Функциональный генератор Советский патент 1987 года по МПК H03K4/06 H03K4/02 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для формирования сигналов различной формы в низкочастотном и инфранизкочастот- ном диапазонах.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений выходного напряжения путем обеспечения кусочно-линейной аппроксимации при одновременном расширении функциональных возмож- 10 равляющими входами аналоговых клю16

ностей, формируя сигналы различных форм.

На фиг. 1 приведена функциональная схема генератора , на фиг. 2 - временные диаграммы.

Устройство содержит генератор импульсов, компаратор 2, генератор 3 треугольного напряжения, счетчик 4 импульсов с дешифратором, с первого по 2Ы-й элементы 2И 5-1 - 5-2N,элемент НЕ 6, аналоговый мультиплексор 7, имеющий с первого по ()-й разряды, с первого по (Ы-1)-й элементы 2 ИЛИ 8-1 - 8-(N-l), Б первого по (К+1)-й резистивные делители 9-1 - 9-(N+) напряжения, инвертор 10, первый аналоговый ключ 11, последовательно соединенные фильтр 12 нижних частот, аттенюатор 13, усилитель 14 и выходную-шину 15, второй аналоговый ключ 16, триггер 17, а также первый 18 и второй 19 переключатели.

Выход генератора 3 соединен с первым входом компаратора 2, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 и входом счетчика 4, а выход соединен с первыми входами нечетных элементов 2И 5-1,5-3,..., 5-(2N-l) и через элемент НЕ 6 с первыми входами четных элементов 2И 5-2,5-4,... Вторые, входы элементов 2И 5-(2k-l) и 5-(2k) объединены и подключены к выходу (k-l)-ro разряда счетчика 4 (для k,...,N). Выходы элементов 2И 5-2k и 5-(2k+l) подключены к входам элемента ИЛИ 8k, выход которого соединен с управляющим входом (k+l)-ro разряда аналогового мультиплексора 7 (для k 1,...,N-1). Выходы элементов 2И 5-1 и 5-2N соединены с управляющими входами соответственно 1-го и (N+ +1)-го разрядов аналогового мультиплексора 7, входы всех разрядов которого соединены поразрядно с выходами соответствующих резистивных делителей 9-1,... ,9-(), включенных параллельно между шинами питания.

15

чей 16 и 11, выходы которых объединены и соединены с входом фильтра На фиг. 2 показано напряжение

- напряж 3 треуголь

на, выходе генератора I

20

25

30

ние на выходе генератора ного напряжения; 6- сигнал на выхо де компаратора 2; t - сигнал на выходе элемента НЕ 6; S- и - сигналы на выходах счетчика 4; к- напряжение на выходе мультиплексора 7; л,м - сигналы на неинвертирующем и инвертирующем выходах триггера 1 7 ; И - напряжение на выходе устройства

, Кусочная атроксимация переменного напряжения трапецеидальной симметричной относительно оси ординат формы.

Предположим, что необходимо вы держать соотношение между параллел ными сторонами трапеции 1:5. При этом счетчик 4 можно переключить н

т.д.

в зависисчет до 5, 10, 20 и мости от того, из скольких отрезков требуется формировать каждый из

35 участков трапецеидальной функции. Простейший случай, когда , т.е. счет идет до пяти. При этом используются N+1, т.е. 6, резистивных делителей 9-1 - 9-6 с помощью движ40 ков первого 9-1 и шестого 9-6 резис тивных делителей на сигнальных вход первого и шестого разрядов мультиплексора 7 устанавливается нулевое значение напряжения. С помощью движ

45 ков второго 9-2 и пятого 9-5 резистивных делителей устанавливается на пряжение, равное половине амплитудного значения. С помощью третьего 9и четвертого 9-4 резистивных дели50 телей устанавливается амплитудное

значение напряжения. Частота выходн го напряжения (фиг. 2н) плавно регу лируется с помощью изменения частоты генератора 1 (фиг. 2о.). Частота

55 генератора 3 треугольного напряжения постоянная . Допустим, что в дан ном случае она в 4 раза превьшзает ч стоту генератора 1 (фиг.В2 ). На выходе компаратора 2 формируются им

-

12904982

Выходы аналогового мультиплексора 7 соедин ены через инвертор 10 с входом первого аналогового ключа 11 и непосредственно с входом второго аналогового ключа 16. Счетный вход триггера 17 через переключатель 18 соединен с выходом нулевого разряда счетчика 4, а прямой и инверсный выходы соединены соответственно с уп16

5

чей 16 и 11, выходы которых объединены и соединены с входом фильтра 12. На фиг. 2 показано напряжение

- напряже- 3 треугольна, выходе генератора I

0

5

0

ние на выходе генератора ного напряжения; 6- сигнал на выходе компаратора 2; t - сигнал на выходе элемента НЕ 6; S- и - сигналы на выходах счетчика 4; к- напряжение на выходе мультиплексора 7; л,м - сигналы на неинвертирующем и инвертирующем выходах триггера 1 7 ; И - напряжение на выходе устройства.

, Кусочная атроксимация переменного напряжения трапецеидальной симметричной относительно оси ординат формы.

Предположим, что необходимо выдержать соотношение между параллельными сторонами трапеции 1:5. При этом счетчик 4 можно переключить на

т.д.

в зависисчет до 5, 10, 20 и мости от того, из скольких отрезков требуется формировать каждый из

5 участков трапецеидальной функции. Простейший случай, когда , т.е. счет идет до пяти. При этом используются N+1, т.е. 6, резистивных делителей 9-1 - 9-6 с помощью движ0 ков первого 9-1 и шестого 9-6 резистивных делителей на сигнальных входах первого и шестого разрядов мультиплексора 7 устанавливается нулевое значение напряжения. С помощью движ5 ков второго 9-2 и пятого 9-5 резистивных делителей устанавливается напряжение, равное половине амплитудного значения. С помощью третьего 93 и четвертого 9-4 резистивных дели0 телей устанавливается амплитудное

значение напряжения. Частота выходного напряжения (фиг. 2н) плавно регулируется с помощью изменения частоты генератора 1 (фиг. 2о.). Частота

5 генератора 3 треугольного напряжения постоянная . Допустим, что в данном случае она в 4 раза превьшзает частоту генератора 1 (фиг.В2 ). На выходе компаратора 2 формируются импульсы прямоугольной формы с частотой генератора 3 и скважностью, ли- уменьшающейся в течение периода пилообразного напряжения на выходе генератора 1 от 1 до О (фиг.26) На выходе элемента .НЕ 6 (фиг. 2г) образуется последовательность импульсов, инверсных по отношению к импульсам на фиг. 26. Во время первого такта на нулевом разряде перво- го выхода счетчика Д появляется положительный сигнал,, длительность которого равна периоду -пилообразного напряжения генератора 1 (фиг. 2о). Он перемножается логически с после- довательностями импульсов на выходе компаратора 2 и элемента НЕ 6 первым нечетным и первым четным элементами И из ряда 5 соответственно. При этом поочередно замыкаются первый и вто- рой разряды мультиплексора 7, поочередно подавая на входы инвертора 10 и аналогового ключа 16 напряжения с резистивных делителей 9-1 и 9-2. Одновременно с этим сигнал на выходе нулевого разряда счетчика 4 переключает триггер 17, на неинвертирующем выходе которого появляется напряжение высокого логического уровня (фиг. 2л), включающее второй ана- логовый ключ 16. Форма импульсов на входе аналогового ключа 16 во время первого такта, амплитуда которых определяется напряжениями на выходах резистивных делителей 9-1 и 9-2, при ведена на фиг. 2к. Во время второго такта положительный сигнал появляется на выходе первого разряда счетчика 4 (фиг. 2е). Он перемножается логически с последователь- ностями импульсов на выходе компаратора 2 и элемента НЕ 6 вторым нечетным и вторым четным элементами И из ряда 5 соответственно. При этом поочередно замыкаются разряды 7-2 и 7-3 мультиплексора 7 и на его де появляется напряжение, амплитуды значения которого определяются вторым 9-2 и третьим 9-3 резистивными делителями (фиг. 2(с). Далее во время остальньпс трех тактов процесс идет аналогично, а начиная с шестого такта полностью повторяется (фиг.2к). Однако во время шестого такта триггер 17 переключается, размыкая ана- логовый ключ 16 и замыкая аналоговый ключ 11. Следовательно, во время пер вых пяти тактов напряжение с выхода мультиплексора 7 подается на вход

фильтра 12 непосредственно через аналоговый ключ 16, а во время следующих пяти тактов - через аналоговый ключ 11 и инвертор 10, формирующий отрицательный полупериод трапецеидального напряжения. После фильтра 12 нижних частот выходное напряжение имеет вид, показанный на фиг. 2н.

При необходимости формирования однополярного сигнала вход триггера 17 подключается к общей точке с помощью переключателя. При необходимоти формирования ступенчатого напряжния с помощью переключателя 19 на первые входы нечетных элементов И из ряда 5 подается напряжение высокого логического уровня, а вторые входы четных элементов И через элемент НЕ 6 - низкого логического уроня.

Расширение функциональных возможностей в устройстве достигается за счет того, что оно легко перестраивается для выполнения кусочной аппроксимации различных функций. Устройство позволяет формировать как переменные, так и однополярные сигналы. Значительно расширен спектр вариантов аппроксимирующих функций, в том числе со сложным.гармоническим составом, с несколькими переходами через нуль в течение периода и ступенчатые различных видов. Улучшение качества выходного напряжения достигается за счет того, что функция аппроксимируется не в виде ступенчатой огибающей, а в виде ломаной линии, что существенно снижает нелинейные искажения. Так как частота генератора 3 треугольного напряжения по- вьщ1енной частоты постоянна и существенно превьшает частоту пилообразного напряжения генератора 1, фильтр 12 нижних частот значительно упрощается. Он может быть выполнен в виде фильтра-пробки, настроенного на частоту треугольного напряжения или в виде простейшего RC-интегра- тОра.

Формула изобретения

Функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов с дешифратором, аналоговый мультиплексор, N+1 резистивных делителей напряжения, триггер, первый и второй аналоговые клю4Hj инвертор и фильтр нижних частот, причем сигнальные входы аналогового мультиплексора соединены с выходами реэистивных делителей напряжения, счетный вход триггера соединен с выходом нулевого разряда счетчика импульсов с дешифратором, инверсный и прямой выходы - с управляющими входами соответственно первого и второго аналоговых ключей, а выход фильтра нижних частот соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений выходного напряжения при одновременном расширении функциональных возможностей, в него введены генератор треугольного напряжения, компаратор, с первого по 2К-й элементы 2И, с первого по (N- -2)-и элементы 2ИЛИ и элемент НЕ, причем выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора, второй вход которо- то соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен с первыми

входами нечетных элементов 2И и через элемент НЕ с первыми входами четных элементов 2И, выход k-ro разряда счетчика импульсов с дешифратором соединен с вторыми входами (k+l)-ro и (k+2)-ro элементов 2И, для всех k от единицы до 2N, выходы 2k-ro и (k+I)-ro элементов 2И соединены с входами k-ro элемента 2ИЛИ,

выход которого соединен с управляющим входом (k-H)-ro разряда аналогового мультиплексора для всех k от единицы до N-1, выходы первого и 2N-ro элементов 2И соединены управ5 ляющими входами первого и (N+I)-ro разрядов аналогового мультиплексора, соответственно, выход аналогового мультиплексора соединен с входом второго аналогового ключа и через

0 инвертор с входом первого аналогового ключа выход которого соединен с выходом второго аналогового ключа и входом фильтра нижних частот, а ре- зистивные делители включены между

5 шинами питания.

ППППППППППППППП1}ППП }ПППЯтПЛППППС

а ппп п nnnj ппп я ппп п ппп п ппп п ппп я ппп.

е

лг J а

Фие. 2

Изобретение предназначено для формирования сигналов различной формы в низкочастотном и инфранизкоча- стотном диапазонах. Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений выходного напряжения при одновременном расширении функциональных возможностей. Устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчик 4 импульсов с дешифратором, аналоговый мультиплексор 7, резистивные делители 9-1 - 9-(N+l) напряжения, аналоговые ключи 11, 16, фильтр 12 нижних частот, триггер 17, инвертор 10, выходную шину 15. Кроме того, в устройство введены генератор 3 треугольного напряжения, компаратор 2, элементы 2И 5-1 - 5-2N, элементы ИЛИ 8-1 - 8(N-1), элемент НЕ 6. Введение указанных элементов обеспечивает возможность выполнения кусочной аппроксимации различных функций, при этом функция аппроксимируется не в виде ступенчатой огибающей, а в виде ломаной линии. Устройство содержит также аттенюатор 13, усилитель 14, первый и второй переключатели 18, 19. 2 ил. i с/)

ВН.ИИШ -Заказ 7915/56Тираж 922 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4