Формирователь ступенчатого напряжения Советский патент 1988 года по МПК H03K4/02 

14)

113

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в формирующих убтройствах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования двух независимых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону, и ступенчатого напряжения с характеристи- кой двойного инерционного звена.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2-5 эпюры, поясняющие его работу.

Формирователь ступенчатого напряжения содержит первый 1 и второй 2 выходные ключи, входы которых подключены соответственно к выходам первого 3 и второго 4 запоминающих элемен- тов, а выходы подключены к первому входу сумматора 5, второй вход которого подключен к выходу первого входного ключа 6, вход которого соединен с первым входом 7 устройства, а уп- равляющий вход - с первым выходом тактового генератора 8, второй выход которого соединен с управляющим входом первого запоминающего элемента 3 третий выход - с управляющим входом второго выходного ключа 2, четвертый выход - с управляющим входом второго запоминающего элемента 4, второй входной ключ 9, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, третий запоминающий элемент 12 и третий выходной ключ 13 выход которого соединен с первым входом сумматора 5, а вход - с выходом третьего запоминающего элемента 12, вход которого соединен с выходом сум- матора 5, третий вход которого соединен с выходом второго входного ключа 9, вход которого соединен с вторым входом 14 устройства, а управляющий вход - с третьим выходом тактового генератора 8, первым входом первого элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с управляющим входом третьего запоминающего элемента 12, а второй вход - с управляющим входом первого входного ключа 6 и первым выходом тактового генератора, четвертьй выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 11, выход которого соединен с управляющим входом третьего выходного ключа 13, второй вход - с вторым выходом тактового генератора, третий входной ключ 15, третий элемент ИЛИ 16, четвертый

Q

5

0 5 0 г 0

0

5

382

17 и пятый 18 выходные ключи, входы которых подключены соответственно к выходам первого 3 и второго 4 запоминающих элементов, а выходы подключены соответственно к четвертому и пятому входам сумматора 5, шестой вход которого подключен к выходу третьего входного ключа 15, вход которого подключен к выходу первого запоминающего элемента 3, а управляющий вход третьего входного ключа 15 соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ 10, с пятым выходом тактового генератора 8 и с первым входом третьего элемента ИЛИ 16, выход которого и второй вход включены между управляющим входом второго выходного ключа 2 и третьим выходом тактового генератора 8, шестой выход которого соединен с управляющим входом четвертого выходного ключа, а седьмой выход - с управляющим входом пятого выходного ключа 18. Запоминающие элементы 3, 4 и 12 выполнены на ключах 19-21, конденсаторах 22-24, усилителях 25-27, шины 28 и 29 являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор 8 за один цикл работы (четыре такта) формирует импульсные напряжения, повторяющиеся с определенной частотой, которые задают цикл формирования выходного напряжения устройства (фиг. 2а,б,в,г, Д,е,ж).

Формирователь обеспечивает работу в трех режимах: формирование одного или двух независимых ступенчатых напряжений, нарастающих по линейному закону (переходная характеристика интеграторов); формирование одного или двух независимых ступенчатых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону (переходная характеристика инерционного звена); формирование одного ступенчатого напряжения, изменяющегося по закону переходной характеристики двойного инерционного звена.

Импульсное напряжение (фиг. 2а) управляет работой ключей 1 и 6 и через элемент ИЛИ 10 - работой ключа, 21; импульсное напряжение (фиг. 2б) управляет работой ключа 19 и через элемент ИЛИ II - работой ключа 13; импульсное напряжение (фиг. 21з) управляет работой к.гтюча 9, через эле

31

мент ИЛИ 10 - работой ключа 21 и через элемент ИЛИ 16 - работой ключа 2 импульсное напряжение (фиг. 2г) управляет работой ключа 20 и через элемент ИЛИ 11 - работой ключа 13; импульсное напряжение (фиг. 2д) управляет работой ключа 15, через элемент ИЛИ 10 - работой ключа 21 и через элемент ИЛИ 16 - работой ключа 2; импульсное напряжение (фиг. 2е) управляет работой ключа 17; импульсное напряжение (фиг. 2ж) управляет работой ключа 18.

При наличии положительных импуль- сов на выходах тактового генератора ключи открываются, а при отсутствии импульсов - закрываются.

Сумматор 5 имеет коэффициенты передачи К: по первому входу К , рав ный единице, по второму входу Кg, по третьему входу К, по четвертому вхоДУ -К.

по пятому входу KC и по шестому входу К.. Конденсаторы 22-24 пе- 6

ред включением схемы разряжены.

При работе схемы в первом режиме тактовый генератор 8 формирует импульсные напряжения на первом, втором, третьем, четвертом выходах (фиг. За,б,в,г), на выходах пятом, шестом и седьмом в первом режиме работы схемы импульсы не формируВ первом цикле работы тактового генератора 8 при поступлении первого импульсного напряжения (фиг. За) открываются ключи 1, 6 и 21. На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное К, и, где U - напряжение на входе 7 устройства; К - коэффициент передачи по второму входу сумматора 5. При этом конденсатор 24 заряжается через малое выходное сопротивление сумматора 5 через открытый ключ 21 до напряжения К. U.

о

Т - период повторения цикла работы устройства.

При выполнении неравенства ( 1 ) напряжение, до которого заряжается конденсатор запоминающего элемента, зависит от изменения значения его ем кости, а при выполнении неравенства (2) напряжение на конденсаторе остается неизменным в течение времени Т, когда ключ запоминающего элемента закрыт.

При поступлении второго импульсного напряжения (фиг. Зб) открываются ключи 13 и 19.

Напряжение, равное К U , с выхода усилителя 27 через открытый ключ 13 поступает на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи которого К равен единице. Вследствие этого через открытый ключ 19 конденсатор 22 заряжается до напряжения К U (фиг. Зз) которое поступает на выходную шину 28.

При поступлении третьего импульсного напряжения (фиг. Зв) открываются ключи 2, 9 и 21.

На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение К U i где U - напряжение на входе 14 устройства; К - коэффициент передачи по третьему входу сумматора 5. При этом конденсатор 24 через малое выходное сопротивление сумматора 5 заряжается до напряжения К U .

При поступлении четвертого импульсного напряжения (фиг. Зг) открываются ключи 13 и 20.

Напряжение, равное К U,j, с выхода усилителя 27 поступает через открытый ключ 13 на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи К, которого равен единице. Вследствие этого через открытый ключ 20 конденсатор

5

0

0

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в формирующих устройствах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем формирования двух независимых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону, и ступенчатого напряжения с переходной характеристикой двойного инерционного звена. Устройство содержит ключи 1 и 2, запоминающие элементы 3, 4 и 12, выполненные на ключах 19, 20 и 21, конденсаторах 22, 23 и 24, усилителях 25, 26 и 27, сумматор 5, входные ключи 6, 9 и 15, первый 7 и второй 14 входы устройства, тактовый генератор 8, элементы ИЛИ 10, II и 16, выходные ключи 13, 17 и 18, выходные шины 28 и 29 устройства. Формируемое ступенчатое напряжение отличается высокой стабильностью. При использовании высокоточных резисторов суммарная нестабильность коэффициентов передачи не превьщ1ает 1%. Устройство позволяет более, чем на порядок, повысить временную стабильность параметров выходного сигнала формирователя. Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными в описании изобретения. 5 ил. (Л

Параметры схемы запоминающего эле- дг 23 заряжается до напряжения К, U,

мента выбраны так, чтобы выполнялись соотношения

R; С«ц(1 )

RJ, ,(2)

где R. - выходное сопротивление сумматора 5;

С - емкость запоминающего конденсатора в запоминающих элементах 3, 4 и 12; t - длительность управляющего

импульса;

входное сопротивление согласующего усилителя в запоминающих элементах 3, 4 и 12;

50

55

и

(фиг. Зи), которое поступает на вы ходную шину 29.

Во втором цикле работы схемы пр поступлении первого импульсного на пряжения (фиг. За) открываются клю I, 6 и 21.

На выходе сумматора устанавлива ется напряжение 2 К U , и конденс тор 24 заряжается до напряжения 2 и, так как на второй вход суммато ра 5 поступает с входа 7 напряжение и и коэффициент передачи по этому входу равен К,, а на первый вход сумматора 5, коэффициент пере

23 заряжается до напряжения К, U,

(фиг. Зи), которое поступает на выходную шину 29.

Во втором цикле работы схемы при поступлении первого импульсного напряжения (фиг. За) открываются ключи I, 6 и 21.

На выходе сумматора устанавливается напряжение 2 К U , и конденсатор 24 заряжается до напряжения 2 К и, так как на второй вход суммато- ра 5 поступает с входа 7 напряжение и и коэффициент передачи по этому входу равен К,, а на первый вход сумматора 5, коэффициент передаK,U,.

10

чи К которого равен единице, поступает напряжение с конденсатора 22, равное

При поступлении второго импульсного напряжения (фиг, 26) открываются ключи 13 и 19.

Напряжение, равное 2 К U , с выхода усилителя 27 через открытый ключ 13 поступает на первый вход сумматора 5 и через открытый ключ 19 переписывается на конденсатор 22, а напряжение на выходной шине 28 становится равным 2 К и,.

При поступлении третьего импульсного напряжения (фиг, Зв) открываются ключи 2, 9 и 21,

На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное 2 К U, и конденсатор 24 заряжается до напря- Q ° напряжение

жения 2К и сумматора 5 пряжение U

так как на третий вход с входа 14 поступает на- и коэффициент передачи

При работе схемы во втором ре тактовый генератор 8 формирует и пульсные напряжения на первом , ром, третьем, четвертом, шестом седьмом выходах (фиг, 4а,б,в,г,е на пятом выходе во втором режиме работы устройства импульсы не фо руются ,

При работе во втором режиме.р та устройства аналогична работе мы в первом режиме за исключение го, что ключи 17 и 18 подключены инвертирующим (четвертому и пято входам сумматора 5, следовательн при каждом такте, когда открываю ключи 1, 6, 21 и 17, из напряжени которое переписывается на конден тор 22, вычитается напряжение, р

выходе усилителя 25; К - коэффи передачи сумматора 5 по четверто входу, а при каждом такте, когда замыкаются ключи 2, 9, 21 и 18, напряжения, которое переписывает на конденсатор 23, вычитается на

импульоткрываKj. и, с вы- открытый

ПО этому входу равен К, а на первый вход сумматора 5, коэффициент переда чи Kj которого равен единице, поступает напряжение с конденсатора 23, равное К и.

При поступлении четвертого сного напряжения (фиг, Зг ются ключи 13 и 20,

Напряжение, равное 2 хода усилителя 27 через ключ 13 поступает на первый вход сумматора 5 и через открытый ключ 20 переписывается на конденсатор 23, а напряжение на выходной шине 29 становится равным 2-К, Urj (фиг, Зи),

Далее процессы повторяются с периодом Т повторения цикла работы устройства, В результате этого на выходных шинах 28 и 29 формируются два независимых ступенчатых напряжения, нарастающие по линейному закону и сдвинутые на время 27Г, причем приращение первого ступенчатого напряжения составляет К U. , а приращение второго ступенчатого напряжения составляет К - и .

При этом запоминающий элемент 12 используется как временный оперативный элемент памяти для запоминания суммы сигналов, работающий на два интегратора, что позволяет осуществить раздельное суммирование изменений двух независимых напряжений переходных характеристик интеграторов с тактовой частотой за интервал времени.

0

Q ° напряжение

5

При работе схемы во втором режиме тактовый генератор 8 формирует импульсные напряжения на первом , втором, третьем, четвертом, шестом и седьмом выходах (фиг, 4а,б,в,г,е,ж) , на пятом выходе во втором режиме работы устройства импульсы не формируются ,

При работе во втором режиме.работа устройства аналогична работе схемы в первом режиме за исключением того, что ключи 17 и 18 подключены к инвертирующим (четвертому и пятому) входам сумматора 5, следовательно, при каждом такте, когда открываются ключи 1, 6, 21 и 17, из напряжения, которое переписывается на конденсатор 22, вычитается напряжение, равна

выходе усилителя 25; К - коэффициент передачи сумматора 5 по четвертому входу, а при каждом такте, когда замыкаются ключи 2, 9, 21 и 18, из напряжения, которое переписывается на конденсатор 23, вычитается напряжение, равное Т и , где пряжение на выходе усилителя 26;

и - на0

5

0

5

К г i

5 по

5

0

5

коэффициент передачи сумматора пятому входу.

Таким образом, величина приращения напряжения на конденсаторах 22 и 23 с каждым тактом, когда открываются ключи 17 и 18, уменьшается, а ступенчатые напряжения на выходах усилителей 25 ч 26, а следовательно, и на выходных шинах 28 и 29 изменяются по экспоненциальному закону (фиг, 4к,л), При этом формируются два незасимых ступенчатых напряжения, имеющие переходную характеристику инерционного звена с постоянными времени, определяемыми коэффициентами передачи сумматора 5 по четвертому и пятому входам соответственно.

При работе схемы в третьем режиме тактовый генератор 8 формирует импульсные напряжения на первом, втором, четвертом, пятом, шестом и седьмом выходах (фиг, 5а,б,д,г,е,ж), на третьем выходе в третьем режиме работы устройства импульсы управления не формируются.

При работе схемы в третьем режиме входной сигнал подается только на вход 7 от источника входного сигнала и.

В первом цикле при поступлении в первом также импульсных напряжеНИИ 1,фиг. 5a,ej открываются ключи 1, 6, 21 -и 17.

На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение K,-U, где U - напряжение на входе 7 устройства; К - коэффициент передачи по второму входу сумматора 5, При этом конденсатор 24 заряжается через малое выходное сопротивление сумматора 5 через от- крытьш ключ 21 до напряжения К U (момент времени t , фиг. 5м).

При поступлении во втором такте импульсного напряжения (фиг. 56) открываются ключи 13 и 19.

Напряжение, равное К U, с выхода усилителя 27 через ключ 13 поступает на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи которого К, равен единице. Вследствие этого через открытый ключ 19 конденсатор 22 заряжается до напряжения К U (фиг.Зн), которое поступает на выходную шину 28.

При поступлении в третьем такте импульсных напряжений (фиг. 5д,ж) открываются ключи 2,15, 21 и 18.

Напряжение, равное К U, с выхода усилителя 25 через открытый ключ 15

поступает на шестой вход сумматора 5, зо открываются ключи 2, 15, 21 и 18.

коэффициент передачи которого равен К р. Вследствие этого на выходе сумматора 5 устанавливается напряжение К К„ и, до которого через ключ 21 заряжается конденсатор 24 (момент времени to, фиг. 5м).

При поступлении в четвертом такте импульсного напряжения (фиг. 5г) открываются ключи 13 и 20.

Напряжение, равное К К U, свыхода усилителя 27 поступает через открытый ключ 13 на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи по которому равен единице. Вследствие этого через открытый ключ 20 конденсатор 23 заряжается до напряжения К,.- К,- и (фиг. 5п), которое поступает

on

на выходную шину 2У.

Во втором цикле работы схемы при поступлении в первом такте импульсных напряжений (фиг. 5а,е) открываются ключи 1, 6, 21 и 17.

На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное

К, и+к и-к к, . и(2-к ),

где в первом слагаемом К j - коэффициент передачи сумматора 5 по второму входу; и - напряжение на входе 7

во втором слагаемом Y - напряжение с выхода усилителя 25, поступающее через открытый ключ 1 на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи которого равен единице; в третьем вычитаемом K,j U - напряжение на выходе усилителя 25, поступающее через открытый ключ I7 на четвертый инвертирующий вход сумматора 5, коэф- фииент передачи которого равен К. При этом конденсатор 24 через открытый ключ 21 заряжается до напряжения

К„ и(2-К ) (момент времени t.

K,j U(2-K

фиг. 5м).

При поступлении во втором такте импульсного напряжения (фиг. 5б) открываются ключи 13 и 19.

Напряжение, равное

с выхода усилителя 27 через открытый ключ 13 поступает на первьш вход сумматора 5, коэффициент передачи которого К равен единице. Вследствие этого через открытый ключ 19 конден- сатор 22 заряжается до напряжения К и(2-К ) (фиг. 5н), которое поступает на выходную шину 28.

При поступлении в третьем такте импульсных напряжений (фиг. 5д,ж)

во

напряжеНа выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное U (2-K,,)+Kfe К, Kj.-u K;-Ki и-(з-Ki,-Ks), где в первом слагаемом К и(2-К.Т - напряжение с выхода усилителя 25; К - коэффициент передачи

.- ь сумматора 5 по шестому входу, на

который через ключ 15 поступает напряжение с выхода усилителя 25;

д втором слагаемом К

ние с выхода усилителя 26, поступающее на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи К которого равен единице; в третьем вычитаемом К

д Kg и - напряжение с выхода усилителя 26, поступающее на вход сумматора 5; К - коэффициент передачи сумматора 5 по пятому входу.

Конденсатор 24 через открытый ключ 21 заряжается до напряжения

к к.и--().

При поступлении в четвертом такте импульсного напряжения (фиг. 5г) открываются ключи 13 и 20.

Напряжение, равное Kg К u(3- -Kl,-L5) , с выхода усилителя 27 поступает через открытый ключ I3 на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи К которого равен единице.

0

5

Вследствие этого через открытый 20 конденсатор 23 заряжается до напряжения К. К„ и(3-К..-К.-).

о уq р

Таким образом, при работе схемы в третьем режиме в каждом такте, когда открываются ключи 1, 6, 21 и 17, к входному сигналу добавляется только часть выходного сигнала, так как из напряжения, которое переписывается на конденсатор 22, вычитается напряжение, равное К U , где U напряжение на выходе усилителя

,ai 25;

К - коэффициент передачи по четвер15

7,

20

35

тому инвертирующему входу суммато- ра 5. Вследствие этого ступенчатое напряжение на шине 28 нарастает по экспоненциальному закону (фиг. 5н) при неизменном напряжении на входе равном и. В то же время при каждом такте, когда открываются ключи 2, 15, 21 и 18, из напряжения, которое переписывается на конденсатор 23, вычитается напряжение, равное К , где Uj;, - напряжение на выходе усили25 теля 26; коэффициент передачи по пятому инвертирующему входу сумматора 5. При этом напряжение на выходе усилителя 26, а следовательно, и на выходной шине 29 изменяется по зо более сложному закону (фиг. 5п), так как на шестой вход сумматора 5 в этом случае через открытый ключ 15 подается напряжение с выхода усилителя 25, изменяющееся по экспоненциальному закону, что обеспечивает формирование на выходе усилителя 26 ступенчатого напряжения, изменяющегося по закону переходной характеристики двойного инерционного звена с постоянной времени нарастания выходного напряжения, определяемой коэффициентами передачи по четвертому и пятому входам сумматора 5.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает не только формирование двух независимых высокостабильных ступенчатых напряжений, нарастающих по линейному закону, но и обеспечивает формирование двух независимых высокостабильных ступенчатых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону с различными постоянными времени, а также формирование высокостабильного ступенчатого напряжения с переходной характеристикой двойного инерционного звена.

137073810

ключ Сформированные ступенчатые напряжения отличаются высокой стабильностью, так как их параметры определяются суммарной нестабильностью коэффициентов передачи сумматора и согласующих усилителей запоминающих элементов. При использовании в схеме формирователя ступенчатого напряжения высокоточных резисторов легко достижима суммарная нестабильность коэффициентов передачи к концу срока хранения, не превьш1ающая 1%. При этом исключена временная нестабильность параметров схемы, обусловленная временной нестабильностью и значением емкости конденсаторов, что позволяет более чем на порядок повысить временную стабильность параметров выходного сигнала формирователя.

10

женин по авт. ч а ю щ и и с

40

45

50

55

Формула изобретения

Формирователь ступенчатого напря- св. № 1249694, о т л и- я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности формирования двух независимых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону, и ступенчатого напряжения с характеристикой двойного инерционного звена, в него введены третий входной ключ, третий элемент ИЛИ, четвертый и пятый выходные ключи, входы последних из которых подключены соответственно к выходам первого и второго запоминающих элементов, а выходы подключены соответственно к четвертому и пятому входам сумматора, шестой вход которого подключен к выходу третьего входного ключа, вход которого подключен к выходу первого запоминающего элемента, а управляющий вход третьего входного ключа соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с пятым выходом тактового генератора и с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом второго выходного ключа, а второй вход - с третьим выходом тактового генератора, шестой выход которого соединен с управляющим входом четвертого выходного ключа, а седьмой выход - с управляющим входом пятого выходного ключа.

5

5 о

женин по авт. ч а ю щ и и с

0

5

0

5

Формула изобретения

Формирователь ступенчатого напря- св. № 1249694, о т л и- я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности формирования двух независимых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону, и ступенчатого напряжения с характеристикой двойного инерционного звена, в него введены третий входной ключ, третий элемент ИЛИ, четвертый и пятый выходные ключи, входы последних из которых подключены соответственно к выходам первого и второго запоминающих элементов, а выходы подключены соответственно к четвертому и пятому входам сумматора, шестой вход которого подключен к выходу третьего входного ключа, вход которого подключен к выходу первого запоминающего элемента, а управляющий вход третьего входного ключа соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с пятым выходом тактового генератора и с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом второго выходного ключа, а второй вход - с третьим выходом тактового генератора, шестой выход которого соединен с управляющим входом четвертого выходного ключа, а седьмой выход - с управляющим входом пятого выходного ключа.

Фие.2

ппппппппппппп

ппппппппппппп,

ппппппппппппп,

ппппппппппппп

ппппппппппппп ппппппппппппп

м

н

п

Фид.5