Генератор трапецеидального сигнала Советский патент 1987 года по МПК H03K4/04 

1324093 генератора 5. Регулируя время t эле- пряжений, входного напряжения, а также

Мента задержки 25, изменяют частоту следования выходных импульсов генератора. Пределы изменения опорных навеличин ( ч пока: а 1ы на графиках, поясняющих раб(зту генератора, приведенных в описании и- обретения. 2 ил.

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в системах рйзвертывания исследуемых процессов.

Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей устройства путем обеспечения возможности формирования трапецеидального сигнала с регу лируембй амплитудой-переднего и заднего фронтов импульсов.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняюЯще его работу.

Устройство содержит входной ключ 1, вход которого через выключатель 2 соединен с источником 3 входного напряжения, первый запоминающий элемент 4 и тактовый генератор 5 импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом входного ключа 1, первьй сумматор 6, второй запоминающий элемент 7, первый 8 и второй 9 выходные ключи, входы которых соединены соответственно с вьгходами запоминающих элементов 4 и 7, выходы под- ключены к первому входу первого сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом входного ключа 1, а выход сумматора 6 соединен с входом первого и второго запоминающих эле- ментов 4 и 7. Управляющие входы второго запоминающего элемента 7 и первого выходного ключа 8, а также запоминающего элемента 4 и второго выходного ключа 9 подключены соответствен- но к первому и второму выходам тактового генератора 5. Первый 10 и второй 11 ключи, второй сумматор 12, первая 13 и вторая 14 RC-цепи, входы которых подключены к входу входного ключа 1, а к каждому из выходов параллельно подключены соответственно первый 10 и второй 11 ключи. Выход второго сумматора 12 через первый ограничивающий резистор 15 подключен к первому входу первого компаратора 16, на второй вход которого подается

величин ( ч пока: а 1ы на графиках, поясняющих раб(зту генератора, приведенных в описании и- обретения. 2 ил.

опорное напряжение U , а выход - ч.е- рез первый,одновибратор 17 соединен с входом установки в нулевое состояние триггера 18. Инверсный выход триггера соединен с управляю цим входом первого аналогового ключа 19, вход которого соединен через второй ограничивающий резистор 20 с выходом второго сумматора 12 и через третий органичи- вающий резистор 21 - с первым входом второго компаратора 22, на второй вход которого подается опорное напряжение и, а выход соединен с входом второго одновибратора 23, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 24 и через регулируемый элемент 25 задержки - с первым входом второго элемента ИЛИ 26, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 24 и с шиной 27 установки устройства в исходное состояние. Кроме этого, устройство содержит второй 28 и третий 29 аналоговые ключи, подключенные параллельно конденсатору первого 4 и второго 7 запоминающего элементов, управляющие входы этих ключей объединены и соединены с управляю цим входом тактового генератора 5, с выходом второго элемента ИЛИ 26 и с первыми входами третьего 30 и четвертого 31 элементов ИЛИ, вторые входы каждого из которых соединены соответственно с вторым и первым выходами тактового генератора 5,, а выходы соединены соответственно с управляющими входами первого 10 и второго 11 дополнительных ключей. Прямой выход триггера 18 соединен с элементом 32 индикации, а выход первого аналогового ключа 19 соединен с выходной клеммой 33 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройства включают выключатель 2 и на шину 27 установки устройства в исходное состояние подают импульс (фиг. 2 ), который, пройдя через элемент ИЛИ 26, поступает на управляющие входы ключей 28 и 29 и управляющий вход тактового генератора 5, при этом ключи 28 и 29 срабатывают и разряжают конденсаторы запоминающих элементов 4 и 7, а тактовый генератор 5 устанавливается в исходное состояние. Далее, пройдя через элементы ИЛИ 30 и 31 импульс поступает на управляющие входы ключей 10 и 11, которые срабатывают и разряжают конденсаторы КС- цепей 13 и 14. Одновременно, пройдя через элемент ИЛИ 24, этот импульс задним фронтом устанавливает триггер 18 в единичное состояние по прямому выходу, и включается элемент 32, а по инверсному выходу триггер 18 устанавливается в нулевое состояние (фиг, 2к), вследствие чего ключ 19 в исходном состоянии остается в разомкнутом состоянии.

Тактовый генератор 5 формирует два импульсных напряжения, сдвинутых на 180° (фиг. 28,&). Первое напряжение управляет работой ключей 1 и 8, ключа запоминающего элемента 7 и через элемент ИЛИ 31 ключа 11 (фиг.2В) второе напряжение управляет работой ключа 9, ключа запоминающего элемента 4 и через элемент ИЛИ 30 ключа 10 При положительном импульсе ключи замыкаются, а при отрицательном - размыкаются. При этом ключи .10 и 11 срабатывают соответственно через элементы ИЛИ 30 и 31, которые вьщают управляющие сигналы на выходе при наличии на их вторых входах положительных импульсов с выходов тактового генератора 5 или наличии на первых входах положительных импульсов с выхода элемента ИЛИ 26.

Сумматор 6 имеет по каждому входу коэффициент передачи, равный 1. Конденсаторы перед началом работы устройства разряжены.

При поступлении первого управляющего импульса (фиг. 2,интервал времени между точками 34-36) замыкаются ключи 1 и 8 и ключ запоминающего элемента 7. На выходе сумматора 6 устанавливается напряжение U. При этом |Конденсатор запоминающего элемента 7 заряжается через малое выходное сопротивление сумматора 6 до напряжени

и.

Таким образом, в течение первого периода управляющих импульсов напряжение на выходе запоминающего элемен

5

0

5

0

5

0

5

0

5

та 7 остается неизменным и равным и (фиг. 22j интервал времени между точками 34-36). При открывании ключа 9 и ключа запоминающего элемента 4 (фиг. 2&, интервал времени между точ камй 35-36) ключи 1,8 и ключ запоминающего элемента 7 запираются. Напряжение, .равное и, с выхода запоминающего элемента 7 через ключ 9 поступает на вход сумматора 6, конденсатор запоминающего элемента 4 заряжается до напряжения U, Напряжение на выходе запоминающего элемента 4, равное и, остается неизменным в течение интервала времени между точками 35- 37 (фиг. 2). Далее вновь замыкают:ся ключи 1, 8 и ключ запоминающего элемента 7. При этом на входе сумматора 6 устанавливается напряжение,

I равное 2U, так как на каждый вход сумматора 6 через ключи 1 и 8 подает,ся напряжение, равное U. Напряжение с выхода сумматора 6 записывается запоминающим элементом 7, на выходе согласующего усилителя которого устанавливается напряжение 2U (фиг. 2-1, момент времени - точка 36). При следующем такте это напряжение переписывается в запоминающий элемент 4 (фиг. 2j, момент времени - точка 37). Далее процессы повторяются с периодом Z t. В результате этого на выходе запоминающих элементов 4 и 7 формируются ступенчатые напряжения, сдвинутые на время Т. Ступенчатые напряжения (фиг. 2г,ч) с выходов запоминающих элементов 4 и 7 поступают соответственно на третий и четвертый входы сумматора 12. При сложении этих напряжений на сумматоре 12 формируется новое ступенчатое напряжение, крутизна которого в два раза больше, чем крутизна -слагаемьгх напряжений (фиг. 2е).

При периодическом замыкании ключей 10 и 11 под действием управляющих импульсов тактового генератора, проходящих соответственно через эле- мент ИЛИ 30 и 31, на конденсаторах RC-цепей 13 и 14 формируются пилообразные напряжения (фиг. 2ж,.) с амплитудой и,.

Для правильной работы схемы параметры сумматора 12 выбраны так, чтобы выполнялись соотношения

К и.

KI-UH

К,-и

-к,-и,

где К,,...,К - коэффициенты передачи сумматора 42 по осот

5 13240936

ветствующим входам, пройдя через элемент ИЛИ 24, по-.тупает на вход установки в единичное состояние триггера 18 и устанавли- |вает его в единичное состояние. При этом на инверсном выходе триггера 18

и - амплитуда входного

напряженияi и - амплитуда напряжения,

до которой заряжают-

ся конденсаторы RCцепей за время .

Постоянная времени RC-цепей выбрана так, чтобы использовался только начальный участок зарядной экспоненты W конденсатора и напряжение на выходах цепей бьшо линейно.

В этом случае при суммировании ступенчатого напряжения (фиг. 2е) с пилообразными напряжениями (фиг. 2,О, f5 ступает на первый вход элемента ИЛИ поступающих на входы сумма:тора 12, 26, а пройдя через него, поступает получается линейно нарастающее напряжение (фиг. 2и), снимаемое с выхода сумматора 12, которое через ограничивающий резистор 15 поступает на ин- 20 вертирующий вход компаратора 16. При

устанавливается О (фиг. 2к), вследствие чего ключ 19 размыкается, прерывая тем самым нарастание напряжения на вьгходной клемме 33 устройства, и формируется задний фронт трапецеидаль ного сигнала (фиг. 2ч). Импульс с выхода одновибратора 23 (фиг. 2п),пройдя через регулируемый элемент 25 задержки (фиг. 2р), через время t пона управляющие входы ключей 28, 29 и управляющий вход тактового генератора 5. При этом ключи 28 и 29 срабатывают и разряжают конденсаторы запоминающих элементов 4 и 7, а тактовый генератор 5 устанавливается в исходное положение. Далее, пройдя через элементы ИЛИ 30 и 31, импульс поэтом на инвертирующий вход компаратора 16 подано опорное напряжение таким образом, что компаратор 16 находится в области отрицательного огра-25 ступает на управляюпще входы ключей

ничения. При достижении напряжением на неинвертирующем входе компаратора 16, опорного напряжения U, (фиг. 2л, момент времени - точка 38), компаратор 16 переходит в область положительного ограничения, и по переднему фронту этого напряжения срабатывает одновибратор 17 и формирует на выходе импульс (фиг. 2м)по заднему фронту которого триггер 18 устанавливается в нулевое состояние, вследствие чего на инверсном выходе триггра 18 появляется напряжение 1 под действием которого замьжается ключ

19и через ограничивающий резистор

20на выходную клемму 33 устройства поступает выходное напряжение сумматора 12 и формируется передний фронт трапецеидального сигнала (фиг. 2 и). Напряжение с выхода сумматора 12 через ограничивающий резистор 21 также поступает на неинвертирующий вход компаратора 22, на инвертирующий вход которого подано опорное напряжение Uj таким образом, что компаратор 22 находится в области отрицательного ограничения. При достижении напряжением на неинвертирующем входе компаратора 22 окорного напряжения Иг (фиг, 2А, момент времени - точка 39), компаратор 22 переходит

в сэбласть положительного ограничения а на выходе одновибратора 23 формируется импульс (фиг. 2п), который,

ступает на первый вход элемента ИЛИ 26, а пройдя через него, поступает

устанавливается О (фиг. 2к), вследствие чего ключ 19 размыкается, прерывая тем самым нарастание напряжения на вьгходной клемме 33 устройства, и формируется задний фронт трапецеидального сигнала (фиг. 2ч). Импульс с выхода одновибратора 23 (фиг. 2п),пройдя через регулируемый элемент 25 задержки (фиг. 2р), через время t поступает на первый вход элемента ИЛИ 26, а пройдя через него, поступает

на управляющие входы ключей 28, 29 и управляющий вход тактового генератора 5. При этом ключи 28 и 29 срабатывают и разряжают конденсаторы запоминающих элементов 4 и 7, а тактовый генератор 5 устанавливается в исходное положение. Далее, пройдя через элементы ИЛИ 30 и 31, импульс по10 и 11, которые срабатывают и разряжают конденсаторы RC-цепей 13 и 14.

Таким образом, устройство возвращается в первоначальное состояние, 30 когда конденсаторы разряжены, а тактовый генератор обнулен. По окончании действия импульса с выхода элемента 25 задержки начинается новый цикл формирования трапецеидального сигнала (фиг. 2л)5 и процессы повторяются аналогично описанному выше.

Для регулировки амплитуды переднего фронта трапецеидального си гнала

35

изменяют опорное напряжение U, , а для Q регулировки заднего фронта изменяют опорное напряжение U.

При изменении разности опорных напряжений I изменяется длительност импульса трапецеидального сигнала. Для изменения крутизны наклона формируемого сигнала изменяют напряжение и источника 3 входного напряжения и длительность г генератора 5 тактовых импульсов В. Регулируя время t- эле- rQ мента 25 задержки, изменяют частоту следования выходных импульсов гене- ратор-а. Для прекращения формирования импульсов выключают выключатель 2.

55

Формула изобретения

Генератор трапецеидального сигнала, содержащий первую и вторую КС- цепи, входы которых подключены к перному оыволу входного ключа, а выходы через соответственно первый и второй ключи соединены с общей шиной, первый сумматор, первый и второй запоминающие элементы, первыу) и второй выходные ключи, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второг о запоминаю1ццх элементов, выходы подключены к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с вторым выводом входного ключа, а выход первого сумматора соединен с входами первого и второго запоминающих элементов, второй сумматор,.первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первой и второй RC-цепей, третий и четвертый входы - с выходами соответственно первого и второго запоминающих элементов, тактовый гене- 0 первого элемента ИЛИ, прямой выход ратор импульсов, первый вьпсрд которо- триггера соединен с элементом индика- го соединен с управляющим второго запоминающего элемента и с управляющими входами входного и первого выходного ключей, второй выход - с 25 рого соединен с выходом устройства, управляющим входом первого запоминаю- второй вывод через второй ограничивающий резистор соединен с выходом второго сумматора, который через треции, а инверсный выход триггера соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, первый вывод котощего элемента и с управляющим входом второго.выходного ключа, а также источник входного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены первый, второй и третий аналоговые клютии ограничивающий резистор соединен

30 с первым входом второго компаратора,

второй вход которого соединен с второй шиной опорного напряжения, а выход - с входом второго одновибратора, выход которого соединен с первым вхо- вающие резисторы, первый и второй 5 первого элемента ИЛИ и через регу- компараторы, первый и второй одновиб- лируемый элемент задержки - с первым

входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и с шиной 40 установки устройства в исходное сосчи, первый, второй и третий ограничираторы, триггер, элемент индикации, регулируемый элемент задержки, с первого по четвертый элементы ИЛИ и выключатель, причем второй и третий аналоговые ключи подключены параллель- тояние, причем источник входного на- но конденсаторам первого и второго за- пряжения через выключатель соепоминающих элементов соответственно,;динен с первьм вьшодом вход- управляющие входы этих ключей соеди- ного ключа.

нены с управляющим входом тактового генератора импульсов, с выходом второго элемента ИЛИ и с первыми входами третьего и четвертого элементов

ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и первым выходами тактового генератора импульсов, а выходы соединены соответственно с управляющими входами первого и

второго ключей, при этом первый вход первого компаратора через первый ограничивающий резистор соединен с выходом второго суммато за, второй вход с первой шиной опорного напряжения,

выход первого компаратора через первый одновибратор соединен с входом установки в нулевое состояние триггера, вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом

первого элемента ИЛИ, прямой выход триггера соединен с элементом индика- рого соединен с выходом устройства, второй вывод через второй ограничивающий резистор соединен с выходом второго сумматора, который через треции, а инверсный выход триггера соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, первый вывод кототии ограничивающий резистор соединен

30 с первым входом второго компаратора,

второй вход которого соединен с вто

Изобретение относится к импульсной технике и может быть.использовано, например, в системах развертывания исследуемых процессов. Цель изобретения - расширение функциональных /7 возможностей устройства, достигается путем обеспечения возможности формирования трапецеидального сигнала с регулируемой амплитудой переднего ц заднего фронтов импульсов. При этом для регулировки амплитуды переднего фронта трапецеидального сигнала изменяют первое опорное напряжение И,, а для регулировки заднего фронта изменяют второе опорное напряжение И. При изменении разности первого и второго опорных напряжений изменяется длительность импульса трапецеидального сигнала. Для изменения крутизны наклона формируемого сигнала изменяют напряжение источника 3 входного напряжения и длительность 1: импульсов (Л