Функциональный генератор Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой вычислительной технике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в напряжение переменного тока.

Известен функциональный генератор, содержащий последовательно соединенные через тиристоры источники весовых напряжений, инверторные ячейки, выполненные на ключах и трансформаторах Ci Недостатком его является низкая точность и сложность, обусловленные необходимостью применения значительного количества изолированных источникдв весовых напряжений.

наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, блок памяти , адресные входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, блок согласукицих усилите.г лей, входы которого соединены с ц формационными выходами блока памяти. источники напряжения, m инверторных ячеек, каждая из которых содержит трансформа ор первый и второй клю- , чи, включенные между соответствукяци«

ми выводами первичной обмотки трансформатора и отрицательным выводом источника напряжения, первый и второй шунтирукадие диоды, управляющие входы первого и второго ключей каж- , дои инверторной ячейки соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инвертррных яче10ек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой и т-ной инверторнь1х ячеек являются выходами функц : онального генератора, средний вывод

15 первичной обмотки трансформатора каждого инвертора соединен с положительным выводом источника напряжения, первый и второй шунтирующие диоды, каждой инверторной ячейки подключе20ны параллельно первс му и второму ключам, первичная обмотка трансформатора каждой инверторной ячейки имеет две группы отводов соединенных через последовательно включенные раздели25 .тельный диод и дополнительный ключ с отрицательным выводом источника напряжения, дополнительная вторичная Обмотка трансформатора каждой инверторной ячейки зашунтирована диодным

30 мостом и подключена первым выводом

к отрицательному выводу источника . напряжения непосредственно, а вторымчерез шунтирующий ключ, управляющие входы дополнительных и шунтирующего ключей соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей .

Недостатком известного функционального генератора является ограниченная точность, обусловленная при.нятой в нем системой счисления, и сложность структуры инвёрторной ячейки.

Цель изобретения - упрощение струк туры генератора и повышение точности формирования периодических сигналов. Цель достигается тем, что функциональный генератор , содержащий гене ратор импульсов счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора 1мпульсов , блок памяти , адресные входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, блок согласующих усилителей, входы которого соединены с информационными выходами блока памяти, источник напряжения, m инверторных ячеек, каждая из которых, содержит трансформатор, первый и второй клю. чи , включенные между соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора и выводом отрицательной полярности источника напряжения, первый и второй шунтирующие диоды , управляющие входы ключей каждой ин. верторной ячейки соединены с соох- ветствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно,свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой и гп-ной инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, дополнительно содержит источник весового напряжения младшего двоичного разряда, а в каждой из инверторных ячеек - п источников весового напряжения двоичных разрядов, п+1 дополнительных ключей и п+1 дополнительных шунтирующих диодов, соединенных согласно и пооледовательно, причем катод первого дополнительного шунтирующего диода каждой инвёрторной ячейки соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора этой инвёрторной ячейки, а анод (п+1)-го дополнительного шунтирующего диода - с выводом положительной полярности источника напряжения и с выводом отрицательной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, анод каждого дополнительного шунтирующего диода, кроме п+1-го в каждой инвёрторной ячейке соединен с выводом отрицательной полярности соои.ветствующего по номеру источника весового напряжения двоичных разрядов , вывод положительной полярности которого через соответствующий до- полнительный ключ соединен с катодом этого же дополнительного шунтирующего диода, катоды (п+1)-ых допод5 нительных шунтирующих диодов каждой инвёрторной ячейки через (п+1)-ые дополнительные ключи соединены с выводом положительной полярности источника весового напряжения младшего

0 двоичного разряда, управляющие входы дополнительных ключей инверторных ячеек соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилите- лей, катоды первых и вторых основных

5шунтирующих диодов каждой инвертор- ной ячейки соединены с выводом отрицательной полярности источника напряжения, а их аноды - с соответствующими выводами первичной обмотки

Q трансформатора.

На чертеже приведена блок-схема функционального генератора.

Функциональный генератор содержит генератор импульсов 1, счетчик 2,

5 блок памяти 3,- блок согласующих усилителей 4, источник напряжения 5, источник весового напряжения младшего двоичного разряда б, m инверторных ячеек 7 ,. . , 7, каждая, из которых содержит трансформатор 8 ,. . . / 8, первый и второй ключи 9 ,..., 9уу, и 10,..,, 10, первый и второй шунтирующие диоды 11 ,. . . , , и 12 ,. . . , 12уу, , п источников весового напряжения двоичных разрядов 13,

5 . . , , , . . . , I3f,..., 13. п+1 дополнительных ключей 14,..., , ..., 14,..., 14(, п+1 дополнительных шунтирующих диодов 15 , . . ., 15(цч)/ f 15у„,..., 15fn(, При

и этом соотношения между количеством витков вторичных обмоток трансформаторов инверторных ячеек соответствует закону геометрической прогрессии со знаменателем, равным (),,

5 Функциональный генератор работает следующим образом.

Импульсы с выхода генератора импульсов 1 с частотой ffix 4k, где К - количество ступенек в четверти

периода воспроизводимых кривой, поступает на счетчик 2. С выходов счетчика 2 импульсы поступают на адре.ные входы блока памяти 3. Блок памяти 3 заранее программируется, например под синусоиду.

С информационных выходов блока памяти 3 импульсы через блок согласующих усилителей 4 поступают на. входы тех. ключей 9, 10 и 14, включение которых обеспечивает заданный уровень напряжения на выходе генератора.

Для пояснения работы генератора рассмотрим представление целых натуральных чисел с помощью нечетного симметричного относительно нуля кода. Любое целое положительное или отрицательное число (N) можно представить с помощью нечетного симметри ного кода следующим образом N /0,±1 ,+2,+ ...in/Un-f1 )-)- /О, ±1,±2. +. .Т±п7.12 + 1) + /0.±1.±2, ±...+ п/ (2п+1)+...+/0,+1,±2,+...+/ 7(2п-И)%. где п - максимальное число систе мы счисления; - основные системы, 1 - максимальный разряд сис темы, выражение /0,±1,+2, + . .. +п/. ойначает,что выбирается одно из чисел в каяоюм разряде положительное или отрицательное для представления какого-либо конкретного числа, Пусть необходимо представить чис ло N 273 в семиричной системе: счисления, т.е. , , следовательно . . ,±l,±2,+3/74/0,1,+2,±3/7 +.. .+/0,±l,±2,,rf-3/7 в«дн6,. что 273 17 -1-7 -37 07°; код 1/-1/ /-3/ /О/. Для девятиричной, симметричной систе мы счисления . 273 3-9 +3-9 код 333. Для пятиричной симметричной системы счисления э -1 „ 273 3-5 + 15 +0- 5 - 2-5 ; код 310/-2/. В предлагаемом генераторе каждая fi3 инверторных ячеек 7 ,.. ., 7 реализует один разряд системы счисл ния. Таким образом, если использовать например, семиричный код для постро ния генератора, состоящего из после довательно соединенных инверторных ячеек 7| ,. , необходимо обеспечить соотношение выходных сигналов между соседними -инверторными ячейками 7| ,.. , 7,„ (при одном и том же числе кода).равное семи. Каждая из инверторных ячеек 7, ,..., 7,долж на обеспечить семь уровней сигнала, относящихся между собой как числа натурального ряда, 0,-tl,+2,+3. Каждая из инверторных ячеек 7 ,..., 7 должна иметь устройство для смены знака кода, а их количество m выби рается из необходимой цифровой емко ти /S/ генератора, опр еделяемой заданной точностью формирования сигна ла. Пусть расчеты на точность .показали, что генератор должен реализовать все числа натурального ряда до S 150. Для выбранной семирично системы счисления I + log-, /25 +1/ log-, 301 Округляя до ближайшего большего целого числа, получаем число инверторных ячеек m t+1 3. В этом случае для реализации максимального числа кода, равного 3, в каждой из инверторных ячеек 7( , 7 , 7 необходимо иметь только один весовой источник напряжения 13, 13, 13. Напряжение, подводимое, например, к первой инверторной ячейке 7j может быть, равным нулю при запертых ключах 14j, Р отк ялтом ключе запертом 14 , 2Е - при открытом ключе 14. и запертом 14-2, ЗЕ - при открытых ключах 14, При выбранном напряжении, подводимом к инвертной ячейке 7, на вторичной обмотке ее трансформатора 8 появляется импульс положительной или отрицательной полярности в зависимости от того, на какой из знаковых ключей 9 или 10 подан отпиракедий импульс. При одинаковом сочетании вклю-. ченных весовых источников напряжения 13 , is, 135 и 6 в каждой из инверторных ячеек 7 , 1, 7 импульс на вторичной обмотке, трансформатора 8-1 в 7 раз меньше, чем на вторичной обмотке трансформатора 8,, а на вторичной обмотке трансформато-. ра 8з в 7 раз меньше, чем на вторичной обмотке трансформатора 6. При одновременном включении одинаковых знаковых ключей 9 , 9, 9«, или 10 , 10,2, 10 в каждой из инверторных .ячеек 7 , 7., 7 импульсы на выходе генератора сложатся, а при включении противоположных будут вычитаться. При включении в какой-либо из инверторных ячеек 7 , 7., 7 одновременно ключей 9 , 9, , 9, и 1Q, ,10,j, Ю . на выходе этой ячейки формируется нуль, так как происходит короткое замыкание первичной обмотки. Пусть при воспроизведении, например, синусоидального сигнала: в какойто отрезок времени в четверти, периода длительностью -.Т I 4К необходимо сформировать напр;:жение величиной 95е, где е - напряжение, соответствующее 1 младшего разряда. Для этого на соответствующих выходах блока согласующих усилителей 4 необходимо сформировать синфазные импульсы длительностью Т . В лчейке 7-J подаются импульсы на ключ 14( включается источник 13 ) и на ключ 9(положительная поляр- . ность). На выходе ячейки 7з формируется импульс напряжением 7 х X 98е. В ячейке 7 импульсы управления подаются на знаковые ключи 9 и 10, и на выходе формируется импульс ип 0. В ячейке 1 импульсы подаются на ключи 14« и 14,.( включаются источники б и 1зЗи на ключ 10 (отрицательная полярность). На выходе ячейки 7. формируется импульс Uj Т Х-З/е -За. При сложении сигналов со всех трех ячеек 7 , 1, 7,, получаем импульс с необходимой амплитудой 95е. В следующий интервал времени, рав ный tf, из блока согласующих усилителей 4 вьадается новая серия синфазных управляющих импульсов. Пусть на этот раз необходимо уже получить уровень най зяжения, равный 134е. Для этого отпирающие импульсы необходимо подать на следующее сочетание номеров ключей: в ячейке 7-j - наключи 14 , 14-52. г 9 /Ujjj 147е/; в ячейке 72.на ключи 142,,, -14е// в ячейке 7 - на ключи 14,, 9 /Uj 1е/. Суммарное напряжение при этом равно 134е. Таким образом могут быть сформированы все уровни напряжения, необхрдимые для воспроизведения заданной периодической функции. Длительность управляющих импульсов f однозначно связана с количеством ступеней К в четверти периода воспроизводимой функции. Источник напряжения 5 в предлагаемом генераторе.служит для компенсации падений напряжений на открытых ключах 14 , . . . , ,и диодах 15, .; . , 15yy,j и позволяет повысить точность воспроизведения функции. Предложенный функциональный генератор при одинаковом количестве ключей имеет большую цифровую емкость, а следовательно и точность, чем прототип. Так, для синтеза +15 уровней в одной инверторной ячейке предлагаемого генератора используется 4 ключа для коммутации 4-х весовых источников питания и 2 знаковых ключа, итого 6 ключей. В прототипе по 15 ключей в каждом плече инвертор ной ячейки и один ключ для получения нуля, итого 31 ключ. Таким образом, при воспроизведении функций с одинаковой точностью структура предложенного генератора проще, чем прототипа. Формула изобретения Функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик,i счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого сое динены с соответствующими выходами . счётчика, блок согласующих усилителей, входы которого соединены с информационными выходами блока памяти источник напряжения, m инйерторных ячеек, каждая из которых содержит трансформатор, первый и второй ключи, включенные между соответствующи ми выводами первичной обмотки транс форматора и выводом отрицательной полярности источника напряжения. первый и второй шунтирующие диоды, управляющие входы ключей каждой инверторной ячейки соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой.и т-й инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, отличающийс я тем, что,с целью упрощения и повышения точности, он содержит источник весового напряжения младшего двоичного разряда, а в каждой из инверторных ячеек п источников весового напряжения двоичных разрядов, п+1 дополнительных ключей и п+1 дополнительных шунтирующих диодов, соединенных согласно и последовательно, причем катод первого дополнительного шунтирующего диода каждой инверторной ячейки соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора этой инверторной ячейки, а анод (п+1)-го дополнительного шунтирующего диода - с выводом положительной полярности источника напряжения и с выводом отрицательной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, анод каждого дополнительного шунтирующего диода, кроме {п+1)-го, в каждой инверторной ячейке соединен с выводом отрицательной полярности соответствующего по номеру источника .весового напряжения двоичных разрядов, вывод положительной полярности которого через соответствующий дополнительный ключ соединен с катодом этого же дополнительного шунтирующего диода, катоды (п+1)-х дополнительных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки через (п+1)-е дополнительные ключи соединены с выводом положительной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, управляющие входы дополнительных ключей инверторных ячеек соединены с соответствующими входами блока согласующих усилителей, катоды первого и второго основных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки соединены с выводом отрицательной полярности источника нап- j ряжения, а их аноды - с соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Тонналь В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа.Киев, Наукова думка, 1979, с. 82,рис.49. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 3007453/18-24, кл. G 06 G 7/26, 25.09.80, 1981 (прототип).

:/5//

fff if Cf rf/ Af a, N f, f t Y М

ФФ ФФФ 4 vФ .ф

T Ф ж ж A л 7f /F

fc/X

/%l

Sm

w

ai

fffftf

Й X-I

, . %(t

t t