×
04.07.2020
220.018.2f36

Результат интеллектуальной деятельности: ГЕНЕРАТОР

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках. Технический результат заключается в возможности установки фиксированного уровня амплитуды напряжения, подаваемого на частотозадающий кварцевый резонатор, и при этом обеспечивается точная корректировка частоты генерации и не происходит изменения уровня заданной амплитуды напряжения, что обеспечивает повышение устойчивости и стабильности частоты генерации. Такой результат достигается за счет генератора, содержащего инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен через конденсатор с выходом инвертирующего усилителя, вход которого через второй резистор соединен со вторым выводом кварцевого резонатора, последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель, первый фазовый корректор, неинвертирующий усилитель и второй фазовый корректор, выход которого соединен со вторым выводом кварцевого резонатора, первый вывод которого соединен с входом второго инвертирующего усилителя и через третий резистор с его выходом, выход неинвертирующего усилителя является выходом устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.

Известен кварцевый генератор (см. патент РФ №2450415 от 11.03.2011, опубликован 10.05.2012 в Бюл. №13), содержащий инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен через конденсатор с выходом инвертирующего усилителя, вход которого через второй резистор соединен со вторым выводом кварцевого резонатора.

Указанное выше устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является низкая стабильность работы из-за отсутствия возможности точной установки значения амлитуды напряжения, необходимого для работы некоторых типов электромеханических частотозадающих кварцевых резонаторов и также отсутствие точной подстройки частоты генератора к частоте последовательного резонанса самого кварцевого резонатора, что влияет непосредственно на стабильность работы генератора.

Решаемой задачей является создание генератора с частотозадающим кварцевым резонатором с повышенной стабильностью частоты генерации.

Достигаемым техническим результатом является возможность установки фиксированного уровня амплитуды напряжения, подаваемого на частотозадающий кварцевый резонатор и, при этом, обеспечивается точная корректировка частоты генерации и не происходит изменения уровня заданной амплитуды напряжения, что обеспечивает повышение устойчивости и стабильности частоты генерации.

Для достижения технического результата в генераторе, содержащем инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен через конденсатор с выходом инвертирующего усилителя, вход которого через второй резистор соединен со вторым выводом кварцевого резонатора, новым является то, что дополнительно введены последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель, первый фазовый корректор, неинвертирующий усилитель и второй фазовый корректор, выход которого соединен со вторым выводом кварцевого резонатора, первый вывод которого соединен со входом второго инвертирующего усилителя и через третий резистор с его выходом, выход неинвертирующего усилителя является выходом устройства.

Стабилизация частоты в предлагаемом генераторе достигается за счет применения первого фазового корректора, включенного на входе неинвертирующего усилителя, с помощью которого можно проводить подстройку частоты генерации к резонансной частоте кварцевого резонатора. При помощи второго фазового корректора задается фиксированное определенное значение амплитуды напряжения, подаваемого на кварцевый резонатор, и при этом создается определенный фазовый сдвиг в контуре положительной обратной связи генератора, который может сдвигать частоту автогенерации на выходе генератора на край границы резонансного участка кварцевого резонатора, что в результате может привести к срыву генерации, например, при действии внешних воздействующих факторов (изменения температуры окружающей среды, изменения напряжения питания и т.д.).

На фигуре 1 приведена функциональная схема предлагаемого генератора. На фигуре 2 представлена эквивалентная схема кварцевого резонатора.

Генератор содержит инвертирующий усилитель 1, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор 2, кварцевый резонатор 3, первый вывод которого соединен через конденсатор 4 с выходом инвертирующего усилителя 1, вход которого через второй резистор 5 соединен со вторым выводом кварцевого резонатора 3, последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель 6, первый фазовый корректор 7, неинвертирующий усилитель 8 и второй фазовый корректор 9, выход которого соединен со вторым выводом кварцевого резонатора 3, первый вывод которого соединен со входом второго инвертирующего усилителя 6 и через третий резистор 10 с его выходом, выход неинвертирующего усилителя 8 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Участок схемы "А - вход второго инвертирующего усилителя 6", состоящей из второго резистора 5, инвертирующего усилителя 1, первого резистора 2, конденсатора 4, предназначен для нейтрализации статической емкости С0 резонатора 3 аналогично прототипу.

В случае, когда импеданс кварцевого резонатора 3 ZK и компенсирующего конденсатора 4 много больше входного сопротивления второго инвертирующего усилителя 6 (ZK >> Zвх; ZC1 >> Zвх) ток, протекающий через кварцевый резонатор 3 IK определяется суммой двух составляющих:

где UA - переменное напряжение, приложенное к кварцевому резонатору 3 (точка схемы А);

ZK - импеданс резонансной ветви кварцевого резонатора 3;

ZC0 - импеданс ветви со статической емкостью кварцевого резонатора 3;

ZC1 - импеданс конденсатора 4;

RK, LK, CK - эквивалентные параметры кварцевого резонатора 3 (см. фиг. 2).

Составляющая тока кварцевого резонатора 3, обусловленная его статической емкостью С0, уменьшает реальную добротность и крутизну фазочастотной характеристики резонатора и, соответственно, ухудшает стабильность частоты генератора. Наиболее сильное негативное влияние емкостного тока кварцевого резонатора 3 на стабильность частоты генератора проявляется в случаях, когда составляющие емкостного тока ωC0UA и резонансного тока имеют соизмеримые значения.

Ток, протекающий через конденсатор 4 определяется выражением:

где С1 - значение емкости конденсатора 4 (см. фиг. 1);

UУС1 - переменное напряжение на выходе инвертирующего усилителя 1.

Условие (5) выполняется, когда импеданс конденсатора 4 ZC1 много больше выходного сопротивления инвертирующего усилителя 1 (ZC1>>Zвых_инв).

Напряжение на выходе инвертирующего усилителя 1, обусловленное протеканием тока через второй резистор 5 (R2), равно произведению значения сопротивления первого резистора 2 (R1) обратной связи на значение входного тока, равного UA/R2 (свойство инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления K>>1 с отрицательной обратной связью):

где R1 - значение сопротивления первого резистора 2;

R2 - значение сопротивления второго резистора 5.

Знак "минус" в выражении (6) определяет инверсию сигнала на выходе усилителя.

Таким образом, коэффициент передачи участка схемы "А - выход первого инвертирующего усилителя 1" определяется отношением и выражение (5) можно записать в виде:

Условие компенсации шунтирующего влияния статической емкости можно определить из суммы токов, протекающих через статическую емкость С0 резонатора и конденсатор 4, соответственно:

Из уравнения (8) следует отсюда:

или

Напряжение на выходе второго инвертирующего усилителя определяется выражением с учетом (1), (2), (4)

где R3 - сопротивление третьего резистора 10.

При этом, коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя 2 должен быть много больше 1. Знак "минус" в выражении (11) определяет инверсию усиливаемого сигнала.

При выполнении условия (10), составляющие напряжения, определяемые токами статической емкости кварцевого резонатора 1 и компенсирующего конденсатора 5 нейтрализуют друг друга выражение (12) можно записать в виде

Коэффициент передачи участка "А - выход второго инвертирующего усилителя 6" равен:

Коэффициент передачи K1 будет иметь максимальное значение на частоте, равной резонансной частоте Fрез кварцевого резонатора 3, для которой ZK=RK

Коэффициент передачи K1max будет иметь значение равное - (0,2÷10,0) с учетом параметров кварцевого резонатора 3 и значения сопротивления третьего резистора 10.

Устойчивая работа генератора обеспечивается выполнением двух условий:

- условие баланса амплитуд, при котором коэффициент передачи неискаженного сигнала в контуре положительной обратной связи K генератора должен быть больше 1;

- условие баланса фаз, при котором суммарный фазовый сдвиг равен или кратен 2π:

где KΣ - суммарный коэффициент передачи;

Ki, Kn - коэффициенты передачи i-го и n-го звена в контуре положительной обратной связи соответственно;

ϕi - фазовый сдвиг, вносимый i-м звеном в контуре обратной связи на частоте генерации.

В предлагаемом генераторе условно можно выделить четыре звена, определяющих суммарный коэффициент передачи KΣ и условие баланса фаз.

Первое звено располагается между вторым выводом кварцевого резонатора 3 (точка схемы А, фиг. 1) и входом первого фазового корректора 7; его коэффициент передачи на резонансной частоте кварцевого резонатора 3 определяется выражением (15) со значением 0,2÷10,0 и фазовый сдвиг ϕ1 близок к значению равному π (180°).

Вторым звеном является первый фазовый корректор 7, который создает некоторый фазовый сдвиг ϕ2, который обеспечивает подстройку частоты генерации к резонансной частоте частотозадающего элемента - кварцевого резонатора 3.

Третьим звеном является неинвертирующий усилитель 8, его коэффициент передачи зависит от выбранного схемотехнического варианта, а фазовый сдвиг ϕ3 близок к значению равному π (180°).

Четвертым звеном является второй фазовый корректор 9, при помощи которого в контуре положительной обратной связи достигается фазовый сдвиг для обеспечения условия (16). Второй фазовый корректор 9 может быть выполнен с использованием нескольких звеньев интегрирующих RC-цепочек, что позволяет подавить высшие гармоники в спектре сигнала, подаваемого на кварцевый резонатор 3, и обеспечить работоспособность на его основной резонансной частоте.

Процесс установления колебаний генератора начинается с очень малых амплитуд с синусоидальной неискаженной формой выходных сигналов и заканчивается ограничением в последнем каскаде неинвертирующего усилителя 8 до амплитуды 0,5⋅Uпит.

Настройка заявляемого генератора сводится к выбору значения емкости конденсатора для выполнения условия (10) на частоте вдали от резонанса, далее при помощи второго фазового корректора 9 задается необходимая амплитуда напряжения, и при этом в контуре положительной обратной связи устанавливается фазовый сдвиг достаточный для выполнения условия (16).

Далее, при необходимости, при помощи первого фазового корректора 9 осуществляется более точная подстройка выходной частоты генератора на резонансную частоту частотозадающего элемента - кварцевого резонатора 3.

Первый фазовый корректор 7 может быть выполнен в виде дифференцирующей RC-цепочки и, например, при помощи выбора значения емкости конденсатора выполняется необходимая подстройка вблизи частоты резонанса кварцевого резонатора 3.

Необходимое время готовности (время выхода на рабочий режим) генератора достигается выбором коэффициента передачи неинвертирующего усилителя 8.

Таким образом, применение двух фазовых корректоров на отдельных участках контура положительной обратной связи заявляемого генератора позволяет добиться обеспечения амплитуды напряжения, необходимой для работы некоторых видов электромеханических кварцевых резонаторов и построенных на них измерительных преобразователей и одновременно выполнить точную настройку схемы генератора непосредственно на их резонансную частоту.

Согласно предлагаемому изобретению изготовлены макетные образцы генераторов, испытания которых подтвердили их работоспособность и эффективность.

Генератор, содержащий инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединены между собой через первый резистор, кварцевый резонатор, первый вывод которого соединен через конденсатор с выходом инвертирующего усилителя, вход которого через второй резистор соединен со вторым выводом кварцевого резонатора, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные второй инвертирующий усилитель, первый фазовый корректор, неинвертирующий усилитель и второй фазовый корректор, выход которого соединен со вторым выводом кварцевого резонатора, первый вывод которого соединен с входом второго инвертирующего усилителя и через третий резистор с его выходом, выход неинвертирующего усилителя является выходом устройства.
ГЕНЕРАТОР
ГЕНЕРАТОР
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 481-490 из 994.
29.12.2017
№217.015.fe82

Композиция для пылеподавления и локализации продуктов горения после тушения пожара с радиационным фактором

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от последствий пожаров, осложненных радиационным фактором. Композиция для пылеподавления и локализации радиоактивных продуктов горения после тушения пожара с радиационным фактором в качестве поверхностно-активного вещества содержит смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638162
Дата охранного документа: 12.12.2017
29.12.2017
№217.015.fed8

Устройство для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета тяр

Изобретение относится к устройству для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета термоядерного реактора. Устройство для исследования термогидравлических характеристик свинец-литиевого бланкета содержит вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634307
Дата охранного документа: 25.10.2017
19.01.2018
№218.016.0117

Способ сборки рентгеновской оптической системы, содержащей n зеркальных модулей

Изобретение относится к оптическому приборостроению, рентгеновской астрономии и может быть использовано при разработке способов сборки зеркальной системы телескопов, предназначенных для наблюдения астрономических объектов в рентгеновском диапазоне спектра электромагнитного излучения, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629693
Дата охранного документа: 31.08.2017
19.01.2018
№218.016.034c

Цифровой преобразователь код-временной интервал

Изобретение относится к автоматике, телемеханике и вычислительной технике и может быть использовано в телеметрических системах с времяимпульсной модуляцией (ВИМ). Технический результат заключается в повышении надежности работы цифрового преобразователя. Технический результат достигается за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630417
Дата охранного документа: 07.09.2017
19.01.2018
№218.016.0368

Интерактивная автоматизированная система обучения

Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения. Интерактивная автоматизированная система обучения содержит по крайней мере один программно-аппаратный комплекс, поддерживающий в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, который выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630441
Дата охранного документа: 07.09.2017
19.01.2018
№218.016.036f

Способ преобразования низкоэнтропийных сообщений

Изобретение относится к области криптографической защиты информации. Технический результат - упрощение алгоритма преобразования и повышение стойкости к несанкционированному восстановлению данных. Способ преобразования низкоэнтропийных сообщений, заключающийся в том, что предварительно каждому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630429
Дата охранного документа: 07.09.2017
19.01.2018
№218.016.03b7

Детонационный диод-разветвитель (варианты)

Изобретение относится к устройствам, передающим детонацию. В каждом из вариантов исполнения детонационный диод-разветвитель состоит из системы детонационных каналов с входом и, по крайней мере, с одним выходом. В первом варианте исполнения каждый из детонационных каналов выполнен Z-образной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630336
Дата охранного документа: 07.09.2017
19.01.2018
№218.016.03c6

Способ определения чувствительности взрывчатых веществ к механическому воздействию

Изобретение относится к методам определения чувствительности взрывчатых веществ (ВВ) к механическим воздействиям. Способ включает помещение образца ВВ на наковальню, в центре которой выполнена выемка круглого сечения, проведение ударных испытаний с использованием груза с центральным бойком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630340
Дата охранного документа: 07.09.2017
19.01.2018
№218.016.0626

Способ формирования заготовки из материала металлорезины

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к изготовлению деталей из металлорезины (MP), представляющей собой уложенные с взаимным перекрещиванием и затем спрессованные проволочные спирали сжатия. Способ включает формирование по крайней мере трех слоев спиралей на шаблоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631064
Дата охранного документа: 18.09.2017
19.01.2018
№218.016.062f

Устройство для подачи текучей рабочей среды

Устройство относится к гидротранспорту с использованием давления рабочего газа и может быть применено для подачи текучих рабочих сред, в том числе имеющих высокую вязкость при отрицательной температуре. Устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками, размещенные внутри корпуса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631097
Дата охранного документа: 18.09.2017
Показаны записи 11-12 из 12.
29.11.2019
№219.017.e7a5

Генератор

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности, в пьезорезонансных датчиках. Техническим результатом является обеспечение заданного фиксированного уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707394
Дата охранного документа: 26.11.2019
16.05.2023
№223.018.60f3

Устройство диагностики измерительного преобразователя

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов. Технический результат заключается в обеспечении возможности проверки в импульсном режиме работоспособности частотозадающих элементов измерительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743481
Дата охранного документа: 19.02.2021
+ добавить свой РИД