УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих устройствах, в измерительной технике в качестве источника импульсов, модулированных по частоте.
Достигаемый технический результат - расширение арсенала технических средств конструкции генератора частотно-модулированных прямоугольных импульсов.
Известен генератор частотно-модулированных прямоугольных импульсов, содержащий логический элемент 2И-НЕ (1), МОП-транзистор (5) с каналом n-типа, генератор модулирующего напряжения (4), П-образный RC-фильтр, состоящий из конденсаторов (6) и (8) и резистора (7), буферный логический элемент, состоящий из первого логического элемента НЕ (2) и второго логического элемента НЕ (3) (фиг. 1) [1].
Целью заявляемого технического решения является расширение арсенала технических средств конструкции генератора частотно-модулированных прямоугольных импульсов за счет изменения конструкции генератора.
Функционально полная система логических функций представляет собой набор логических функций, с помощью которых можно записать любую, сколь угодно сложную функцию. В этом случае говорят, что этот набор образует базис. Функционально полными являются 3 базиса: "И-ИЛИ-НЕ" (базис конъюнкции, дизъюнкции, инверсии), "И-НЕ" (базис Шеффера), "ИЛИ-НЕ" (базис Пирса или функция Вебба) [2]. Поэтому в дальнейшем для генерации частотно-модулированных прямоугольных импульсов будем использовать базис элемента 2ИЛИ-НЕ (элемент Пирса).
Заявленное устройство генерации частотно-модулированных прямоугольных импульсов (фиг. 2) содержит МОП-транзистор (5) с каналом n-типа, генератор модулирующего напряжения (4), П-образный RC-фильтр, состоящий из конденсаторов (6) и (8) и резистора (7), буферный логический элемент, состоящий из первого логического элемента НЕ (2) и второго логического элемента НЕ (3). Расширение арсенала технических средств конструкции генератора частотно-модулированных прямоугольных импульсов достигается за счет того, что в конструкцию схемы введен логический элемент 2ИЛИ-НЕ (1).
Первый вывод логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) подключен к общей шине источника питания устройства, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) соединен с входом буферного логического элемента, состоящего из первого логического элемента НЕ (2) и второго логического элемента НЕ (3), при этом выход первого логического элемента НЕ (2) соединен с входом второго логического элемента НЕ (3), выход второго логического элемента НЕ (3) является выходом устройства генерации частотно-модулированных прямоугольных импульсов, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) соединен также с истоком МОП-транзистора (5) с каналом n-типа, с первым выводом резистора (7) и первым выводом конденсатора (8), второй вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) соединен со стоком МОП-транзистора (5), со вторым выводом резистора (7) и первым выводом конденсатора (6), первый вывод логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1), подложка МОП-транзистора, а также вторые выводы конденсаторов (6) и (8) соединены с общей шиной источника питания устройства, потенциальный выход генератора манипулирующего напряжения (4) присоединен к затвору МОП-транзистора.
экв
экв
В случае равенства нулю напряжения на выходе генератора модулирующего напряжения (4) сопротивление R, образованное параллельно включенными выходом (исток-сток) МОП-транзистора (5) с каналом n-типа и резистором (7), представляет собой фиксированную величину, поэтому частотная модуляция генерируемой импульсной последовательности отсутствует. При изменении напряжения на выходе генератора манипулирующего напряжения сопротивление канала МОП-транзистора (5) изменяется по закону изменения воздействующего на затвор транзистора напряжения, поэтому сопротивление R также изменяется по закону управляющего напряжения, в результате время прохождения сигнала с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) на его второй вход подчиняется закону изменения модулирующего напряжения генератора (4), что приводит к частотной модуляции генерируемых прямоугольных импульсов. Изменение величины сопротивления канала МОП-транзистора под действием модулирующего напряжения генератора (4), приложенного к затвору МОП-транзистора порождает изменение времени задержки прохождения сигнала с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) на его второй вход, что приводит к частотной модуляции генерируемых прямоугольных импульсов.
Буфер включен после логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1), он является выходным каскадом устройства генерации частотно-модулированных прямоугольных импульсов. Использование инверторов в составе буферного логического выходного устройства обеспечивает улучшение формы генерируемых импульсов за счет формирования резких фронтов импульсов на выходе устройства генерации частотно-модулированных прямоугольных импульсов.
d
d
d
d
Заявленное устройство генерации частотно-модулированных прямоугольных импульсов работает следующим образом. Нулевое значение сигнала управления Упр на первом входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) (фиг. 2) приводит к появлению на выходе логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) логической единицы, которая через обратную связь с задержкой на t передается на второй вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1). Наличие логического нуля на первом входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) и логической единицы на втором входе логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) обеспечивает на выходе логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) образование логического нуля. Это состояние сохранится в течение интервала t, так как после него ноль с выхода схемы по цепи обратной связи с задержкой на t попадет на второй вход логического элемента и установит его в единичное состояние. Следовательно, генератор на логическом элементе 2ИЛИ-НЕ будет также генерировать симметричные импульсы с длительностями импульса и паузы, равными t.
экв
зад
зад
Проведено моделирование полезной модели с использованием логического элемента 2ИЛИ-НЕ (фиг. 3). Параметры транзистора следующие: канал n-типа; здесь и в дальнейшем длина канала L=0,35 мкм; ширина канала W=0,7 мкм; пороговое напряжение составляет 1 B. Для наглядности результатов моделирования частота гармонического модулирующего сигнала принята равной 500 кГц. На выходе устройства генерации импульсов получены частотно-модулированные импульсы, изменяющиеся по закону модулирующего сигнала (фиг. 4). Из приведенной диаграммы видно, что с увеличением напряжения модулирующего сигнала частота выходных импульсов увеличивается, так как сопротивление канала МОП транзистора снижается, то уменьшается сопротивление R, что уменьшает время задержки t прохождения сигнала с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ на его второй вход. При уменьшении напряжения модулирующего сигнала наблюдается противоположный процесс. Частота выходных импульсов уменьшается, так как сопротивление канала МОП-транзистора n-типа возрастает, увеличивая при этом время задержки t.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает расширение арсенала технических средств конструкции генератора частотно-модулированных прямоугольных импульсов за счет применения в конструкции генератора логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1).
Литература:
1. Патент RU 156008 U1 «Генератор частотно-модулированных прямоугольных импульсов». Мушта А.И., Шеховцов Д.В., Некрасов С.А. Зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 01.10.2015
2. Электронный ресурс: http://lifeprog.ru/view_programmer.php?id=60&page=6