ОДНОВИБРАТОР
UNIVIBRATOR

Изобретение относится к импульсной технике и позволяет повысить точность и экономичность одновибратора.
Известен одновибратор (см. книгу «Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств», Волович Г.И. - М: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005 - с. 203, рис. 4.24а), содержащий компаратор, прямой вход которого соединен со средней точкой опорного резисторного делителя, подключенного к шинам питания, а инверсный вход соединен со средней точкой времязадающей RC-цепи, резистор которой подключен к минусовой шине питания, а конденсатор - к выходу компаратора, соединенного через резистор нагрузки с плюсовой шиной питания. Вход запуска одновибратора через разделительный кондененсатор подключен к прямому входу компаратора, соединенному с катодом первого диода, катод второго диода подключен к инверсному входу компаратора, а аноды обоих диодов подключены к минусовой шине питания.
Недостатком данного устройства являются его неэкономичность, так как компататор постоянно потребляет ток от источника питания. Другим недостатком является сложность устройства, связанная с наличием двух диодов, обеспечивающих уменьшение времени восстановления одновибратора.
Известен одновибратор (см. авторское свидетельство СССР №1264313, «Одновибратор», В.А. Гуральник, опубликовано 15.10.86, БИ №38),содержащий опорный резисторный делитель, интегрирующую RC-цепь, дифференциальный каскад на транзисторах, эмиттеры которых через резистор подключены к точке соединения вывода конденсатора RC-цепи и первого вывода резисторного делителя, второй вывод которого соединен с выводом резистора RC-цепи, другой вывод которого, соединен с конденсатором RC-цепи и базой первого транзистора дифференциального каскада, база второго транзистора которого подключена к средней точке резисторного делителя, а коллектор - к входу транзисторного ключа на транзисторе другого типа проводимости, эмиттер которого подключен к одному полюсу источника питания, а коллектор соединен с вторым выводом резисторного делителя, коллектором первого транзистора дифференциального каскада и выходом одновибратора. Другой полюс источника питания подключен к точке соединения вывода конденсатора RC-цепи и первого вывода резисторного делителя.
Недостатком данного устройства является нестабильность длительности формируемого импульса, которая зависит от величины напряжения питания и температуры окружающей среды. Кроме того, остаточное напряжение на конденсаторе RC-цепи портит форму выходного ипульса.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Решаемой технической задачей является создание одновибратора, формирующего импульс со стабильной длительностью, не зависящей от величины напряжения питания и температуры окружающей среды.
Достигаемым техническим результатом является повышение стабильности длительности формируемого импульса за счет стабилизации напряжения на резисторном делителе и интегрирующей RC-цепи с помощью термостабильного стабилитрона или взаимной компенсации температурного коэффициента напряжения (ТКН) стабилитрона и ТКН диода.
Для достижения технического результата в одновибратор, содержащий опорный резисторный делитель, интегрирующую RC-цепь, дифференциальный каскад на транзисторах, эмиттеры которых через резистор подключены к точке соединения вывода конденсатора RC-цепи и первого вывода резисторного делителя, второй вывод которого соединен с выводом резистора RC-цепи, другой вывод которого, соединен с конденсатором RC-цепи и базой первого транзистора дифференциального каскада, база второго транзистора которого подключена к средней точке резисторного делителя, а коллектор - к входу транзисторного ключа на транзисторе другого типа проводимости, эмиттер которого подключен к первому полюсу источника питания, а коллектор является выходом одновибратора, новым является то, что дополнительно введены токоограничивающий резистор, стабилитрон и диод, катод которого соединен с выходом одновибратора, а анод - с вторым выводом резисторного делителя, первый вывод которого через токоограничивающий резистор соединен со вторым полюсом источника питания и подключен к катоду стабилитрона, анод которого соединен с вторым выводом резисторного делителя или с первым полюсом источника питания.
Указанная совокупность существенных признаков позволяет улучшить форму и повысить стабильности длительности формируемого импульса за счет стабилизации напряжения на резисторном делителе и интегрирующую RC-цепи с помощью стабилитрона.
На фиг. 1 приведена схема одновибратора.
Одновибратор содержит опорный резисторный делитель 1, интегрирующую RC-цепь 2 и 3, дифференциальный каскад 4 на транзисторах 5 и 6, эмиттеры которых через резистор 7 подключены к точке соединения вывода конденсатора 3 RC-цепи и первого вывода резисторного делителя 1, второй вывод которого соединен с выводом резистора 2 RC-цепи, другой вывод которого, соединен с конденсатором 3 RC-цепи и базой первого транзистора 5 дифференциального каскада 4, база второго транзистора 6 которого подключена к средней точке резисторного делителя 1, а коллектор - к входу транзисторного ключа 8 на транзисторе 9 другого типа проводимости, эмиттер которого подключен к первому полюсу 10 источника питания, а коллектор является выходом одновибратора 11. Токоограничивающий резистор 12, стабилитрон 13 и диод 14, катод которого соединен с выходом одновибратора И, а анод - с вторым выводом резисторного делителя 1, первый вывод которого через токоограничивающий резистор 12 соединен со вторым полюсом 15 источника питания и подключен к катоду стабилитрона 13, анод которого соединен с вторым выводом резисторного делителя 1 или с первым полюсом 10 источника питания.
Одновибратор (см. фиг. 1) работает следующим образом. В исходном состоянии все транзисторы 5, 6 и 9 одновибратора закрыты, конденсатор 3 разряжен и на выходе 11 присутствует апряжение высокого уровня. В этом состоянии одновибратор ток не потребляет. Через нагрузку, если она подключается между выходом 11 одновибратора и вторым полюсом 15 источника питания, ток также не протекает.
Одновибратор запускается коротким ипульсом положительной полярности, подаваемым на вход транзисторного ключа 8 через диод. При этом транзистор 9 открывается и, через диод 14, запитывает резисторный делитель 1 и RC-цепь 2, 3 напряжением, стабилизированным с помощью стабилитрона 13. Током с резисторного делителя открывается транзистор 6 и удерживает транзисторный ключ 8 в открытом состоянии. На выходе 11 начинает формироваться импульс.
Конденсатор 3 заряжается током, протекающим с второго полюса 15 источника питания через резистор 12, конденсатор 3, резистор 2, диод 14, открытый транзистор 9 на первый полюс 10 источника питания. Когда напряжение на базе транзистора 5 дифференциального каскада 4 сравняется с напряжением на базе транзистора 6, дифференциальный каскад 4 начнет переключаться. При этом транзистор 6 начнет закрываться, а транзистор 5 - открываться. Положительная обратная связь с коллектора транзистора 5 на базу транзистора 6 сделает процесс переключения дифференциального каскада 4 лавинообразным. Транзисторный ключ 8 закроется, Формирование импульса на выходе И прекратится. При этом диод 14 предотвратит попадание остаточного напряжения с конденсатора 3 на нагрузку.
Конденсатор 3 начнет разряжаться через резистор 2 и резисторный делитель 1. Когда конденсатор 3 полностью разрядится, одновибратор окажется в исходном состоянии.
Если в одновибраторе применен термостабильный стабилитрон 13, то его анод нужно подключать к резисторному делителю 1. Если стабилитрон 13 нетермостабилен и имеет отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН), то его анод лучше подключать к первому полюсу питания 10. В этом случае к резисторному делителю 1 и RC-цепи 2, 3 будет прикладываться разность напряжений на стабилитроне 13 и диоде 14 (вместе с напряжением на открытом транзисторе 9). При этом температурное изменение напряжения на стабилитроне скомпенсируется температурным изменением напряжения на диоде и насыщенном транзисторе, так как диод и насыщенный транзитрор также имеют отрицательный ТКН.
Проведено макетирование одновибратора с использованием транзисторных сборок 2ТС622А и 1НТ251А, резисторов серии Р1-12, конденсатора К10-17, диода 2Д510А. В макете использовался прецизионный термостабильный стабилитрон 2С198Б, поэтому его анод подключался к резисторному делителю. Испытания макета подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.