有泵式階梯波發生器的長時間控制器的製作方法

2023-05-24 10:28:46

專利名稱:有泵式階梯波發生器的長時間控制器的製作方法
本發明涉及長時間定時技術領域：
，是一類長時間泵式階梯波發生器電路，主要用於長時間延時控制器中。
現有長時間定時電路均為採用大容量電容(如10～100μF)及高阻值電阻(如107-1010Ω)作為定時元件。由於電容的漏電，高阻值電阻的穩定性差，特別是這類阻容元件的溫度係數的影響及由於電路工作於微電流狀態，抗幹擾能力差，導致定時時間不宜過長，且定時誤差較大(一般給定時誤差為±12～20%)，因而實際應用中有很大的局限性。
本發明的目的是提供一類能加長定時時間，提高定時精度，降低成本的具有泵式階梯波發生器的長時間控制器電路。
本發明的長時間控制器電路，其特徵在於是由小容量(如1μF)的低損耗電容及小阻值(如小於1MΩ)的精密金屬膜電阻作為等效定時元件(此類阻容件易購買，價格低)和晶體三級管或場效應管等組成泵式階梯波發生器電路(以下簡稱泵電路)，它將前級的脈衝電壓轉變為開關型脈衝電流對定時電容進行泵式充電。當脈衝寬度遠小於脈衝周期時(即佔空比＜＜1)，在定時電容上即獲得線性良好的長時間階梯波。此階梯波與設定的基準電壓比較發生跳變後去觸發驅動控制電路，實現長時間控制作用。泵電路大部分時間工作在截止狀態，而對應於脈衝瞬間允許工作於較大電流狀態(105A左右)。
本發明由於取代了現有定時電路以微電流充電式的RC大容量，高阻值電路，克服了這些現有電路的缺點，因此，本發明在長時間控制方面具有較強的實用性，具有精度高，時間長，成本低及使用環境溫度寬等優點。同時，本發明的電路只需稍加改進-增加部分熟知的外圍電路即能實現多種用途，例如時間繼電器，暗室定時器;重複長時間階梯波發生器;重複鋸齒波發生器;長時間多路控制器或巡迴檢測電路等等。
本發明的解決方案，可進一步用以下附圖進行說明。
圖1是用本發明的實現定時的原理方框圖。
圖2是本發明用於定時控制的簡單實施例。
圖3是圖2的改進方案。
圖4是利用電晶體的Ib給定時電容泵式充電實施例。
圖5是泵電路的最佳實施例。
圖1中1-脈衝發生器;2-泵電路;C-定時電容;3-比較放大電路;4-甄別域調節(基準電壓);5-控制電路。
脈衝發生器1常採用低頻張弛振蕩器(如秒脈衝發生器)。它與泵電路2若採用直接耦合方式，要求脈衝發生器的輸出脈衝穩定且佔空比＜＜1;若採用交流微分耦合方式(如圖中虛線所示)脈寬將由RC微分時間常數確定，而與脈衝發生器1輸出的脈衝寬度無關，為此要求微分阻容元件有較高的穩定性，並適當設計阻容數值，便能獲得脈寬很窄且恆定的脈衝。
泵電路2是將前述的佔空比＜＜1的脈衝電壓轉變為相應的頻率、寬度和幅度亦恆定開關型脈衝電流對定時電容C進行泵式充電，從而在定時電路C上獲線性良好的長時間階梯波。
比較放大電路3具有高輸入阻抗，它將定時電容C上形成的階梯波電壓與甄別域調節所確定的電壓(即所設定的基準電壓)相比較，獲得相應的跳變電壓並去驅動控制電路5，從而實現定時功能。調節甄別域所予置的電壓值，即可達到改變定時時間的目的。
圖2是將本發明應用於控制如音樂板時的實施例。圖中BG1單結電晶體接成典型張弛振蕩器電路，接入R4反饋電阻的目的在於補償單結電晶體EB結溫度係數的影響，並且具有穩定脈衝寬度的作用。隨著電流經R1、R2對C1充電，A點電壓不斷增高，對應於單結電晶體導通瞬間，R3上形成負脈衝，致使BG2相應為瞬間導通，其集電極電流對電容器C2進行泵式充電，並在定時電容C2上(即B點)形成階梯波，當該點電壓達到電位器W，予置電壓時，BG4、BG5改變工作狀態，BG4導通產生很強的正反饋，使BG3亦飽和導通。此時，D1、D2的導通電壓Usc為負載(如音樂板或繼電器線路)供電。K為定時開關，BG3、BG4組成可等效為可控矽觸發電路。接入D3、D4的目的在於提供相對的負電源，使電路能工作於單電源，並使定時時間可以從零開始線性調節。電阻R6為BG1截止期間提供BG2的EB結的反向偏置，從而大大減小了BG2的Iceo的影響。
對圖2所示電路，適當選取元器件參數，該定時器能在3～3600秒範圍內連續可調，並具有3%以內的百分誤差重複精度。
圖3所示電路是圖2實施例改進方案。圖中BG1、BG2等接成等效外接分壓比式單結電晶體張弛振蕩器電路，由於分壓比由外接電阻R3、R4、R12和二極體D4確定，因而具有很高的頻率穩定性(其中D4提供了BG1的EB結的溫度補償)。本電路脈衝採用交流耦合，因而使BG3脈衝電流的脈寬與前級BG1、BG2導通時間無關，而只取決於C3和BG3基極的導通阻抗，這是由於BG3發射極接入了負反饋電阻R5，使其輸入阻抗大大提高且穩定，這樣只需選取溫度係數好的阻容微分元件R7、C3就能在很寬的溫度範圍內使BG3的脈衝電流對定時電容C2充電的脈寬得以恆定，從而提高了定時精度。二極體D1在於補償BG5的EB結的溫度係數。
本實施例中比較器部分採用了等效外接分壓比單結電晶體電路，調節W1能從零開始線性改變定時時間，並可在環境溫度-10°～+30℃範圍內正常工作。
圖4所示為採用電晶體的基極電流Ib給定時電容泵式充電獲得長時間定時的實用電路。圖中電晶體BG1、BG2等組成等效外接分壓比單結電晶體張弛振蕩器電路，對應于振蕩電容C1充電期間，BG1、BG2，D1、D2截止，BG3、BG5也截止，此時，圖中的A、B、C點為同電平，BG4截止，定時電容C2兩端電壓為零或保持狀態。
對應於等效單結電晶體BG1、BG2導通瞬間，BG3、BG5飽和導通，提供了BG4的電源(即A點為接近電源電壓，B點為接近地電位)，BG4導通，並通過Ib對定時電容C2泵式充電，並在D點獲得階梯波電壓。
實驗證明，該定時器定時時間能在3～4800秒範圍內基本線性調節，並有較高精度，定時時間能做得較長的原因在於定時電容由基極電流充電，電流甚小，且由於泵式電流脈衝充電，導通時間甚短的緣故。
為進一步加長定時時間，本實施例中可採用交流耦合使BG3，BG5的輸入脈衝信號進一步變窄，亦可採用複合管代替BG4，使定時間做得更長。
圖5為泵電路最佳實施方案，它是具有更高精度和穩定性的方案。為了提高定時器的性能指標，除脈衝發生器，比較器，控制電路等一些外圍電路外，主要特徵是對定時泵電路進行了特殊設計。因此，本實施例主要闡述泵電路的工作原理及線路(如圖5所示)。
圖5中對應輸入脈衝正沿期間，BG6飽和導通，R3、R4的分壓值使複合跟隨器BG5、BG7輸出為低電平，經穩壓二極體D1耦合至場效應管BG3的柵極亦為低電平，使之夾斷，定時電容C1上的電壓為零或保持狀態。
對應於輸入脈衝負沿期間，BG6截止。這時，如圖所示的A、B點電壓有如下關係式VAB＝-V1＝V3+V4+VR3+V5+V7式中V1為穩壓二極體D1的穩壓值V3為BG3場效應管的柵極負偏壓值V4為BG4場效應管的柵極負偏壓值VR3為由於BG5的基極電流Ib5流經電阻R3而形成的電壓降，其值甚小且穩定可忽略不計(BG5接成射極跟隨器電路，具有很高的輸入阻抗)。
V5，V7分別為BG5，BG7的BE結電壓，由於接成互補跟隨器電路形式，兩管BE結電壓及溫度係數互為補償。
由此，-V1≈V3+V4當R2電阻值較大或採用恆流源代替R2時(如圖中虛線所示)，V4可視為常數，這樣適當選取穩壓管的穩壓值V1能使BG3導通期間，即對應輸入負脈衝期間，使場效應管BG3在恆定的V3負柵壓下恆流對定時電容C1泵式充電，從而獲得線性良好的階梯波。
採用這一最佳設計時場效應管BG4源極跟隨器，其源極採用恆流源供電，所取恆流值使BG4場效應管工作於零溫度係數工作點，對應柵負偏壓設為V40。
設場效應管BG3的零溫度係數工作點對應柵負偏壓為V30，這樣要求穩壓管D1的穩壓值V1應等於V30與V40之和。為達這一目的亦可採用溫度係數較好的電阻代替穩壓管D1，同時用恆流電路來取代R1，調節恆流源的輸出電流即能在A、B兩端獲得要求的電壓值。
選取BG3場效應管漏源閉態電流IDS小和BG4輸入阻抗更高的場效應管，或其它型號管。採取上述措施，即能獲得5000秒以上並具有較高精度的定時效果。
權利要求
1.一種長時間控制器，主要包括脈衝發生器，比較器，控制器，甄別域調節等，其特徵在於採用小容量電容，低阻值電阻做為定時元件和晶體三極體或場效應管等組成泵式階梯波發生器，它將脈衝發生器輸出的脈衝電壓轉換成脈衝電流對定時電容進行泵式充電，從而在定時電容上獲得長時間階梯波，通過比較器與甄別域調節所預置的電壓相比較產生跳變後去驅動控制電路，達到控制時間的目的。
2.如權利要求
1所述的長時間控制器，其特徵在於採用晶體三極體為泵開關器件時，其發射極至地之間接入R6，使三極體在截止時的EB結處於反向偏置狀態。
3.根據權利要求
1所述之長時間控制器，其特徵在於採用晶體三極體為開關器件的泵式階梯波發生器，可用基極電流Ib作為充電電流給定時電容充電，以加長定時時間和提高精度。
4.根據權利要求
1所述長時間控制器，其特徵在於利用場效應管作為開關器件的泵式階梯波發生器，採用使其工作於零溫度工作點的設計參數。
專利摘要
一類由脈衝發生器，比較器，控制器，甄別域調節組成的長時間控制器，其特徵是具有能將脈衝信號電壓轉變為脈衝充電電流的泵式階梯波發生器及由小容量電容和低阻值電阻組成的定時電路。它具有定時時間長(0～5000秒)、精度高(誤差3％以下)，工作溫度寬(-10℃～30℃)，穩定可靠，成本低的顯著特點。
文檔編號G04G15/00GK87100999SQ87100999
公開日1988年2月10日 申請日期1987年3月3日
發明者周洪璋, 張寶松 申請人:周洪璋, 張寶松導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan