Импульсный автогенератор

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Черяев Виктор Александрович(72) Автор Черяев Виктор Александрович(73) Патентообладатель Черяев Виктор Александрович(57) Импульсный автогенератор, содержащий времязадающую емкость, заряжающий и разряжающий ключи и компаратор, отличающийся тем, что компаратор выполнен со входом управления гистерезисом, заряжающий и разряжающий ключи выполнены на полевых транзисторах с противоположным типом проводимости с изолированным затвором,причем стоки полевых транзисторов соединены вместе и подключены ко входу компаратора, а затворы соединены вместе и через токозадающий резистор подключены к выходу компаратора, времязадающая емкость включена между точками соединения стоков и затворов полевых транзисторов, между истоками которых включен источник напряжения питания. Фиг. 3 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных узлах электронной аппаратуры. Известна схема автогенератора прямоугольных импульсов напряжения 1, содержащая компаратор, времязадающую емкость, включенную между выходом и входом компаратора, и два источника тока, поочередно включаемых сигналами управления, как 11127 1 2008.10.30 показано на схеме фиг. 1. Один источник при его включении заряжает времязадающую емкость, другой источник разряжает ее. В конкретной схемной реализации автогенератора 1 для поочередного включения источников тока используются два транзисторных ключа, как показано на фиг. 2. Такая схема для заряда и разряда времязадающей емкости широко используется и в других автогенераторах прямоугольных импульсов, например в автогенераторе 2. При этом необходимы как минимум четыре транзистора, два из которых являются заряжающим и разряжающим ключами, на которые подаются сигналы управления, два других являются источниками тока и могут входить в состав токовых зеркал. Схема 1 является наиболее близким аналогом предлагаемого устройства. Недостатком прототипа является сложность схемы, реализующей заряд и разряд времязадающей емкости, обусловленная использованием отдельных источников тока и отдельных ключей для их поочередного подключения к емкости. Кроме того, если источники тока выполнены по схеме токового зеркала, они потребляют ток от источника постоянно, что увеличивает рассеиваемую мощность. В основу изобретения положена задача создания простой схемы автогенератора прямоугольных импульсов напряжения, в которой заряжающий и разряжающий ключи могут выполнять функции источников тока. Поставленная задача достигается тем, что в автогенераторе, содержащем времязадающую емкость, заряжающий и разряжающий ключи и компаратор, компаратор выполнен со входом управления гистерезисом, заряжающий и разряжающий ключи выполнены на полевых транзисторах с противоположным типом проводимости с изолированным затвором, причем стоки полевых транзисторов соединены вместе и подключены ко входу компаратора, а затворы соединены вместе и через токозадающий резистор подключены к выходу компаратора, времязадающая емкость включена между точками соединения стоков и затворов полевых транзисторов, между истоками которых включен источник напряжения питания. Один полевой транзистор может выполнять одновременно функцию источника тока и ключа, что уменьшает число транзисторов и упрощает схему. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена функциональная схема прототипа устройства. На фиг. 2 изображен фрагмент схемы прототипа, реализующей заряд и разряд времязадающей емкости. На фиг. 3 изображена схема предлагаемого автогенератора. На фиг. 4 на графике А изображена форма напряжения на входе компаратора на графике В - напряжение на выходе автогенератора на графике С - напряжение на затворах транзисторов. На фиг. 5 изображена схема варианта исполнения предлагаемого автогенератора с дополнительными емкостями. На фиг. 6 приведена форма напряжения на входе компаратора для схемы фиг. 5. Описание устройства рассмотрим по схеме фиг. 3. Автогенератор содержит заряжающий ключ на полевом транзисторе с изолированным затвором 1, разряжающий ключ на полевом транзисторе с изолированным затвором 2, времязадающую емкость С, токозадающий резистори компаратор СМР с гистерезисом. Стоки транзисторов 1 и 2 подключены к входу компаратора СМР, между истоками транзисторов 1 и 2 включен источник напряжения питания Е, затворы транзисторов соединены, и между стоками и затворами включена емкость С. Выход компаратора СМР подключается к затворам через резистор . Прямоугольные импульсы напряжения снимаются с выхода компаратора СМР. Рассмотрим работу устройства по схеме фиг. 3 и графикам фиг. 4. В начальный момент времени 0 емкость С не заряжена, на выходе компаратора СМР напряжение ВЫХ низкого уровня, и между затвором и истоком транзистора 1 устанавливается отпирающее напряжение, приблизительно равное пороговому напряжению транзистора 1, которое включает источник тока на транзисторе 1. Транзистор 2 заперт. Ток стока транзистора 1 заряжает емкость С, в результате на входе компаратора СМР в течение времени 0-1 линейно растет напряжение , как показано на графике А фиг. 4. 2 11127 1 2008.10.30 Когда напряжениена входе компаратора СМР достигает верхнего порога переключения , на выходе компаратора устанавливается высокий уровень напряжения ВЫХ. Напряжение с выхода компаратора через резисторподается на затворы, а с затворов через емкость С подается на стоки, и на стоках наблюдается резкое возрастание напряжения,как показано на графике А в момент времени 1. Выключается транзистор 1. Когда напряжение на затворах достигает порогового напряжения включения 2 транзистора 2, канал транзистора становится проводящим, и через него начинает разряжаться емкость С. Из-за действия отрицательной обратной связи по напряжению в транзисторе 2,которая обеспечивается емкостью С, на затворе транзистора 2 устанавливается постоянное напряжение, определяемое выражением где 2 В - пороговое напряжение включения на передаточной характеристике транзистора 2 2 А - ток разряда емкости ССм - крутизна транзистора при токе стока,равном 2. Ток 2 равен току, протекающему через резистор , и определяется выражениемЗИ 2 ,2 где Е В - напряжение источника Е зи 2 В - напряжение между истоком и затвором включенного транзистора 2 при действии отрицательной обратной связиОм - сопротивление резистора . Постоянный ток 2 формирует на емкости С линейно уменьшающееся напряжение. В течение времени от 1 до 2 транзистор 2 остается открытым, транзистор 1 закрыт, а напряжение на стоках линейно снижается. В момент времени 2 напряжение на входе компаратора СМР уменьшается до нижнего порогапереключения компаратора. Компаратор переключается, и на его выходе появляется напряжение низкого уровня. Выключается транзистор 2. В момент переключения компаратора напряжение с затворов через емкость С подается на стоки, и на стоках формируется резкий спад напряжения. Когда между истоком и затвором транзистора 1 устанавливается напряжение зи 1, которое определятся выражением, аналогичным выражению (1), и которое приблизительно равно пороговому напряжению 1 транзистора 1, включается источник тока на транзисторе 1 и заряжает емкость С. Далее описанные процессы периодически повторяются, а на выходе компаратора СМР формируются прямоугольные импульсы напряжения ВЫХ, как показано на графике В. Напряжение на затворах транзисторов 1 и 2 имеет форму меандра с амплитудой,равной , как показано на графике С. Величина напряженияопределяется выражением(2)зи 1 зи 2 -. Значения зи 1 и зи 2 определяются по передаточной характеристике транзисторов 1 и 2 в соответствии с формулой (1). Вычисляемое по формуле (1) напряжение зи 2 примерно равно 2, а напряжение зи 1 примерно равно 1 - пороговому напряжению включения транзистора 1. Чтобы источники тока на транзисторах 1 и 2 выключались полностью, необходимо выполнение условия 0. Период генерируемых импульсов определяется выражением 12, где 1 с длительность включенного состояния источника тока на транзисторе 1 2 с - длительность включенного состояния источника тока на транзисторе 2. Значения 1 и 2 определяются выражениями,(4)ЗИ 2 гдеВ - величина перекрытия пороговых напряжений транзисторов 1 и 2, определяемая выражением (2) зи 1 В - напряжение между истоком и затвором включенного транзистора 1 при действии отрицательной обратной связи зи 2 В - напряжение между истоком и затвором включенного транзистора 2 при действии отрицательной обратной связи Е В - напряжение источника ЕОм - сопротивление резистораС Ф - значение емкости С. Приведенные выражения (3) и (4) справедливы для случая, когда выходной каскад компаратора запитывается от источника напряжения питания Е, соответственно напряжение на выходе компаратора вых изменяется в пределах от 0 до Е. На фиг. 5 приводится вариант исполнения предлагаемого автогенератора, в схему которого добавлены емкости С 1 и С 2, включенные параллельно стоку и истоку транзисторов 1 и 2 соответственно. Компаратор с симметричной относительно нуля петлей гистерезиса запитывается от двуполярного источника питания Е с напряжениямиЕ/2 и - Е/2. Емкости С 1 и С 2 практически не влияют на период Т генерируемых импульсов, но их значение может быть подобрано так, что форма напряжения на входе компаратора становится треугольной, как показано на фиг. 6. Для этой схемы выражение (1) переписывается следующим образом 1(12) /ЗИ 222, где ТН 2 В - пороговое напряжение включения на передаточной характеристике транзистора 2 2 А - ток разряда емкости ССм - крутизна транзистора при токе стока,равном 2 С Ф - значение емкости С С 1 Ф - значение емкости С 1 С 2 Ф - значение емкости С 2. Обязательное условие для схем фиг. 3 и фиг. 5 - напряжение источника питания должно быть меньше суммы пороговых напряжений транзисторов. Особенностью предлагаемых схем является влияние изменения пороговых напряжений 1 и 2 транзисторов на период генерируемых импульсов, особенно при снижении напряжения питания, когдавелико. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.