Формирователь треугольного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H03K4/06 

00

о 1

Фиг

11

Изобретение относится к итчпульс- ной технике и может быть применено в устройствах автоматики.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения формирования симметричного треугольного напряжения .

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит первый входной ключ 1, источник 2 входного напряжения, запоминающий элемент 3, тактовый генератор 4, сумматор 5, дополнительный запоминающий элемент 6, первый и второй выходные ключи 7 и 8 первый и второй ключи 9 и 10, первую и вторую RC-цепи 11, 12, третий ключ 13, дополнительный сумматор 14, четвертый ключ 15, первый элемент 16 ЗАПРЕТ, второй входной ключ 17, второй и третий элементы 18 и 19 ЗАПРЕТ первый элемент 20 И, первый счетчик 21 импульсов, первый элемент 22 НЕ, четвертый элемент 23 ЗАПРЕТ, первый элемент 24 ИЛИ, пятый ключ 25, первый ограничительный резистор 26, пятый элемент 27 ЗАПРЕТ, второй элемен 28 И, второй счетчик 29 импульсов, второй элемент 30 НЕ, второй элемент 31 ИЛИ, третий элемент 32 НЕ, шестой элемент 33 ЗАПРЕТ, шестой ключ 34, второй ограничительный резистор 35, шину 36 установки исходного состояни устройства, выходную шину 37. Вход первого входного ключа 1 соединен с источником 2. Входы первого и второго выходных ключей 7 и 8 соединены с выходами соответственно запоминающего и дополнительного запоминающего элементов 3 и 6, выходы подключены к первому входу сумматора 3, второй вход которого соединен с выходом первого входного ключа 1, а выход соединен с входами запоминающего и дополнительного запоминающих элементов 3 и 6. Управляющие входы первого выходного ключа 7 и дополнительного запоминающего элемента 6 подключены к первому выходу тактового генератора 4, второй выход которого соединен с управляющими входами второго выходного ключа 8 и запоминающего элемента 3. Первый и второй ключи 9 и 10 подключены параллельно конденсаторам первой и второй RC-цепей 11 и

402

12, входы которых подключены к выходу источника 2. Выход первой RC- цепи 11 через пятый ключ 25 соединен с первым входом дополнительного сумматора 14, второй вход которого через четвертый ключ 15 соединен с выходом второй RC-цепи 12, третий вход - с выходом запоминающего эле-

мента 3, четвертый вход - с выходом дополнительного запоминающего элемента 6. Выход первого элемента 16 соединен с управляющим входом второго входного ключа 17, первый вход - с

первым выходом генератора 4 и первыми входами второго и третьего элементов 18, 19 и первым входом первого элемента И 20. Второй инвертирующий вход элемента 16 соединен с

инверсным выходом первого счетчика 21, счетньш вход которого соединен с первым выходом генератора 4, а прямой выход - с вторыми инвертирующими входами элементов 18 и 19, с вторым входом элемента И 20 и через первый элемент НЕ 22 - с первым входом четвертого элемента 23, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 24, выход которого соединен с управляющим входом четвертого ключа 15, а первый вход - с выходом элемента И 20 и с управляющим входом третьего ключа 13, который через ограничительный резистор 26 соединен с выходом второй RC-цепи 12. Управляющий вход первого ключа 9 соединен с выходом шестого элемента 33, первый вход которого соединен с вторым выходом тактового генератора 4,

с вторым входом второго элемента И 28 и с счетным входом второго счетчика 29, второй инвертирующий вход - с прямым выходом второго счетчика 29, с первым входом элемента И 28, с

вторым инвертирующим входом элемента 23 и через третий элемент НЕ 32 - с первым входом второго элемента ИЛИ 31, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа 25. Вход

второго элемента НЕ 30 соединен с

прямым выходом первого счетчика 21, а выход - с вторым инвертирующим входом пятого элемента 27, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИПИ 31, а первый вход - с выходом второго элемента И 28 и с управляющим входом шестого ключа 34, который через второй ограничительный резистор 35 соединен с выходом первой RC-цепи 11. Выходы второго и третьего элементов 18 и 19 соединены соответственно с управляющими входами первого входного ключа 1 и второго ключа 10, а входы установки в нул первого и второго счетчиков 21 и 29 соединены с шиной 36.

Устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор 4 формирует два импульс-ных напряжения, сдвинутых относительно друг друга (фиг.2а,б).

Импульсное напряжение (фиг.2п) управляет работой ключа 7, ключа дополнительного запоминающего элемента 6, через элементы ЗАПРЕТ 16, 18 и 19 работой ключей 17,1 и 10 соответственно, через элемент И 20 - ключа 13, а через элементы И 20 и ИЛИ 24 - ключа 15. Импульсное напряжение (фиг.2) управляет работой ключа 8, ключа запоминающего элемента 3, через элемент ЗАПРЕТ 33 работой ключа 9, через элемент И 28 - ключа 34, а через последовательность элементов И 28, ЗАПРЕТ 27 и ИЛИ 31 - ключа 25.

При наличии положительных импульсов на выходах тактового генератора 4 ключи замыкаются, а при отсутствии импульсов размыкаются.

Сумматор 5 по каждому входу имеет единичные коэффициенты передачи.

Конденсаторы RC-цепей 1I и 12 перед включением устройства разряжены. Счетчики 21 и 29 через шину 36 уста- новлены в нулевое состояние, вследствие чего на инверсном выходе счетчика 21 присутствует сигнал логической единицы, поступающий на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 16 и запрещающий его срабатьшание. На прямо выходе счетчика 21 установлен сигнал логического нуля, который поступает на инвертирующие входы элементов ЗАПРЕТ 18 и 19 и не влияет на их срабатьшание, что обеспечивает прохождение импульсов (фиг.2й) на управляющи входы ключей 1 и 10, и, пройдя через элемент НЕ 22, этот сигнал в виде логической единицы поступает на вход элемента ЗАПРЕТ 23, который сраба- тьшает и пропускает сигнал логической единицы на второй вход элемента ИЛИ 24, так как на инвертирующем входе элемента ЗАПРЕТ 23 присутствует сигнал логического нуля с прямого выхода счетчика 29. Пройдя через элемент ИПИ 24, сигнал логической

,

5

10

20

70740

единицы поступает на управляющий вход ключа 15, который срабатьшает и подключает выход RC-цепи 12 к второму входу сумматора 14.

Сигнал логического нуля с выхода счетчика 29 поступает также на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 33 и не влияет на его срабатьтание, что обеспечивает прохождение импульсов (фиг. 2(5) на управляющий вход ключа 9, а пройдя через элемент НЕ 32, поступает в виде логической единицы на первый вход элемента ИЛИ 31. С вы- 15 хода элемента ИЛИ 31 сигнал логической единицы поступает на управляющий вход ключа 25, который срабатьшает и подключает вькод RC-цепи I1 к первому входу сумматора 14.

При поступлении первого управляющего импульса (фиг.2 ) замыкаются ключи 1,7 и ключ запоминающего элемента 6, а сам импульс записьшается в счетчик 21. На выходе сумматора 5 25 устанавливается напряжение U. При этом конденсатор запоминающего элемента 6 через малое выходное сопротивление сумматора 5 заряжается до напряжения U. Параметры схемы выбраны так, чтобы вьшолнялись соотношения

R,- С ,(1)

RBX-C (2)

где R. - выходное сопротивление сумматора 5;

емкость конденсатора в запоминающих элементах 3 и 6; длительность управляющего импульса;

входное сопротивление согласующего усилителя запоминающих элементов.

При выполнении неравенства (I) напряжение, до которого заряжается кон30

35

40

С R.Xденсатор, не зависит от изменения величины его емкости, а при выполнении неравенства (2) напряжение остается неизменным в течение времени, когда ключ запоминающего элемента разомк Ут.

Таким образом, в течение первого периода управляющих импульсов напряжение на выходе запоминающего элемента 6 остается неизменным и равным

и (фиг.2 И.

При поступлении второго управляющего импульса (фиг.2 6) замыкается ключ 8 и ключ запоминающего элемента 3, а ключи 1, 7 и ключ запоминающего

51370740

элемента 6 размыкаются и сам импульс

н х

записьшается в счетчик 29. Напряжение, равное и, с выхода запоминающего элемента 6 через ключ 8 поступает на вход сумматора 5, конденсатор за- поминающего элемента 3 заряжается до напряжения U. Напряжение на выходе запоминающего элемента 3, равное и, остается неизменным в течение периода следования управляющих импульсов (фиг.2г),

Далее вновь замыкаются ключи 1, 7 и ключ запоминающего элемента 6. При этом на выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное 2U, так как на первый и второй входы сумматора через ключи 1 и 7 подается напряжение, равное и. Напряжение с выхода сумматора записьтается запоминающим элементом 6, на выходе согласующего усилителя которого устанавливается напряжение 2U (фиг.2Ь). При следующем такте это напряжение вновь переписьшается в запоминающий элемент 3 (фиг,2г). Далее процессы повторяются с периодом 2, В результате этого на выходе запоминающих элементов 3 и 6 формируются ступенчатые напряжения, сдвинутые на время 1 , и происходит заполнение счетчиков 21 и 29.

Ступенчатые напряжения (фиг.2 8 , и, -z) с выходов запоминающих элементов 3 и 6 поступают на входы дополнительного сумматора 14. При сложении этих напряжений на сумматоре 14 формируется новое ступенчатое напряже-

ние, крутизна которого в два раза больще, чем крутизна слагаемых напряжений (фиг.2 и).

Кроме того, при периодическом замыкании ключей 9 и 10 под действием управляющих импульсов тактового генератора 4 на конденсаторах RC-цепей

35 пульсы (фиг.2 л) поступают на управляющий вход ключа 17, а на управляющий вход ключа 1 поступает уровень логического нуля.

Кроме того, логическая единица

с выхода счетчика 21 , пройдя через элемент НЕ 22, в виде сигнала логического нуля поступает через элементы ЗАПРЕТ 23 и ИЛИ 24 на управляющий вход ключа 15, который раз1 1 и 12 формируются пилообразные на- мыкается и отключает выход RC-цепи

пряжения (фиг . 2 е ,.) с амплитудой U . Для правильной работы схемы параметры дополнительного сумматора 14 . выбраны так, чтобы выполнялись соотношения

к,и,к,- и

к,.и к,

и.

К,К - коэффициенты передачи сумматора 14 по соответствующим входам;

и - амплитуда входного напряжения;

Ujj - амплитуда напряжения, до которой заряжаются конденсаторы RC- цепей за время Г . Постоянная времени RC-цепей выбрана так, чтобы использовался только начальный участок зарядной экспоненты конденсатора и напряжение на выходах цепей было линейно.

В этом случае при суммировании ступенчатого напряжения (фиг.) с пилообразными напряжениями (фиг.2г,«, поступающими соответственно на первый и второй входы сумматора 14, получается линейно нарастающее напряжение (фиг.25), поступающее с выхода дополнительного сумматора 14 на выходную щину 37.

После поступления на вход счетчи

ка 21 -- импульсов, где п - количество разрядов счетчика 21, на прямом выходе счетчика 21 появляется логическая единица, которая поступает на инвертирующие входы элементов ЗАПРЕТ 18 и 19 и запрещает их срабатывание, а поступив на второй вход

элемента И 20, подготавливает его срабатьшание. На инверсном выходе

счетчика 21 устанавливается сигнал логического нуля, который поступает на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 16 и не влияет на его срабатывание. Начиная с этого момента им35 пульсы (фиг.2 л) поступают на управляющий вход ключа 17, а на управляющий вход ключа 1 поступает уровень логического нуля.

Кроме того, логическая единица

с выхода счетчика 21 , пройдя через элемент НЕ 22, в виде сигнала логического нуля поступает через элементы ЗАПРЕТ 23 и ИЛИ 24 на управляющий вход ключа 15, который раз мыкается и отключает выход RC-цепи

0

5

12 от второго входа сумматора 14. После поступления на вход счет2чика 29 т- импульсов (разрядность

счетчиков 21 и 29 одинаковая) на прямом выходе счетчика 29 появляется логическая единица, которая поступает на второй вход элемента ЗАПРЕТ 33 и запрещает его срабатьюание а также поступает на первый вход элемента И 28 и подготавливает его срабатьшание, а пройдя через элемент НЕ 32 этот сигнал в виде логического

нуля через элемент ИЛИ 31 поступает на управляющий вход ключа 25, который размыкается и отключает выход RC-цепи 11 от первого входа сумматора 14,

Выход ключа 17 соединен с инвертирующим входом усилителя, входящего в состав сумматора 5, Вследствие этого после поступления импульсов на счетчики 21 и 29 при каждом такте напряжения на запоминающих конденсаторах запоминающих элементов 6 и 3 уменьщаются на величину U (фиг.2 в,г) Формируется падающий участок ступенчатого напряжения на выходе каждого из запоминающих элементов 6 и 3 и на выходе сумматора 5 (фиг. 21). При этом при каждом поступлении импульса (фиг.2а) на первый вход элемента И 20 срабатьшает ключ 13, так как на втором входе элемента И 20 присутствует сигнал логической единицы, прямого выхода счетчика 21. Кроме

да этих цепей (фиг.21г,). Вследствие этого, при суммировании ступенчатого напряжения (фиг.2) с пилообразными

i напряжениями (фиг . 2 к, ),поступающими соответственно на второй и первый вход сумматора 14, получается падающий участок линейно изменяющего напряжения (фиг. 2о ) .

О После прохождения 2 импульсов на счетчики 21 и 29 напряжения на конденсаторах запоминающих элементов 6 и 3 уменьшаются до нуля, а счетчики 21 и 29 устанавливаются снова в пер15 воначальное нулевое состояние. При этом в момент установления счетчика 21 в нулевое состояние и появлении логической единицы на выходе элемента НЕ 22 ключ 15 не срабатьюает, так

20 как в это время с выхода счетчика 29 на инвертирующий вход элемента ЗАЛРЕТ 23 поступает сигнал логической единицы и запрещает его срабатывание. Кроме того, сигнал логическо30

того, через элемент ИЛИ 24 срабаты- го нуля с выхода счетчика 21, пройдя вает ключ 15, подключая на время дей- через элемент НЕ 30 в виде логичес- ствия импульса (фиг.2а) выход RC-цепи I2 по второму входу сумматора 14, вследствие чего напряжение разряда конденсатора RC-цепи 12 поступает на вход сумматора 14 (фиг.2ч).

Аналогичным образом при поступлении импульсов (фиг.26) на второй вход элемента И 28 срабатывает ключ 34, так как на первом входе элемен- 35 том состоянии после прохождения 2 -1- та И 28 присутствует сигнал логичес- го импульса. При этом конденсатор RC- цепи 1I разряжается, а конденсатор RC-цепи 12 заряжается, но напряжение с их выходов не поступает на входы сумматора 14, на выходе которого сохраняется на время нулевой уровень напряжения. После установки в нулекой единицы, поступает на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 27 и запрещает его срабатьшание.

Вследствие этого импульс, прошедший на счетчик 29 и установивший его в нулевое состояние, проходит на ключ 34 и не пропускается на ключ 25, который остается в разомкну-

40

вое состояние счетчика 29 схема возвращается в исходное состояние за

кой единицы с прямого выхода счетчика 29. При этом сигнал логической единшЦ) с выхода элемента И 28 поступает на вход элемента ЗАПРЕТ 27, ко- торьй срабатьшает и пропускает сигнал логической единицы на второй вход элемента ИЛИ 31, так как на инвертирующем входе элемента ЗАПРЕТ 27 присутствует логический ноль с выхо- исключением того, что на выходе RC- да элемента НЕ 30 и не влияет на его цепи 12 имеется напряжение величиной срабатьюание. Под действием логичес- и„, но в момент появления первого кой единицы с выхода элемента ИЛИ 31 импульса (фиг.2а) формирования ново- срабатьшает ключ 25 и подключает на го цикла симметричного напряжения время действия импульса выход RC-це- 50 происходит разряд этой цепи, который пи 11 к первому входу сумматора 14 не влияет на работу схемы (фиг.2к).

При последующем поступлении тактовых импульсов процессы повторяются аналогичным образом, в результате 55 чего на выходах запоминающих элементов 6 и 3 формируются симметричные ступенчатые напряжения, а на выходе сумматора 14 - симметричное треуголь(фиг. 2 ) .

Параметры постоянных времени разряда через ключ 13 и резистор 26 RC- цепи 12 и через ключ 34 и резистор 35 RC-цепи 11 выбраны так, чтобы напряжение на выходах цепей было линейно и симметрично с напряжением заря-

70740

да этих цепей (фиг.21г,). Вследствие этого, при суммировании ступенчатого напряжения (фиг.2) с пилообразными

i напряжениями (фиг . 2 к, ),поступающими соответственно на второй и первый вход сумматора 14, получается падающий участок линейно изменяющего напряжения (фиг. 2о ) .

О После прохождения 2 импульсов на счетчики 21 и 29 напряжения на конденсаторах запоминающих элементов 6 и 3 уменьшаются до нуля, а счетчики 21 и 29 устанавливаются снова в пер15 воначальное нулевое состояние. При этом в момент установления счетчика 21 в нулевое состояние и появлении логической единицы на выходе элемента НЕ 22 ключ 15 не срабатьюает, так

20 как в это время с выхода счетчика 29 на инвертирующий вход элемента ЗАЛРЕТ 23 поступает сигнал логической единицы и запрещает его срабатывание. Кроме того, сигнал логическо го нуля с выхода счетчика 21, пройдя через элемент НЕ 30 в виде логичес-

0

го нуля с выхода счетчика 21, пройдя через элемент НЕ 30 в виде логичес-

5 том состоянии после прохождения 2 -1- го импульса. При этом конденсатор RC- цепи 1I разряжается, а конденсатор RC-цепи 12 заряжается, но напряжение с их выходов не поступает на входы сумматора 14, на выходе которого сохраняется на время нулевой уровень напряжения. После установки в нулекой единицы, поступает на инвертирующий вход элемента ЗАПРЕТ 27 и запрещает его срабатьшание.

Вследствие этого импульс, прошедший на счетчик 29 и установивший его в нулевое состояние, проходит на ключ 34 и не пропускается на ключ 25, который остается в разомкну-

35

40

50

вое состояние счетчика 29 схема возвращается в исходное состояние за

исключением того, что на выходе RC- цепи 12 имеется напряжение величиной и„, но в момент появления первого импульса (фиг.2а) формирования ново- го цикла симметричного напряжения происходит разряд этой цепи, который не влияет на работу схемы (фиг.2к).

ное напряжение. При подключении к инверсному выходу счетчика 29 светодиодного индикатора можно осуществлять визуальное наблюдение за работой устройства, .

Устройство позволяет формировать напряжения симметричной треугольной формы с высокой стабильностью амплитудно-временных параметров, так как нестабильность выходного напряжения определяется суммарной нестабильностью коэффициентов передачи сумматоров и согласующих усилителей запоминающих элементов. При использовании в предлагаемой схеме формирователя высокоточных резисторов легко достижима суммарная нестабильност коэффициента передачи, не превьппаю- щая 1%. При этом исключена временная нестабильность параметров схемы, обусловленная временной нестабильностью емкости конденсаторов, что позволяет более чем на порядок повысить временную стабильность параметров выходного сигнала формирователя и обеспечить формирование симметричного треугольного напряжения.

Формула изобретения

Формирователь треугольного напряжения, содержащий первую и вторую КС-цепи, входы которых подключены к источнику входного напряжения, а к их выходам параллельно подключены соответственно первьй и второй ключи, первый входной ключ, сумматор, запоминающий и дополнительный запомина

ь

7074010

с управляющим входом первого выходного ключа и управляющим входом дополнительного запоминающего элемента, второй выход - с управляюищм входом второго выходного ключа и управляющим входом запоминающего элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз10 можностей, в него введены первый и второй ограничительные резисторы, третий, четвертый, пятьш и шестой ключи, с первого по щестой элементы ЗАПРЕТ, первый и второй счетчики им15 пульсов, с первого по третий элементы НЕ, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ и второй входной ключ, вход которого соединен с источником входного напряже20 ния, выход - с третьим входом сумма5

тора, а управляющий вход - с выходом первого элемента ЗАПРЕТ, вход которого соединен с первым выходом тактового генератора, с входами второго

0

и третьего элементов ЗАПРЕТ и с первым входом первого элемента И, инвертирующий вход соединен с инверсным выходом первого счетчика импульсов, счётный вход которого соединен с первым выходом тактового генератора, вход установки в нулевое состояние - с входом установки в нулевое состояние BTQporo счетчика и с шиной установки исходного состояния устройства, 5 а прямой выход - с инвертирующими входами второго и третьего элементов ЗАПРЕТ, через первый элемент НЕ - с входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, через второй элемент НЕ - с инверти

Изобретение относится к импульсной технике и служит для расширения функциональных возможностей устройства. Формирователь содержит входной ключ I, источник 2 входного напряжения, запоминающие элементы 3 и 6, тактовый генератор 4, сумматоры 5 и 14, выходные ключи 7 и 8, ключи 9 и 10, RC-цепи 11 и 12. В устройство введены ключи 13, 15 и 34 элементы ЗАПРЕТ 16,18,19,23 и 27, входной ключ 17, элементы И 20 и 28, счетчики 21 и 29 импульсов, элементы НЕ 22, 30 и 32, элементы ИЛИ 24 и 31 и ограничительные резисторы 26 и 35. Благодаря этому становится возможным формирование напряжения симметричной треугольной формы с высокой стабильностью амплитудно-временных параметров, так как нестабильность выходного напряжения определяется суммарной нестабильностью коэффициентов передачи сумматоров 5 и 14-и согласующих усилителей запоминающих элементов. 2 ил. $ (Л

ющий элементы, первый и второй выход- О рующим входом пятого элемента ЗАПРЕТ, а также соединен с вторым вх дом первого элемента И, выход кото рого соединен с управляющим входом третьего ключа и первым входом пер

ные ключи, входы которых соединены соответственно с выходами запоминающего и дополнительного запоминающего элементов, выходы подключены к первому входу сумматора, второй вход которого через первый входной ключ соединен с источником входного напряжения, а выход соединен с входами запоминающего и дополнительного запоминающего элементов, дополнительный сумматор, имеющий первый, вторюй, третий и четвертый входы, третий вход которого соединен с выходом запоминающего элемента, четвертый вход - с выходом дополнительного запоминающего элемента, выход соединен с выходной шиной, а также тактовый генератор, первый выход которого соединен

рующим входом пятого элемента ЗАПРЕТ, а также соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ЗАПРЕТ, а выход - с управляющим входом четвертого ключа, вход которого соединен с выходом второй

RC-цепи и через последовательно соединенные первый ограничительный резистор и третий ключ - с нулевой щиной, выход - с вторым входом дополнительного сумматора, первый вход

которого соединен с выходом пятого ключа, вход которого соединен с выходом первой RC-цепи и через последовательно соединенные второй ограничительный резистор и шестой ключ - с нулевой шиной, а управляющий вход- с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента НЕ, второй вход - с выходом пятого элемента ЗАПРЕТ, вход которого соединен с управляющим входом шестого ключа и выходом

второго элемента И, первый вход KOTO-IQмента ЗАПРЕТ соединен с управляющим

рого соединен с инвертирующим входомвходом второго ключа, а выход шестошестого элемента ЗАПРЕТ, второй вход-го элемента ЗАПРЕТ соединен с управс входом шестого элемента ЗАПРЕТ,ляющим входом первого ключа, вторым выходом тактового генератора

а

ппппппппппппппппп

ппппппппппппппппп/

и счетным входом второго счетчика импульсов, прямой выход которого соединен с входом третьего элемента НЕ и инвертирующими входами четвертого и шестого элементов ЗАПРЕТ, причем выход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с управляющим входом первого Ьходного ключа, выход третьего эле