ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Генератор стабильного напряжения
Полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в качестве генератора синусоидального стабильного напряжения.
Известен генератор синусоидального напряжения [1], который содержит последовательно соединённые полосовой фильтр (ПФ) и операционный усилитель (ОУ). Недостатком известного устройства является нестабильное выходное напряжение.
Известен также генератор стабильного напряжения [2], который содержит последовательно соединённые инвертирующий усилитель (ИУ), выход которого является выходом устройства, блок автоматической регулировки усиления (БАРУ), в состав которого входит диод 15, и ПФ, выход которого соединён с входом ИУ. По технической сущности это устройство является наиболее близким к заявляемому, поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является низкая стабильность выходного напряжения ввиду отсутствия в схеме источника опорного напряжения (ИОН). Кроме того, стабильность выходного напряжения ухудшается за счёт изменения прямого напряжения на диоде 15 при воздействии стандартных воздействующих факторов.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение стабильности амплитуды выходного напряжения генератора.
Поставленная задача решается за счет того, что в генераторе стабильного напряжения, содержащим последовательно соединенные ИУ, выход которого является выходом устройства, БАРУ, который содержит первый диод, и ПФ, выход которого соединён с входом ИУ, новым является то, что БАРУ содержит ограничитель, вход и выход которого являются входом и выходом БАРУ, ИОН, вход которого соединён с положительным источником питания, а выход с анодом второго диода, интегратор на операционном усилителе, причём инвертирующий вход интегратора соединён с катодом первого диода, анод которого соединён с выходом ИУ, а неинвертирующий вход операционного усилителя соединён с катодом второго диода, выход интегратора соединён с управляющим входом ограничителя.
Кроме того, ограничитель содержит резистор, первый вывод которого является входом ограничителя, а второй вывод, являющийся выходом ограничителя, соединён с катодом третьего диода и анодом четвёртого диода, причём анод третьего диода соединён с общей шиной, а управляющим входом ограничителя является катод четвёртого диода.
Кроме того, вторым выходом генератора может служить выход ПФ.
Кроме того, первый и второй диод могут быть диодами Шоттки.
Кроме того, первый и второй диод Шоттки подбираются с минимальной разностью прямых напряжений.
К существенным отличиям заявленного устройства по сравнению с прототипом является иная схема БАРУ, благодаря которой обеспечивается низкая абсолютная и относительная нестабильность амплитуды выходного напряжения генератора, которую на его выходах можно рассчитать следующим образом.
1
ст
ш
1
1
ст
6
ст
ш
и
6
6
6
ΔU = ΔU + ΔU;  δU = ΔU / U;  ΔU = ΔU + ΔU + ΔК;  δU = ΔU / U;
ст
ш
ш1
ш2
и
где ΔU - изменение напряжения ИОН; ΔU = U - U - изменение разности прямых напряжений первого и второго диодов Шоттки; ΔК - изменение коэффициента передачи ИУ.
На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого генератора стабильного напряжения, а на фиг 3 - диаграммы его работы. На фиг. 2 показана схема ограничителя.
Генератор стабильного напряжения содержит последовательно соединенные ИУ 1, выход которого является выходом устройства, БАРУ 2, который содержит первый диод 3, и ПФ 4, выход которого соединён с входом ИУ, при этом БАРУ 2 содержит ограничитель 5, вход и выход которого являются входом и выходом БАРУ 2, ИОН 6, вход которого соединён с положительным источником питания, а выход с анодом второго диода 7, интегратор 8 на операционном усилителе, причём инвертирующий вход интегратора 8 соединён с катодом первого диода 3, анод которого соединён с выходом ИУ 1, а неинвертирующий вход операционного усилителя интегратора 8 соединён с катодом второго диода 7 и через резистор подключен к общей шине, выход интегратора 8 соединён с управляющим входом ограничителя 5.
Ограничитель 5 содержит резистор 9, первый вывод которого является входом ограничителя, а второй вывод, являющийся выходом ограничителя, соединён с катодом третьего диода 10 и анодом четвёртого диода 11, причём анод третьего диода 10 соединён с общей шиной, а управляющим входом ограничителя 5 является катод четвёртого диода 11.
Генератор работает следующим образом. ПФ 4 выполнен на ОУ по инвертирующей схеме. Частота генератора равна резонансной частоте ПФ 4, которая определяется его пассивными элементами. Баланс фаз в генераторе обеспечивается тем, что ИУ 1 и ПФ 4 на частоте резонанса имеют сдвиги фаз 180°, что и создаёт требуемый сдвиг фаз в 360°.
Составим уравнение баланса амплитуд
и
о
ф
К К К ≥ 1,
и
о
ф
где К - коэффициент передачи ИУ 1; К - коэффициент передачи ограничителя 5; К - коэффициент передачи ПФ 4.
Уравнение баланса амплитуд в стационарном режиме имеет вид
и
о
ф
К К К = 1.
1
о min
о max
4
4 max
4
5
Стабилизация амплитуды напряжения генератора осуществляется за счёт автоматической регулировки коэффициента передачи ограничителя 5. Третий диод 10 ограничителя 5 всегда осуществляет полное ограничение отрицательной полуволны напряжения U. Особенностью работы генератора является то, что коэффициент передачи ограничителя 5 может изменяться в пределах от К до К за счёт изменения величины положительной полуволны напряжения U от 0 до U (фиг. 3, б). Положительная полуволна U отличается от напряжения U интегратора на величину прямого падения напряжения на четвёртом диоде 11 ограничителя 5.
В стационарном режиме напряжение на входе интегратора определяется выражением
2
1
ш
U = U - U,
1
ш
где U -  выходное напряжение генератора; U - прямое падение напряжения на первом диоде 3.
В этом случае напряжения на входах интегратора 8 равны
2
3
ст
ш
U = U = U - U
ст
где U - выходное напряжение ИОН 6.
При этом амплитуда напряжения на выходе интегратора 8 составит
5
4
пр
U = U - U,
пр
где U - прямое падение напряжения на четвёртом диоде 11 ограничителя 5.
1
ст
Если прямые напряжения на первом 3 и втором 7 диодах одинаковы, то амплитуда напряжения на выходе ИУ 1 будет равна U = U. Тогда напряжение на выходе ПФ 4 (фиг. 3, а) будет определяться выражением
6
1
и
ст
и
U = U / К = U/ К.
и
Стабильность напряжения на выходе ПФ 4 будет несколько ниже, чем на выходе ИУ 1 за счёт нестабильности коэффициента передачи К. Выходное напряжение ИУ 1 не может регулироваться, а выходное напряжение ПФ 4 можно регулировать в широких пределах путём изменения коэффициента передачи ИУ 1.
Использование предлагаемой полезной модели позволило создать генератор синусоидального напряжения с высокостабильной амплитудой и более простой конструкцией по сравнению с прототипом.
Источники информации:
1. Пат. 2234794 РФ, МПК H03B5/00. Генератор синусоидального напряжения / Регайло Н.В., Семёнов И.А.- 20.08.2004.
2. Пат. 2490779 РФ, МПК H03B5/36. Генератор / Верещагин А.И., Лукьянчук В.Н., Хозинский В.В.- 20.08.2013.