ПРЕЦИЗИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве задающего генератора напряжения переменного тока в схемах источников электропитания.
Известны схемы функциональных генераторов, выполненных на основе дифференциальных усилителей, охваченных цепями положительной и отрицательной обратной связи, которые включают в себя узлы интеграторов, например, (1). Генераторы данной топологии построения используются для формирования прямоугольного, треугольного либо синусоидального напряжения. Недостатком известного устройства (1) является низкое качество выходного напряжения, обусловленное отсутствием мер для стабилизации амплитуды напряжения, подаваемого на вход интегратора.
Наиболее близким к данной полезной модели устройством является генератор, выполненный на основе дифференциального усилителя, охваченного цепями положительной и отрицательной обратной связи, причем цепь отрицательной обратной связи включает в себя интегратор, содержащий RC-цепь (2). Для ограничения и стабилизации напряжения на входе интегратора параллельно его RC-цепи подключен двунаправленный стабилитрон. Однако использование пассивного ограничения напряжения такого типа не может обеспечить высоко стабильное качество формы напряжения на интеграторе, т.к. уровни ограничения напряжения стабилитрона могут отличаться друг от друга. Нестабильность условий перезаряда интегрирующего элемента интегратора (неидентичность по полупериодам формы тока перезаряда его конденсатора) ведет к нестабильности качества выходного напряжения генератора.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данной полезной модели, является обеспечение стабильности качества выходного напряжения генератора путем стабилизации условий перезаряда интегрирующего элемента интегратора в каждом из полупериодов переключения схемы.
Технический результат достигается за счет того, что в прецизионном генераторе пилообразного напряжения, содержащем дифференциальный усилитель, выход которого соединен через первый резистор обратной связи с входами параллельно соединенных делителя напряжения и интегратора, выходы которых подключены к соответствующим входным выводам дифференциального усилителя, ограничитель напряжения, присоединенный параллельно входу интегратора, выход которого соединен с выходной цепью устройства (2), ограничитель напряжения состоит из источника эталонного напряжения и двухполупериодного выпрямителя, одни из разноименных электродов диодов которого подсоединены соответственно к выходам
операционных усилителей, инвертирующие входы которых подключены через токоограничивающие резисторы к источнику эталонного напряжения, причем первого из операционных усилителей непосредственно, а второго - через аналоговый инвертор, при этом инвертирующие входы обоих операционных усилителей соединены так же через общий второй резистор обратной связи с точкой соединения вторых разноименных электродов диодов с входом интегратора.
На чертеже представлена электрическая схема прецизионного генератора напряжения.
Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, охваченный цепями положительной и отрицательной обратной связи, соответственно связывающими выход операционного усилителя с его входами. В состав цепи положительной обратной связи (ПООС) входит делитель напряжения, образованный резисторами 2 и 3. Цепь отрицательной обратной связи (ООС) содержит пассивный интегратор, выполненный, в виде RC-цепи на резисторе 4 и конденсаторе 5. В цепи ПООС и ООС входит также резистор обратной связи, через который выход дифференциального усилителя 1 соединен с резистивным делителем напряжения и интегратором. Интегрирующим элементом интегратора является конденсатор 5, вывод которого подключен к входу усилителя 1 и соединен с выходной цепью 6 устройства. Для стабилизации формы тока перезаряда конденсатора 5 (в каждом из полупериодов) параллельно входу интегратора подключен ограничитель напряжения 7. Узел 7 состоит из источника эталонного напряжения 8 и двухполупериодного выпрямителя, одни из разноименных (противоположно направленных) электродов диодов 9, 10 которого подсоединены соответственно к выходам операционных усилителей 11 и 12. Инвертирующие входы операционных усилителей 11, 12 подключены через токоограничивающие резисторы к источнику эталонного напряжения, причем усилителя 11 непосредственно, а усилителя 12 - через аналоговый инвертор 13. Инвертирующие входы усилителей 11 и 12 соединены так же через общий резистор обратной связи 14 с точкой соединения вторых разноименных электродов диодов 9 и 10 (выходом ограничителя напряжения) с входом интегратора. Аналоговый инвертор может быть выполнен по любой из известных схем, например,
У.Титце и К.Шенк «Полупроводниковая схемотехника» М. Мир, 1982 г., с.290.
Устройство работает следующим образом.
При подключении к источнику питания генератор работает как обычный мультивибратор, при этом цепь ПООС обеспечивает лавинообразный переход мультивибратора из одного состояния в другое, а цепь ООС (совместно с цепью ПООС) ограничивает время пребывания устройства в каждом из состояний. Интегратор интегрирует имеющееся на выходе дифференциального усилителя 1 постоянное напряжение. Когда выходное напряжение интегрирующего элемента интегратора (конденсатора 5), имеющее пилообразную форму, достигнет порога срабатывания усилителя 1 (определяемое делителем напряжения на резисторах 2 и 3), напряжение на его выходе скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, до тех пор, пока не достигнет порога срабатывания усилителя 1. Для стабилизации амплитуды тока перезаряда конденсатора 5 к интегратору подключен ограничитель напряжения 7, выполненный в виде источника эталонного напряжения 8 и двухполупериодного выпрямителя.
Напряжение на питающих (входных) выводах интегратора в каждом из полупериодов переключения схемы всегда ограничено на стабильном уровне, который задан источником эталонного напряжения 8. Для исключения влияния разностей прямых падений напряжений на диодах выпрямителя на стабильность уровней ограничения напряжения использовано включение диодов 9, 10 в цепи отрицательной обратной связи операционных усилителей 11 и 12.
Таким образом, выполнение двухуровневого амплитудного ограничителя в виде источника эталонного напряжения и прецизионного двухполупериодного выпрямителя, состоящего из диодов, включенных в цепи отрицательной обратной связи операционных усилителей, позволяет осуществить стабилизацию уровней напряжения на интеграторе с максимальной точностью, которая обусловлена «идеальностью» характеристик диодов, исключающей влияние прямого падения напряжения на них. Благодаря этому условия перезаряда интегрирующего элемента интегратора всегда стабильны в каждом из полупериодов, следствием чего является гарантированная стабильность качества выходного напряжения генератора.
Данное устройство может найти широкое применение в источниках электропитания.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
У.Титце и К.Шенк «Полупроводниковая схемотехника» М. Мир, 1982 г., с.307-309.
B.C.Гутников «Интегральная электроника в измерительных устройствах» Ленинград, Энергоатомиздат, 1988, с.114-116.