменялась от 500 до 20000 имп/с; б) выходное напряжение на нагрузке 5 крм соответственно имело значение от 0 до 1,2В.

Предлагаемое устройство имеет широкие функциональные возможности, может быть использовано в системах управления, регулирования, в частности в устройствах автоматической регу- лировки усиления (АРУ) в импульсных приемниках. Применение формирователя управляющего напряжения в приемниках автоматизированной радиогеодезичес кой системы (АРГС) позволилоувеличить коэффициент регулирования АРУ.

ВНИИПИ Заказ 8900/56

Тираж -936 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ч