УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих устройствах, в измерительной технике в качестве источника прямоугольных импульсов, манипулированных по частоте.
Достигаемый технический результат - расширение арсенала технических средств конструкции генератора частотно-манипулированных прямоугольных импульсов.
Известен генератор частотно-манипулированных прямоугольных импульсов (фиг. 1), содержащий логический элемент 2И-НЕ (1), МОП-транзистор (5) с каналом n-типа, генератор (4) манипулирующего (управляющего) напряжения, П-образный RC-фильтр, состоящий из конденсаторов постоянной емкости (6) и (8) и резистора (7) постоянного сопротивления, буферный логический элемент, состоящий из первого логического элемента НЕ (2) и второго логического элемента НЕ (3).
Целью заявленного технического решения является расширения арсенала технических средств конструкции генератора частотно-манипулированных 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 манипулирующего 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 общему выводу 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-манипулированных прямоугольных импульсов, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) соединен также с истоком МОП-транзистора с каналом n-типа (5), с первым выводом резистора (7) и первым выводом конденсатора (8), второй вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) соединен со стоком МОП-транзистора с каналом n-типа (5), со вторым выводом резистора (7) и первым выводом конденсатора (6), первый вывод логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1), подложка МОП-транзистора (5), а также вторые выводы конденсаторов (6) и (8) соединены с общей шиной источника питания устройства, потенциальный выход генератора (4) манипулирующего напряжения присоединен к затвору МОП-транзистора (5).
vT
вх
Устройство генерации частотно-манипулированных прямоугольных импульсов (фиг. 2) работает следующим образом. Сопротивление R МОП-транзистора с каналом в зависимости от управляющего напряжения U может принимать два значения:
, если МОП-транзистор включен (находится в режиме насыщения),
экв
экв
0экв
и , если МОП-транзистор выключен (заперт). Логический элемент 2ИЛИ-НЕ (1) устройства генерации частотно-манипулированных прямоугольных импульсов в цепи обратной связи содержит, в частности, сопротивление R, образованное параллельно включенными выходом (исток-сток) МОП-транзистора с каналом n-типа (5) и резистором (7) постоянного сопротивления. В случае отсутствия управляющего напряжения на выходе генератора (4) манипулирующего напряжения, т.е. при напряжении, равном нулю, на затворе МОП-транзистора сопротивление R=R представляет собой фиксированную величину, близкую к величине сопротивления резистора (7). Процесс генерации прямоугольных импульсов (фиг. 4) характеризуется постоянной частотой
После включения генератора (4) манипулирующего напряжения на затвор МОП-транзистора с каналом n-типа поступает напряжение высокого уровня, МОП-транзистор переходит в режим насыщения, его сопротивление резко уменьшается, эквивалентное сопротивление () параллельно включенных выхода (исток-сток) МОП-транзистора (5) и резистора (7) постоянного сопротивления также существенно снижается, т.е.
Пределом уменьшения эквивалентного сопротивления  является величина сопротивления МОП-транзистора в режиме насыщения. В результате снижения величины эквивалентного сопротивления  время задержки сигнала с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) на его второй вход уменьшается, что приводит к росту частоты генерации прямоугольных импульсов (фиг. 4). При напряжении, равном напряжению логической единицы на затворе МОП-транзистора с каналом n-типа, генерация прямоугольных импульсов (фиг. 4) осуществляется с частотой следования импульсов
где
1
0
Неравенства (4) обусловлены неравенством (2). Итак, частоты генерации импульсов f и f находятся в соотношении
1
1
В момент переключения манипулирующего сигнала из состояния логического нуля в состояние логической единицы (перепад напряжения ) начинается генерация прямоугольных импульсов с частотой следования f. Генерация будет продолжаться в течение времени, которое характеризуется высоким уровнем (уровнем логической единицы) управляющего сигнала на затворе МОП-транзистора с каналом n-типа. Переключение управляющего сигнала с высокого уровня (уровня логической единицы) на низкий уровень (уровень логического нуля) прекращает генерацию логическим элементом 2ИЛИ-НЕ прямоугольных импульсов с частотой следования f (фиг. 4).
Буфер включен после логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1), он является выходным компонентом устройства генерации частотно-манипулированных прямоугольных импульсов. Использование инверторов в качестве буферного логического выходного устройства обеспечивает улучшение формы генерируемых импульсов за счет увеличения крутизны их фронтов.
0экв
При перепаде напряжения  на затворе МОП-транзистора с каналом n-типа сопротивление канала МОП-транзистора (5) изменяется скачком, оно возрастет, сопротивление  также увеличится и станет равным величине сопротивления R, так как пределом увеличения эквивалентного сопротивления  является величина сопротивления резистора (7). Таким образом,
0
В результате увеличения эквивалентного сопротивления  время задержки сигнала с выхода логического элемента на его второй вход увеличивается, что приводит к снижению частоты генерации прямоугольных импульсов (фиг. 2). При напряжении, равном напряжению логического нуля на затворе МОП-транзистора, генерация прямоугольных импульсов (фиг. 4) снова осуществляется с частотой следования импульсов f. Итак, частота генерации прямоугольных импульсов
2
2
Генерация прямоугольных импульсов с частотой f будет продолжаться в течение времени, которое характеризуется низким уровнем (уровнем логического нуля) управляющего сигнала на затворе МОП-транзистора. Переключение управляющего сигнала с низкого уровня (уровня логического нуля) на высокий уровень (уровень логической единицы) прекращает генерацию элементом 2ИЛИ-НЕ импульсов с частотой следования f.
1
2
2
1
В итоге получена частотно-манипулированная последовательность прямоугольных импульсов. Переход с частоты f генерации прямоугольных импульсов на частоту генерации f (как и далее переход с частоты генерации f на частоту генерации f) происходит без разрыва фазы сигнала генерируемой прямоугольной импульсной последовательности.
1
2
2
1
2
1
Проведено моделирование устройства генерации частотно-манипулированных прямоугольных импульсов на логическом элементе 2ИЛИ-НЕ (1) (фиг. 3). При этом использованы: микросхема 2ИЛИ-НЕ типа 74F02D, в П-образном RC-фильтре R(7)=10 кОм, C(6)=1 пФ, C(8)=1 пФ. Параметры канала транзистора: l=0,35 мкм, w=0,7 мкм. Для наглядности результатов моделирования частота управляющего (манипулирующего) сигнала принята равной 500 кГц. Получена временная диаграмма выходного сигнала моделируемого устройства генерации импульсов (фиг. 4), которая иллюстрирует процесс генерации частотно-манипулированной последовательности прямоугольных импульсов устройством генерации с использованием логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1) и МОП-транзистора с каналом n-типа (5). При этом перепад напряжения  на затворе МОП-транзистора сопровождается генерацией прямоугольных импульсов на частоте f (5), а перепад напряжения  на затворе МОП-транзистора сопровождается генерацией прямоугольных импульсов на частоте f (9). Частоты генерации f, f прямоугольных импульсов согласуются с неравенством f<f.
Результаты моделирования приведены в табл. 1.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает расширение арсенала технических средств конструкции генератора частотно-манипулированных прямоугольных импульсов за счет применения в конструкции генератора логического элемента 2ИЛИ-НЕ (1).
Литература
1. Патент RU 160958 U1 «Генератор частотно-манипулированных прямоугольных импульсов». Мушта А.И., Шеховцов Д.В. Опубликован 10.04.2016.
2. Электронный ресурс: http://life-prog.ru/view_programmer.php?id=60&page=6