ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ

Заявленное техническое решение относится к области автоматики, импульсной техники и может быть использовано в устройствах с требованиями повышенной точности в условиях разброса температур, а также повышенной надежности, например, в космических аппаратах.
Из предшествующего уровня техники известен формирователь импульсов из описания изобретения к авторскому свидетельству №483779, Н03К 5/01, 12.12.75г. Устройство содержит шину входных сигналов, триггер на интегральных микросхемах, инвертор, два транзистора, три резистора, конденсатор, два диода. Фронт выходного импульса формируется изменением исходного состояния триггера, при этом заряжается времязадающий конденсатор через, управляющий длительностью, транзистор, работающий в линейном режиме. По окончанию заряда триггер переключается в исходное состояние и на его инверсном выходе формируется спад выходного импульса. Недостатки: линейный режим транзистора нестабилен в условиях большого разброса температур и длительность импульсов будет иметь погрешность. Устройство потребляет ток в исходном состоянии от источника питания. В отличие от заявляемого устройства, электрическая схема содержит больше элементов и, следовательно, меньшую надежность.
Наиболее близким по технической сущности является формирователь импульсов, известный из описания изобретения к авторскому свидетельству №718899, Н03К 3/335, 28.02.80 г., который выбран в качестве прототипа. Известное устройство состоит из тиристора, трех конденсаторов (один из них времязадающий), выходного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, логического элемента ИЛИ-НЕ с функцией RS-триггера, шины питания, входной шины, шины смещения, резисторов. В исходном состоянии транзистор открыт, тиристор выключен, времязадающий конденсатор заряжен. Фронт выходного импульса формируется по включению тиристора, который подключает базу транзистора к шине смещения и запирает его. Заряженный времязадающий конденсатор разряжается через открытый тиристор, при этом формируется плоская вершина выходного импульса. После разряда конденсатора тиристор выключается, поскольку ток через анодный резистор идет дополнительно в базу транзистора и не обеспечивает ток удержания. Времязадающий конденсатор заряжается через анодный резистор до напряжения смещения плюс напряжение на переходе база-эмиттер транзистора. Транзистор открывается и формирует спад выходного импульса. Недостатки: уровень напряжения, открывающего транзистор, имеет составляющую напряжения на переходе база-эмиттер транзистора, которая нестабильна в условиях большого разброса температур. Длительность импульса тоже будет зависеть от температуры.
Известное устройство в отсутствии входных импульсов потребляет ток от источника питания. В отличие от заявляемого устройства электрическая схема прототипа имеет вдвое больше количество элементов и, как следствие, имеет меньшую надежность.
Общие признаки прототипа и заявленного устройств. Времязадающие RC цепи (конденсатор и резистор). Переключатели режима работы, например, триггеры. Установка в исходное состояние происходит в процессе спада выходного импульса. Способность к делению частоты входных импульсов.
Задача полезной модели в повышении стабильности и точности формируемых импульсов в условиях большого разброса температур. Повышение коэффициента использования емкости времязадающего конденсатора. Уменьшение потребляемого тока. Повышение надежности посредством упрощения электрической схемы.
Для достижения поставленной задачи предложен формирователь, содержащий: RS-триггер, пороговый элемент с функцией НЕ, логический элемент И-НЕ, инвертор НЕ, времязадающие резистор и конденсатор. Прямой выход RS-триггера подключен через последовательную цепь времязадающих резистора и конденсатора к минусу источника питания, а точка их соединения к входу порогового элемента с функцией НЕ, выход которого соединен со вторым входом логического элемента И-НЕ и через инвертор НЕ с установочным входом RS-триггера, инверсный выход RS-триггера подключен к первому входу элемента И-НЕ, на выходе которого формируется импульс.
На чертеже фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенного устройства.
Вход S RS-триггера 1 соединен с минусом питания, информационный вход D соединен с плюсом питания, шина 7 входного импульса соединена с входом С, прямой выход с первым выводом резистора 2, инверсный выход с первым входом логического элемента 6 И-НЕ. Конденсатор 3 первым выводом соединен со вторым выводом резистора 2 и с входом порогового элемента 4 с функцией НЕ, второй вывод конденсатора 3 с минусом питания. Выход порогового элемента 4 с функцией НЕ подключен ко второму входу логического элемента 6 и к входу инвертора 5, выход которого соединен с установочным входом R RS-триггера 1.
Выходная шина устройства соединена с инверсным выходом логического элемента 6.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии:
на прямом выходе RS-триггера 1 - нулевой уровень (далее «нуль»);
на инверсном выходе RS-триггера 1 напряжение питания (далее «единица»);
конденсатор 3 - разряжен;
на выходе порогового элемента 4 с функцией НЕ - «единица»;
на выходе инвертора 5 - «нуль»;
на выходе логического элемента 6 - «нуль».
При появлении на входе С RS-триггера 1 перепада напряжения с «нуля» в «единицу» триггер 1 переключается в «единицу» на прямом выходе.
Начинается заряд конденсатора 3. На инверсном выходе RS-триггера 1 появляется «нуль». На выходе логического элемента 6 формируется фронт и начало выходного импульса. По концу заряда конденсатора 3 пороговый элемент 4 с функцией НЕ переключается в «нуль» на выходе и далее через инвертор 5 RS-триггер 1 устанавливается в исходное состояние. Начинается разряд конденсатора 3 через прямой выход RS-триггера 1, при этом формирование импульса с выхода логического элемента 6 продолжается. По концу разряда конденсатора 3 пороговый элемент 4 с функцией НЕ переключается в «единицу» на выходе и на обоих входах логического элемента 6 устанавливаются «единицы», а на выходе спад выходного импульса. На этом процесс формирования импульса заканчивается. Формирование выходного импульса заканчивается исходным состоянием и времени готовности к повторному формированию устройству не требуется. На время формирования импульса вход С триггера заперт и значит устройство может работать в режиме деления частоты и обладает помехоустойчивостью. В формирователе прототипа выходной импульс формируется в процессе разряда времязадающего конденсатора.
В заявленном формирователе продолжительность формируемых импульсов определена суммарным временем заряда и разряда времязадающего конденсатора с завершением цикла формирования импульса в разряженном состоянии, что повышает коэффициент использования емкости. Поскольку нагрузками элементов схемы являются высокоомные входы других элементов, потребление от единственного источника питания идет только на заряд времязадающего конденсатора. Это задает облегченные режимы элементам и с учетом упрощения схемы обеспечивает экономичность и надежность устройства при долговременном функционировании. В исходном состоянии формирователь практически не потребляет тока (доли микроампера).
Технический результат заключается в повышении стабильности и точности формируемых импульсов в условиях разброса температур. В повышении коэффициента использования емкости времязадающего конденсатора. В уменьшении потребляемого тока от источника питания. В повышении надежности посредством упрощения электрической схемы.
Пороговый элемент 4 с функцией НЕ имеет два порога переключения - по фронту входного сигнала и по спаду.
При заряде и разряде конденсатора 3 пороги отсекают от экспонент участки с наибольшей кривизной, что позволяет существенно повысить стабильность и точность формирования длительности выходного импульса.
На фиг. 2 представлена эпюра заряда и разряда конденсатора и эпюра выходного импульса. Окончания заряда и разряда конденсатора показаны пунктиром.
Заявленный формирователь импульсов реализован на микросхемах, дискретные компоненты которых изготавливаются на одном монокристалле полупроводника. В связи с этим температурные и временные изменения параметров отдельных компонентов одинаковы. Практическое применение подтверждает достаточно высокую стабильность порогов включения - отключения порогового элемента 4 с функцией НЕ при подаче на его вход экспоненциальных сигналов.
Опытный образец формирователя был собран на шести элементах.
Из известных заявителю патентных - информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявленного объекта.