Функциональный генератор напряжения ступенчатой формы Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 

11 Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для преобразования количества импульсов в величину постоянного напряжения, в программных устройствах, в задающих устройствах для тиристорных преобразователей, в том числе для горнь машин. Известны функциональные генераторы напряжения ступенчатой формы, работа которых основана на генерировании линейно-ступенчатого напряжения с последзтощим функциональным преобразованием его с помощью пороговых устройств, содержащее генератор импульсов и схему формирования ступенчатого напряжения. Недостатком данных генераторов является возможность воспроизводить только непрерывные функции со знакопостоянной производной, что ограничивает их применение 1. Наиболее близким к изобретению яв ляется функциональный генератор, содержащий задающий генератор импульсов, реверсивный п -разрядный счетчик, схему формирования напряжения ступенчатой формы, делитель частоты дешифратор, триггер, инвертор, две схемы совпадения и сумматор. Недостатком данного генератора является низкая надежность, обусловленная сложностью управления генератором, и.ограниченная область применения С2. Цель изобретения - расширение области применения и повьшение надежности за счет упрощения управления генератором. Поставленная цель достигается тем что в генератор напряжения ступенчатой формы, содержащий первый задающий генератор импульсов, триггер управления, реверсивный . п -разрядньй счетчик импульсов и дешифратор, введены второй задающий генератор импульсов, элемент ИЛИ, два элемента ЗИ, аппроксимирующая диодная цепочка, вьтолненная на п последовательно вютюченных диодах, разделительный диод, три токозадающих резистора, причем выходы первого и второго задающих генераторов импульсов подключены к первым входам соответствующих элементов ЗИ, вторые входы которых подключены к входам задания режима работы функционального генератора, а выходы подключены 7 к входам соответствен1;о прямого н обратного счета реверсивного п-разрядного счетчика импульсов и к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу синхронизации реверсивного п-разрядного счетчика импульсов, выходы которого подключены к информационным входам дешифратора, нулевой вькод которого через разделительньй диод . подключен к первому крайнему выводу аппроксимирующей диодной цепочки, являющемуся выходом функционального генератора, и который через п рвьй токозадающий резистор соединен с шиной питания, которая через второй и третий токозадающие резисторы соединена с нулевым и и-м выходами дешифратора и .соответственно с первым и вторым входами триггера управления, прямой и инверсньй выходы которого подключены к третьим входам соответственно первого и второго элементов ЗИ, выходы дешифратора с первого по ((1-1)-й подключены к соответствующим промежуточным выводам аппроксимирующей диодной цепочки, tt/-и выход дешифратора соединен со вторым крайним выводом аппроксимирующей диодной цепочки. На чертеже приведена схема функционального генератора. Функциональньм генератор содержит задающие генераторы импульсов 1 и 2, реверсивньй h-разрядньй счетчик 3, дешифратор 4, триггер 5, логический элемент ИЛИ 6, диодную цепочку 7, токозадающие резисторы 8-10, разделительньй диод 11, первьй и второй элементы ЗИ 12 и 13, входы 14 н 15 задания режима работы генератора. Функциональный генератор напряжения ступенчатой формы работает следующим образом. В исходном состоянии счетчик 3 и дешифратор 4 находятся в нулевом состоянии, открыта нулевая ячейка дешифратора 4 и по , создаваемой этой ячейкой с резистором 10 подается нулевой уровень напряжения на первый вход триггера 5, которьй вследствие этого подает нулевой потенциал на третий вход логической схемы ЗИ 13, тем самым запрещая подачу сигналов на. счетчик 3 от генератора импульсов 2 и переводя схему в режим сложения импульсов.

При наличии единичного напряжения на управляющем входе 14 генератора, соединенного с логическим элементом 12, сигналы с выхода генератора 1 подаются на вход счетчика 3. Поступающими импульсами счетчик 3 переводится из нулевого состояния в сторону увеличения счета. При этом выходные сигналы счетчика 3 последовательно переводят в открытое состояние выходные ячейки дешифратора, начиная с нулевой.

При открывании первой ячейки замыкается цепь первого диода из диодной цепочки 7 через первый вы.ход дешифратора и резистор 8. На выходе формируется ступенька напря/жения, равная сумме падений напряжения на открытом переходе ячейки UQ и диоде Д1/. При последующем такте работы счетчика 3 закрьгеается первая ячейка дешифратора и открывается вторая, которая создает цепь через два диода-цепочки 7 и резистор 8. В результате выходное напряжение формиро вателя увеличивается еще на величину 4Li .

При воздействии сигналов обратного счета реверсивный счетчик 3 переводится в режим вычитания и выходные ячейки дешифратора 4 переключаются с частотой ВХОД.НОГО сигнала в обратной последовательности, уменьшая выходное напряжение формирователя. Выходное напряжение формирователя при этом составляет

i вых ио-(п.-)Аи ,

где п и hj - количество импульсов,

поступивших соответственно на первьй и второй входы счетчика

При прямом счете, по достижении счетчиком максимального состояния открьшается последняя .ячейка дешифратора, потенциал на втором входе триггера 5 становится равным логическому нулю и триггер переключается, запретив подачу сигналов сгенератора 1, обеспечивающего еложение импульсов. В этом состоянии схемы возможна работа только в режиме обратного счета (вычитание) от генератора импульсов 2, так как выходными сигналами триггера 5. разрешена работа генератора 2.

Защита от переполнения и сброса счетчика 3 производится с помощью

триггера 5, управление которым производится выходными сигналами дешифратора 4. При достижении счетчиком 3 минимального или максимального состояний на соответствующем входе триггера 5 формируется сигнал нулевого потенциала, в результате чего триггер переключается и с его выхода подается нулевой потенциал на вход соответствующей схемы ЗИ, . которая запрещает прохождениесигналов к счетчику от соответствующего генератора.

Работа устройства при управлении от внешних источников заключается в следующем.

В исходном состоянии счетчик 3 и дешифратор 4 находятся в нулевом состоянии и с выхода триггера 5 разрешается работа от генератора 1. Когда на второй вход схемы 12 (ЗИ) подается единичный потенциал, импульсы с выхода генератора 1 подаются На вход счетчика 3. На выходе устройства формируется нарастающая часть характеристики выходного напржения. Когда-на втором входе логического элемента ЗИ 12 устанавливается уровень логического нуля, на входе логического элемента 13 - логической единицы, запрещается подача импульсов на вход счетчика 3 от генератора 1 и разрешается - от генратора 2. Это соответствует переводу схемы в режим вычитания импульсо а на вькоде устройства формируется подающая часть характеристики выходного напряжения.

По управляющим входам 14 и 15задаются моменты переключения режимов раб.оты счетчика 3 (прямой или обратный счет) и, таким образом, формируется напряжение, изменяющееся по заданному закону.

При работе устройства с внутренним управлением на вторые входы логических элементов ЗИ 12 и 13 подаются единичные потенциалы и режим работы устройства определяется состоянием триггера 5. По достижении дешифратором 4 предельных состояний производится переключение триггера 5 и фор мирование выходного напряжения производится аналогично управлению от внешнего программного устройства. При необходимости изменения амплитуды нижней и верхней гоаниц выходного напряжения устройства. т.е. при необходимости изменения программы, входы триггера 5 посредством цепочек, аналогичных резистору. 10 и разделительному диоду 11, подключаются к заданным выходным ячейкам дешифратора. В этом случае выходное напряжение устройства изменяется от нижнего уровня, определ емого номером ячейки дешифратора, соединенной с первым входом триггера, до верхнего уровня, определяемо го номером выходной ячейки дешифратора, соединенного со вторым входом триггера. Величины ступеней ли постоянны и равны между собой. Изменяя тип применяемого диода,можно изменять величину ступени. Изменением.номеров выходов дешифратора, соединенных с входом триггера, достигается измене ние программы работы устройства. Пр этом, как в аналоге, максимальное отклонение от заданной функции составляет половину величины ступени, т.е. точность устройства не ухудша ется. Диапазон изменения выходного напряжения в данном генераторе составляет от 1 В - начальная величин определяемая падением напряжения

12

. 7 на открытой ячейке дешифратора до ли (N-1), где ДО - падение напряжения на одном элементе диодной цепочки . и N- емкость счетчика. Например, при применении двоичного четырехразрядного счетчика ,, применение кремниевых маломошных диодов дает верхнюю границу 10 В. Применение низковольтных стабилитронов позволяет увеличить верхнюю границу этого напряжения до величины, равной предельному напряжению выходных ячеек дешифратора. Появление возможности управления от внешнего источника позволяет использовать данное уетройство в системах автоматического управления в устройствах преобразования импульсов в ступенчатое напряжение, программных устройствах циклического действия, в устройствах преобразования импульсно-кодовых сигналов в аналоговые, в схемах сравнения количества импульсов, датчиках скорости, задающих устройствах для управления тиристорными преобразователями. Таким образом, применение изобретения позволяет повысить надежность устройства и расширить область, его применения.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ СТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ, содержащий первый задающий генератор импульсов, триггер управления, реверсивньй h-разрядный счетчик импульсов и дешифратор, отличающ и и с я тем, что., с целью расширения области применения и повышения надежности за счет упрощения управления генератором, в него введены второй задающий генератор импульсов, элемент ИЛИ, два элемента ЗИ, аппроксимирующая диодная цепочка, вьшолненная на п последовательно включенных диодах, разделительный диод, три токозадающих резистора, причем выходы первого и второго задающих генераторов импульсов подключены к первым входам соответствующих элементов ЗИ, вторые входы которых подключены к входам задания режима работы функционального гене ратора, а выходы подключены к входам соответственно прямого и обратного счета реверсивного п-разрядного счетчика импульсов и к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу синхронизации реверсивного п -разрядного счетчика импульсов, выходы которого подключены к информационным входам дешифратора, нулевой выход которого через разделительный диод подключен к первому крайнему выводу аппроксимирующей диодной цепочки, являю Л щемуся выходом функционального генератора, и который через первый токозадающий резистор соединен с пшной питания, которая через второй и Третий токозадающие резисторы соединена с нулевым и п-м выходами дешифратора и соответственно с первым и вторым входами триггера управления, прямой и инверсный выходы ISD которого подключены к третьим входам со со соответственно первого и второго элементов ЗИ, выходы дешифратора с первого по (п-1)-й подключены к со-sj ответствующим промежуточным выводам аппроксимирующей диодной цепочки, п-й выход дешифратора соединен с вторым крайним выводом аппроксимирующей диодной цепочки.