RU2429557C1 - Generator with automatic amplification adjustment - Google Patents
Generator with automatic amplification adjustment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2429557C1 RU2429557C1 RU2010132067/09A RU2010132067A RU2429557C1 RU 2429557 C1 RU2429557 C1 RU 2429557C1 RU 2010132067/09 A RU2010132067/09 A RU 2010132067/09A RU 2010132067 A RU2010132067 A RU 2010132067A RU 2429557 C1 RU2429557 C1 RU 2429557C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resistor
- inverting amplifier
- transistors
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.The invention relates to the field of electronic technology and can be used to generate electrical signals stabilized by electromechanical resonators, in particular in piezoresonance sensors.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является кварцевый генератор (см. патент РФ №2301491 от 30.11.2005, опубликован 20.06.2007, Б.И. №17), содержащий первый и второй инвертирующие усилители, каждый из которых включает в себя нечетное число комплементарных пар КМОП транзисторов, истоки которых подключены к соответствующим шинам питания, а затворы первых комплементарных пар объединены между собой и являются входами инвертирующих усилителей, выходами которых являются объединенные стоки последней комплементарной пары каждого инвертирующего усилителя, мостовую схему, первым плечом которой является первый инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединен через первый резистор, вторым плечом является второй резистор, первый вывод которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя, третьим плечом является первый конденсатор, первый вывод которого соединен со вторым выводом второго резистора и входом второго инвертирующего усилителя, второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом кварцевого резонатора, являющегося четвертым плечом мостовой схемы, при этом второй вывод кварцевого резонатора соединен со входом первого инвертирующего усилителя.The closest in technical essence to the claimed device is a crystal oscillator (see RF patent No. 2301491 of November 30, 2005, published June 20, 2007, B.I. No. 17), containing the first and second inverting amplifiers, each of which includes an odd the number of complementary pairs of CMOS transistors whose sources are connected to the corresponding power buses, and the gates of the first complementary pairs are interconnected and are inputs of inverting amplifiers, the outputs of which are the combined drains of the last complementary pair each of the inverting amplifier, a bridge circuit, the first arm of which is the first inverting amplifier, the input and output of which is connected through the first resistor, the second arm is the second resistor, the first terminal of which is connected to the output of the first inverting amplifier, the third arm is the first capacitor, the first terminal of which is connected with the second terminal of the second resistor and the input of the second inverting amplifier, the second terminal of the first capacitor is connected to the first terminal of the quartz resonator, which is the fourth the shoulder of the bridge circuit, while the second output of the quartz resonator is connected to the input of the first inverting amplifier.
Указанное выше устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed and therefore selected as a prototype.
Недостатком прототипа является изменение частоты генератора из-за изменения амплитуды первой гармоники напряжения возбуждения частотозадающего резонатора, обусловленного изменением формы выходных сигналов при изменении режима работы оконечного каскада усилителя под действием внешних факторов эксплуатации (изменение напряжения питания, температуры окружающей среды, хранение и проч.).The disadvantage of the prototype is the change in the frequency of the generator due to a change in the amplitude of the first harmonic of the excitation voltage of the frequency-setting resonator, due to a change in the shape of the output signals when the operating mode of the terminal stage of the amplifier is affected by external operating factors (change in supply voltage, ambient temperature, storage, etc.).
Решаемой задачей является создание генератора с кварцевым частотозадающим резонатором с повышенной стабильностью частоты генерации (при значении эквивалентного сопротивления резонатора до 1 МОм).The problem to be solved is the creation of a generator with a quartz frequency-setting resonator with increased stability of the generation frequency (with a value of the equivalent resonator resistance of up to 1 MΩ).
Достигаемым техническим результатом является стабилизация формы и амплитуды выходных сигналов в изменяющихся условиях эксплуатации и соответственно повышение стабильности частоты генерации.Achievable technical result is the stabilization of the shape and amplitude of the output signals in changing operating conditions and, accordingly, increasing the stability of the generation frequency.
Для достижения технического результата в генераторе с автоматической регулировкой усиления, содержащем первый и второй инвертирующие усилители, каждый из которых включает в себя нечетное число комплементарных пар КМОП-транзисторов, истоки которых подключены к соответствующим шинам питания, а затворы первых комплементарных пар объединены между собой и являются входами инвертирующих усилителей, выходами которых являются объединенные стоки последней нечетной комплементарной пары каждого инвертирующего усилителя, мостовую схему, первым плечом которой является первый инвертирующий усилитель, вход и выход которого соединен через первый резистор, вторым плечом является второй резистор, первый вывод которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя, третьим плечом является первый конденсатор, первый вывод которого соединен со вторым выводом второго резистора и входом второго инвертирующего усилителя, второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом кварцевого резонатора, являющегося четвертым плечом мостовой схемы, при этом второй вывод кварцевого резонатора соединен со входом первого инвертирующего усилителя, новым является то, что дополнительно введены третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, второй, третий, четвертый конденсаторы, диод, третий инвертирующий усилитель, выполненный на комплементарной паре КМОП-транзисторов, затворы которых объединены между собой и являются входом третьего инвертирующего усилителя, выходом которого являются объединенные стоки транзисторов, два "p-" или "n"-канальных КМОП-транзистора управления, истоки и затворы которых объединены между собой, при этом сток одного из транзисторов управления соединен через второй конденсатор с общей точкой и с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, сток другого транзистора управления соединен через пятый резистор с первыми выводами шестого резистора и кварцевого резонатора, выход второго инвертирующего усилителя является выходом генератора и соединен со вторым выводом шестого резистора и через последовательно соединенные четвертый резистор и диод со входом третьего инвертирующего усилителя, с первыми выводами седьмого резистора и третьего конденсатора, вторые выводы которых соединены с выходом третьего инвертирующего усилителя и через восьмой резистор с затворами транзисторов управления, с первым выводом девятого резистора, второй вывод которого через четвертый конденсатор соединен с общей точкой, при этом истоки КМОП-транзисторов третьего инвертирующего усилителя соединены с соответствующими шинами питания.To achieve a technical result in a generator with automatic gain control, containing the first and second inverting amplifiers, each of which includes an odd number of complementary pairs of CMOS transistors, the sources of which are connected to the corresponding power buses, and the gates of the first complementary pairs are interconnected and are inputs of inverting amplifiers, the outputs of which are the combined drains of the last odd complementary pair of each inverting amplifier, a bridge circuit, trans the first arm of which is the first inverting amplifier, the input and output of which is connected through the first resistor, the second arm is the second resistor, the first terminal of which is connected to the output of the first inverting amplifier, the third arm is the first capacitor, the first terminal of which is connected to the second terminal of the second resistor and the input the second inverting amplifier, the second terminal of the first capacitor is connected to the first terminal of the quartz resonator, which is the fourth arm of the bridge circuit, while the second terminal is quartz the resonator is connected to the input of the first inverting amplifier, the new one is that additionally introduced the third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors, the second, third, fourth capacitors, diode, third inverting amplifier, made on a complementary pair of CMOS- transistors, the gates of which are interconnected and are the input of the third inverting amplifier, the output of which is the combined drains of the transistors, two "p-" or "n" -channel CMOS control transistors, sources and gates which are interconnected, while the drain of one of the control transistors is connected through a second capacitor to a common point and to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the fourth resistor, the drain of the other control transistor is connected through the fifth resistor to the first terminals of the sixth resistor and quartz resonator, the output of the second inverting amplifier is the output of the generator and is connected to the second output of the sixth resistor and through the fourth resistor in series and iodine with the input of the third inverting amplifier, with the first conclusions of the seventh resistor and the third capacitor, the second conclusions of which are connected to the output of the third inverting amplifier and through the eighth resistor with the gates of the control transistors, with the first output of the ninth resistor, the second output of which is connected to the common point through the fourth capacitor while the sources of the CMOS transistors of the third inverting amplifier are connected to the corresponding power buses.
Стабилизация формы и амплитуды напряжения возбуждения колебаний частотозадающего резонатора в предлагаемом генераторе осуществляется включением в цепь контура положительной обратной связи (выход второго инвертирующего усилителя, мостовая схема с частотозадающим резонатором, вход второго усилителя) регулирующего звена, коэффициент передачи по напряжению которого может изменяться под воздействием управляющего сигнала, поступающего с устройства управления.The shape and amplitude of the excitation voltage of the oscillating frequency resonator in the proposed generator are stabilized by the inclusion of a positive feedback circuit (the output of the second inverting amplifier, the bridge circuit with the frequency setting resonator, the input of the second amplifier) of the control link, the voltage transfer coefficient of which can change under the influence of the control signal coming from the control device.
При этом выходной сигнал устройства управления, подаваемый на вход регулирующего звена определяется значением амплитуды напряжения на выходе второго инвертирующего усилителя, поступающего на вход устройства управления.In this case, the output signal of the control device supplied to the input of the control unit is determined by the value of the voltage amplitude at the output of the second inverting amplifier supplied to the input of the control device.
На фигуре 1 изображена функциональная схема заявляемого устройства.The figure 1 shows a functional diagram of the inventive device.
На фигуре 2 изображен вариант инвертирующего усилителя с использованием трех последовательно соединенных комплементарных пар КМОП-транзисторов.Figure 2 shows a variant of an inverting amplifier using three series-connected complementary pairs of CMOS transistors.
На фигуре 3 представлена эквивалентная схема кварцевого резонатора.The figure 3 presents the equivalent circuit of a quartz resonator.
Рассмотрим случай, когда в предлагаемом генераторе используются инвертирующие усилители, содержащие по одной комплементарной паре КМОП-транзисторов (см. фиг.1).Consider the case when the proposed generator uses inverting amplifiers containing one complementary pair of CMOS transistors (see figure 1).
Устройство содержит первый 1 и второй 2 инвертирующие усилители, каждый из которых включает в себя одну пару КМОП-транзисторов, истоки которых подключены к соответствующим шинам питания, а затворы объединены между собой и являются входами инвертирующих усилителей, выходами которых являются объединенные стоки комплементарной пары каждого инвертирующего усилителя, мостовую схему 3, первым плечом которой является первый инвертирующий усилитель 1, вход и выход которого соединен через первый резистор 4, вторым плечом является второй резистор 5, первый вывод которого соединен с выходом первого инвертирующего усилителя 1, третьим плечом является первый конденсатор 6, первый вывод которого соединен со вторым выводом второго резистора 5 и входом второго инвертирующего усилителя 2, второй вывод первого конденсатора 6 соединен с первым выводом кварцевого резонатора 7, являющегося четвертым плечом мостовой схемы 3, при этом второй вывод кварцевого резонатора 7 соединен со входом первого инвертирующего усилителя 1, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12, восьмой 13 и девятый 14 резисторы, второй 15, третий 16, четвертый 17 конденсаторы, диод 18, третий инвертирующий усилитель 19, выполненный на комплементарной паре КМОП-транзисторов, затворы которых объединены между собой и являются входом третьего инвертирующего усилителя 19, выходом которого являются объединенные стоки транзисторов, два "p-" или "n"-канальных КМОП-транзистора управления 20 и 21, истоки и затворы которых соответственно объединены между собой, при этом сток одного из транзисторов управления 21 соединен через второй конденсатор 15 с общей точкой и с первым выводом третьего резистора 8, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора 9, сток другого транзистора управления 20 соединен через пятый резистор 10 с первыми выводами шестого резистора 11 и кварцевого резонатора 7, выход второго инвертирующего усилителя 2 является выходом генератора и соединен со вторым выводом шестого резистора 11 и через последовательно соединенные четвертый резистор 9 и диод 18 со входом третьего инвертирующего усилителя 19, с первыми выводами седьмого резистора 12 и третьего конденсатора 16, вторые выводы которых соединены с выходом третьего инвертирующего усилителя 19 и через восьмой резистор 13 с затворами транзисторов управления 20 и 21, с первым выводом девятого резистора 14, второй вывод которого через четвертый конденсатор 17 соединен с общей точкой, при этом истоки КМОП транзисторов 22, 23 третьего инвертирующего усилителя 19 соединены с соответствующими шинами питания.The device contains the first 1 and second 2 inverting amplifiers, each of which includes one pair of CMOS transistors, the sources of which are connected to the corresponding power buses, and the gates are interconnected and are inputs of inverting amplifiers, the outputs of which are the combined drains of the complementary pair of each inverting amplifier, bridge circuit 3, the first arm of which is the first inverting amplifier 1, the input and output of which is connected through the first resistor 4, the second arm is the second resistor 5, the first output of which is connected to the output of the first inverting amplifier 1, the third arm is the first capacitor 6, the first output of which is connected to the second output of the second resistor 5 and the input of the second inverting amplifier 2, the second output of the first capacitor 6 is connected to the first output of the quartz resonator 7, which is the fourth arm of the bridge circuit 3, while the second output of the quartz resonator 7 is connected to the input of the first inverting amplifier 1, third 8, fourth 9, fifth 10, sixth 11, seventh 12, eighth 13 and ninth 14 p resistors, second 15, third 16, fourth 17 capacitors, diode 18, third inverting amplifier 19, made on a complementary pair of CMOS transistors, the gates of which are interconnected and are the input of the third inverting amplifier 19, the output of which is the combined drains of the transistors, two " p- or "n" -channel CMOS control transistors 20 and 21, the sources and gates of which are respectively interconnected, while the drain of one of the control transistors 21 is connected through a second capacitor 15 to a common point and to the first output the ode of the third resistor 8, the second terminal of which is connected to the first terminal of the fourth resistor 9, the drain of the other control transistor 20 is connected through the fifth resistor 10 to the first terminals of the sixth resistor 11 and the quartz resonator 7, the output of the second inverting amplifier 2 is the output of the generator and connected to the second terminal the sixth resistor 11 and through the fourth resistor 9 and the diode 18 connected in series with the input of the third inverting amplifier 19, with the first terminals of the seventh resistor 12 and the third capacitor 16, the second pin which are connected to the output of the third inverting amplifier 19 and through the eighth resistor 13 with the gates of the control transistors 20 and 21, with the first output of the ninth resistor 14, the second output of which through the fourth capacitor 17 is connected to a common point, while the sources of CMOS transistors 22, 23 of the third the inverting amplifier 19 is connected to the respective power buses.
В случаях, когда необходимо обеспечить более высокий коэффициент усиления одного из инвертирующих усилителей, например, для уменьшения времени готовности (уменьшения длительности переходного процесса возбуждения колебаний) при малом коэффициенте усиления используемых комплементарных пар КМОП-транзисторов, один из инвертирующих усилителей, например второй, может быть выполнен с использованием трех комплементарных пар КМОП-транзисторов (см. фиг.2).In cases where it is necessary to provide a higher gain of one of the inverting amplifiers, for example, to reduce the availability time (reduce the duration of the transient process of excitation of oscillations) with a small gain of the used complementary pairs of CMOS transistors, one of the inverting amplifiers, for example the second, can be made using three complementary pairs of CMOS transistors (see figure 2).
Регулирующее звено 24 состоит из последовательно соединенных шестого резистора 11, пятого резистора 10 и двух КМОП-транзисторов 20, 21.The regulatory link 24 consists of a series-connected sixth resistor 11, a fifth resistor 10 and two CMOS transistors 20, 21.
Для поддержания устойчивой генерации в контуре обратной связи необходимо выполнение двух условий:To maintain stable generation in the feedback loop, two conditions must be met:
1) суммарный коэффициент передачи по напряжению тракта "вход 27 управляющего звена 24 - выход 26 инвертирующего усилителя 2" должен быть больше 1 (условие баланса амплитуд);1) the total transmission coefficient for the voltage of the path "input 27 of the control link 24 - output 26 of the inverting amplifier 2" must be greater than 1 (condition for the balance of amplitudes);
2) суммарный фазовый сдвиг сигнала в тракте "вход 27 управляющего звена 24 - выход 26 инвертирующего усилителя 2" на частоте генерации должен быть равен: 
Коэффициенты передачи регулирующего звена 24 и второго инвертирующего усилителя 2 по амплитуде и фазе являются частотонезависимыми в области частот, содержащих резонансную частоту кварцевого резонатора 7. Коэффициент передачи мостовой схемы 3 по амплитуде и фазе существенно изменяется при изменении частоты входного сигнала при значениях частот, близких к резонансной частоте резонатора 7. При значениях частоты сигнала заметно отличающихся от частоты резонанса резонатора 7, коэффициент передачи мостовой схемы 3 может быть близким к нулю при выполнении условия:The transmission coefficients of the control link 24 and the second inverting amplifier 2 in amplitude and phase are frequency-independent in the frequency range containing the resonant frequency of the quartz resonator 7. The transmission coefficient of the bridge circuit 3 in amplitude and phase changes significantly when the frequency of the input signal changes at frequencies close to the resonance resonator frequency 7. For signal frequencies significantly different from the resonance frequency of resonator 7, the transfer coefficient of the bridge circuit 3 can be close to zero When the condition is met:
где С0, C1 - значение статической емкости кварцевого резонатора 7 и первого конденсатора 6 соответственно;where C 0 , C 1 - the value of the static capacitance of the quartz resonator 7 and the first capacitor 6, respectively;
R1, R2 - значения сопротивлений первого 4 и второго 5 резисторов соответственно.R 1 , R 2 - resistance values of the first 4 and second 5 resistors, respectively.
Коэффициент передачи мостовой схемы 3 при частоте сигнала, близкой к значению резонансной частоты кварцевого резонатора 7, в первом приближении равен:The transmission coefficient of the bridge circuit 3 at a signal frequency close to the value of the resonant frequency of the quartz resonator 7, in a first approximation, is equal to:
LK, СK, RK - значения эквивалентной индуктивности, емкости и сопротивления последовательного резонансного контура - кварцевого резонатора 7 (см. фиг.3);L K , K K , R K are the values of the equivalent inductance, capacitance, and resistance of the series resonant circuit — quartz resonator 7 (see FIG. 3);
f- частота сигнала на входе мостовой схемы 3.f is the frequency of the signal at the input of the bridge circuit 3.
Сдвиг фаз выходного сигнала мостовой схемы 3 относительно входного может изменяться от π/2 (90°) при значениях частоты, меньшей резонанса резонатора 7, до "минус" π/2 (90°), при значениях частоты входного сигнала, больших резонансной. На резонансной частоте фазовый сдвиг между выходным и входными сигналами мостовой схемы 3 будет близким к нулю.The phase shift of the output signal of the bridge circuit 3 relative to the input can vary from π / 2 (90 °) at frequencies less than the resonance of the resonator 7 to minus π / 2 (90 °), at values of the frequency of the input signal that are larger than the resonance. At the resonant frequency, the phase shift between the output and input signals of the bridge circuit 3 will be close to zero.
Выражение для коэффициента передачи Кмост (2) справедливо при условии, что коэффициент усиления у первого инвертирующего усилителя 1 много больше единицы.The expression for the transmission coefficient K bridge (2) is valid provided that the gain of the first inverting amplifier 1 is much greater than unity.
Коэффициент передачи управляющего звена 24 в зависимости от значения управляющего напряжения на его управляющем входе 28 определяется выражением:The transmission coefficient of the control link 24 depending on the value of the control voltage at its control input 28 is determined by the expression:
где R5, R6, Rynp - значения сопротивлений пятого 10, шестого 11 резисторов и последовательно соединенных управляющих КМОП-транзисторов 20, 21 соответственно.where R 5 , R 6 , R ynp are the values of the resistances of the fifth 10th, sixth 11 resistors and series-connected control CMOS transistors 20, 21, respectively.
При Rупр→0 коэффициент передачи управляющего звена 24 минималенWhen R CPR → 0, the transmission coefficient of the control link 24 is minimal
и равен значению отношения 
Сквозной коэффициент тракта положительной обратной связи генератора КΣ определяется выражением:The through coefficient of the positive feedback path of the generator K Σ is determined by the expression:
где К2 - коэффициент усиления второго инвертирующего усилителя 2.where K 2 is the gain of the second inverting amplifier 2.
На частоте, равной резонансной частоте резонатора 7,At a frequency equal to the resonant frequency of the resonator 7,
Максимальное значение коэффициента передачи KΣmax The maximum value of the transmission coefficient K Σmax
Из условия обеспечения устойчивой генерации минимальное значение (Rynp=0) суммарного коэффициента в тракте положительной обратной связи должно быть не менее единицыFrom the condition of ensuring stable generation, the minimum value (R ynp = 0) of the total coefficient in the positive feedback path must be at least one
Во всех трех инвертирующих усилителях 1, 2 используются идентичные комплементарные пары КМОП-транзисторов обогащенного типа.All three inverting amplifiers 1, 2 use identical complementary pairs of enriched type CMOS transistors.
Работа генератора с автоматической регулировкой происходит следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствии напряжения на шинах питания генератора между выводами всех его элементов, в том числе и у кварцевого резонатора 7 будет нулевая разность электрических потенциалов, в кварцевом резонаторе отсутствуют механические колебания. При этом сопротивление "сток-исток" регулирующих транзисторов 20, 21 имеет максимальное значение, много больше сопротивления шестого резистора 13 (R6 << Rупр).The operation of the generator with automatic adjustment is as follows. In the initial state, in the absence of voltage on the generator power buses, between the terminals of all its elements, including the quartz resonator 7, there will be a zero electric potential difference, and there are no mechanical vibrations in the quartz resonator. Moreover, the drain-source resistance of the control transistors 20, 21 has a maximum value, much greater than the resistance of the sixth resistor 13 (R 6 << R control ).
При этом сопротивление управляющих транзисторов будет великоIn this case, the resistance of the control transistors will be large
(Rупр→∞), что обеспечивает максимальное значение коэффициента передачи регулирующего звена 24 и всего тракта петли положительной обратной связи.(R CPR → ∞), which ensures the maximum value of the transmission coefficient of the regulating link 24 and the entire path of the positive feedback loop.
После подключения к шинам генератора "Ucc", "Общ" источника питания на выходах первого 1, второго 2 и третьего 19 инвертирующих усилителей устанавливаются напряжения, постоянные составляющие которых имеют примерно равные значения через время, равное 3·τ1=3·(R3+R4)·C2 (R3 - значение сопротивления третьего резистора 8, Я4 -значение сопротивления четвертого резистора 9, С2 - значение емкости второго конденсатора 15).After connecting to the generator bus "Ucc", "General" power source at the outputs of the first 1, second 2 and third 19 inverting amplifiers, the voltage is set, the constant components of which have approximately equal values after a time equal to 3 · τ 1 = 3 · (R 3 + R 4 ) · C 2 (R 3 is the resistance value of the third resistor 8, I 4 is the resistance value of the fourth resistor 9, C 2 is the capacitance value of the second capacitor 15).
Потенциалы объединенных затворов управляющих транзисторов 20, 21 регулирующего звена 24 и их истоков становятся равными между собой и равны постоянным составляющим выходных напряжений второго 2 и третьего 19 инвертирующих усилителей.The potentials of the combined gates of the control transistors 20, 21 of the control link 24 and their sources become equal to each other and equal to the constant components of the output voltages of the second 2 and third 19 inverting amplifiers.
Переменная составляющая напряжения в первые моменты после подключения генератора к источнику питания в различных его точках имеет шумовой характер с широким спектром частот. Максимальная амплитуда переменного напряжения в контуре положительной обратной связи присутствует на выходе второго инвертирующего усилителя 2 и передается практически без ослабления регулирующим звеном 24 на вход мостовой схемы 3 (Купр≈1, Rynp→∞).The alternating voltage component in the first moments after connecting the generator to the power source at various points has a noise character with a wide range of frequencies. The maximum amplitude of the alternating voltage in the positive feedback loop is present at the output of the second inverting amplifier 2 and is transmitted almost without attenuation by the regulating link 24 to the input of the bridge circuit 3 (K control ≈1, R ynp → ∞).
Мостовая схема 3 обеспечивает ослабление сигналов в широком диапазоне частот за исключением узкой полосы в области частоты резонанса кварцевого резонатора 7. Таким образом, на вход второго инвертирующего усилителя 2 попадают сигналы, выделенные из шумового спектра в узкой полосе частот, близких к частоте резонанса кварцевого резонатора 7.The bridge circuit 3 provides attenuation of signals in a wide frequency range with the exception of a narrow band in the resonance frequency region of the quartz resonator 7. Thus, signals extracted from the noise spectrum in a narrow frequency band close to the resonance frequency of the quartz resonator 7 get to the input of the second inverting amplifier 2 .
При этом за счет использования в одном из плеч мостовой схемы 3 первого инвертирующего усилителя 1 сигналы, поступающие на вход второго инвертирующего усилителя 2, будут инвертированы и ограничены по полосе частот относительно сигналов на входе мостовой схемы 3 (более подробно процесс передачи сигнала через мостовую схему описан в патенте РФ №2301491 от 30.11.2005, опубликован 20.06.2007, Б.И. №17).Moreover, due to the use of the first inverting amplifier 1 in one of the arms of the bridge circuit 3, the signals arriving at the input of the second inverting amplifier 2 will be inverted and limited in frequency band relative to the signals at the input of the bridge circuit 3 (the signal transmission through the bridge circuit is described in more detail in the patent of the Russian Federation No. 2301491 dated November 30, 2005, published June 20, 2007, B.I. No. 17).
Усиленные сигналы вторым инвертирующим усилителем 2 с частотой, близкой к резонансной частоте резонатора 7, в контуре положительной обратной связи генератора и будут нарастать до тех пор, пока коэффициент передачи контура не станет равным единице.The amplified signals by the second inverting amplifier 2 with a frequency close to the resonant frequency of the resonator 7 in the positive feedback loop of the generator and will increase until the transfer coefficient of the circuit becomes equal to unity.
В зависимости от значения минимального суммарного коэффициента передачи KΣmin тракта положительной обратной связи, определяемого выражением (8), возможны два режима работы.Depending on the value of the minimum total transfer coefficient K Σmin of the positive feedback path defined by expression (8), two operating modes are possible.
ПриAt
(сопротивление транзисторов 20, 21 близко к нулю) сигнал на выходе усилителя 2 имеет синусоидальную форму (первый режим работы).(the resistance of the transistors 20, 21 is close to zero), the signal at the output of amplifier 2 has a sinusoidal shape (first mode of operation).
При КΣ>КΣmin>1 сигнал на выходе усилителя 2 имеет трапецеидальную форму (второй режим работы).When K Σ > K Σmin > 1, the signal at the output of amplifier 2 has a trapezoidal shape (second mode of operation).
В первом режиме работы амплитуда выходного сигнала второго инвертирующего усилителя 2 U2 нарастает в переходном режиме от уровня шумов до амплитуды, равной значению:In the first mode of operation, the amplitude of the output signal of the second inverting amplifier 2 U 2 increases in transition mode from the noise level to an amplitude equal to the value:
где Uд_пр - прямое напряжение диода 18;where U d_pr - direct voltage of the diode 18;
R3 - сопротивление третьего резистора 8;R 3 is the resistance of the third resistor 8;
R4 - сопротивление четвертого резистора 9.R 4 is the resistance of the fourth resistor 9.
Во втором режиме работы амплитуда выходного сигнала второго инвертирующего усилителя 2 нарастает в переходном режиме до значения, равного напряжению переключения последней комплементарной пары КМОП транзисторов усилителя 2 (примерно равна 0,5-Ucc).In the second mode of operation, the amplitude of the output signal of the second inverting amplifier 2 rises in transition mode to a value equal to the switching voltage of the last complementary pair of CMOS transistors of amplifier 2 (approximately equal to 0.5-Ucc).
Нарастание сигнала на выходе усилителя 2 в переходном процессе для первого и второго режимов до значения амплитуды выходного напряжения, равного значению, определяемому выражением (10), происходит с максимальным коэффициентом передачи в контуре положительной обратной связи 
При приближении к значению амплитуды, определяемому выражением (10), в цепи "выход третьего инвертирующего усилителя (объединение стоков комплементарной пары КМОП транзисторов 22, 23) - третий конденсатор 16When approaching the amplitude value determined by expression (10), in the circuit the output of the third inverting amplifier (combining the drains of a complementary pair of CMOS transistors 22, 23) is the third capacitor 16
- шестой резистор 11 - диод 18 - четвертый резистор 9 - выход второго инвертирующего усилителя 2" начинает протекать ток.- the sixth resistor 11 - the diode 18 - the fourth resistor 9 - the output of the second inverting amplifier 2 "current begins to flow.
Протекание тока по указанной выше цепи происходит каждый раз, когда выходное напряжение инвертирующего усилителя 2 принимает экстремальное значение; минимально - при соединении диода 18 анодом к выходу усилителя 2 и катодом к затворам транзисторов 22, 23; максимальноеThe current flowing through the above circuit occurs every time the output voltage of the inverting amplifier 2 takes on an extreme value; minimally - when connecting the diode 18 with an anode to the output of amplifier 2 and a cathode to the gates of transistors 22, 23; maximum
- при обратном соединении электродов диода 18. При этом возникает разность потенциалов между выводами третьего конденсатора 16, приводящее к изменению среднего значения напряжения на входе и выходе третьего усилителя 19 и, соответственно, на затворах регулирующих транзисторов 20, 21 (на управляющем входе 28 регулирующего звена 24). Это приводит к уменьшению их сопротивления "сток-исток", и соответственно, к уменьшению коэффициента передачи регулирующего звена 24 и суммарного коэффициента передачи всего тракта положительной обратной связи до значения, равного единице (первый режим, выходной сигнал - синусоидальный).- when the electrodes of the diode 18 are reconnected, a potential difference arises between the terminals of the third capacitor 16, which leads to a change in the average voltage at the input and output of the third amplifier 19 and, accordingly, at the gates of the control transistors 20, 21 (at the control input 28 of the control link 24). This leads to a decrease in their drain-source resistance, and, accordingly, to a decrease in the transmission coefficient of the control link 24 and the total transmission coefficient of the entire positive feedback path to a value of unity (the first mode, the output signal is sinusoidal).
В случае, когда рост амплитуды переменного напряжения на выходе усилителя 2 до значения напряжения (10) не приводит к уменьшению суммарного коэффициента передачи тракта обратной связи до единицы (второй режим), выходное напряжение усилителя 2 будет нарастать до появления нелинейных искажений, уменьшающих суммарный коэффициент передачи по первой гармонике до единичного значения (второй режим, выходной сигнал трапецеидальной формы).In the case when the increase in the amplitude of the alternating voltage at the output of amplifier 2 to a voltage value (10) does not lead to a decrease in the total transfer coefficient of the feedback path to unity (second mode), the output voltage of amplifier 2 will increase until non-linear distortions decrease the total transfer coefficient by the first harmonic to a single value (second mode, trapezoidal output signal).
При использовании в качестве регулирующих элементов КМОП -транзисторов 20, 21 с каналом "n"-типа на их затвор относительно истоков должно подаваться положительное напряжение, а при использовании транзисторов с каналом "р"-типа напряжение управления ("затвор-исток") должно быть отрицательным. Получение необходимого знака напряжения "затвор-исток" достигается соответствующим подключением электродов диода 18 между выходом второго усилителя 2 и входом третьего усилителя 19 (затворы КМОП транзисторов 22, 23).When using CMOS transistors 20, 21 with an "n" -type channel as control elements, a positive voltage should be applied to their gate relative to the sources, and when using transistors with a "p" -type channel, the control voltage ("gate-source") should to be negative. Obtaining the necessary sign of the voltage "gate-source" is achieved by a corresponding connection of the electrodes of the diode 18 between the output of the second amplifier 2 and the input of the third amplifier 19 (CMOS transistor gates 22, 23).
В регулирующем звене 24 возможно использование одного управляющего транзистора. Использование двух встречно включенных управляющих КМОП - транзисторов позволяет уменьшить нелинейные искажения сигналов на выходе регулирующего звена 24.In the control link 24 it is possible to use a single control transistor. The use of two counterclockwise control CMOS transistors allows to reduce the nonlinear distortion of the signals at the output of the regulatory link 24.
Для уменьшения пульсаций напряжения управления, подаваемого на затворы управляющих транзисторов 20 и 21, используется фильтр, в состав которого входят восьмой резистор 13 и четвертый конденсатор 17. Девятый резистор 14 повышает устойчивость автоматической регулировки коэффициента передачи в тракте положительной обратной связи генератора.To reduce the ripple of the control voltage supplied to the gates of the control transistors 20 and 21, a filter is used, which includes the eighth resistor 13 and the fourth capacitor 17. The ninth resistor 14 increases the stability of automatic adjustment of the gear ratio in the generator positive feedback path.
Второй инвертирующий усилитель 2 может быть выполнен в виде одной комплементарной пары КМОП транзисторов или с использованием трех комплементарных пар, соединенных по схеме, согласно фиг.2, когда одна комплементарная пара не обеспечивает требуемого коэффициента усиления. Необходимость более высокого коэффициента усиления усилителя 2 может возникнуть для обеспечения малого времени готовности.The second inverting amplifier 2 can be made in the form of one complementary pair of CMOS transistors or using three complementary pairs connected in accordance with the diagram according to figure 2, when one complementary pair does not provide the desired gain. The need for a higher gain of amplifier 2 may arise to provide a short availability time.
Согласно предлагаемому изобретению изготовлены макетные образцы генераторов, испытания которых подтвердили их работоспособность и эффективность.According to the invention, prototype generators were manufactured, tests of which confirmed their operability and effectiveness.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010132067/09A RU2429557C1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Generator with automatic amplification adjustment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010132067/09A RU2429557C1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Generator with automatic amplification adjustment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2429557C1 true RU2429557C1 (en) | 2011-09-20 |
Family
ID=44758803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010132067/09A RU2429557C1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Generator with automatic amplification adjustment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2429557C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2684510C1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-04-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Automatic signals amplification circuit |
-
2010
- 2010-07-29 RU RU2010132067/09A patent/RU2429557C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2684510C1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-04-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Automatic signals amplification circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Veeravalli et al. | A CMOS transconductance amplifier architecture with wide tuning range for very low frequency applications | |
| KR0185406B1 (en) | Electrically controllable oscillator circuit and electrically controllable filter arrangement comprising said circuit | |
| US9300247B2 (en) | RC oscillator with additional inverter in series with capacitor | |
| CN106896856B (en) | Amplifying circuit and voltage regulator | |
| JP5009123B2 (en) | Crystal oscillator with amplitude control over a wide voltage and temperature range | |
| CN105406829A (en) | Variable gain amplifier with continuously adjustable gain | |
| EP1858156A1 (en) | Voltage controlled oscillator | |
| Bhaskar et al. | New CFOA-based sinusoidal oscillators retaining independent control of oscillation frequency even under the influence of parasitic impedances | |
| Kumar et al. | Single active element-based tunable square/triangular wave generator with grounded passive components | |
| Ranjan et al. | A novel Schmitt trigger and its application using a single four terminal floating nullor (FTFN) | |
| RU2531871C1 (en) | Quartz oscillator | |
| RU2429557C1 (en) | Generator with automatic amplification adjustment | |
| CN110190835B (en) | Zero offset comparator circuit | |
| RU2450416C1 (en) | Quartz crystal oscillator | |
| CN109036301B (en) | Remote voltage compensation method based on hardware circuit automatic compensation | |
| US7304509B2 (en) | Impedance circuit, power supply device | |
| CN203504497U (en) | Low power consumption, low jittering, and wide work range crystal oscillator circuit | |
| TWI396063B (en) | A low dropout regulator without esr compensation | |
| RU2707394C2 (en) | Generator | |
| CN101651452A (en) | RC integrating circuit | |
| RU2340078C1 (en) | Generator | |
| KR101004672B1 (en) | Frequency double for wireless communication and driving method thereof | |
| RU2273088C1 (en) | Random-wave oscillator | |
| JP2008211757A (en) | Temperature compensated piezoelectric oscillator | |
| CN115729296A (en) | Circuit for keeping conduction impedance of power tube constant in load switch |