Функциональный генератор Советский патент 1988 года по МПК H03K4/06 

оь

4 4

Ла1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве задающего генератора в системах управления мощных тирис- торных преобразователей специального назначения для генерирования периодических и одиночных импульсов тока различной формы и длительности в диапазоне от ультразвуковых до инфраниз- ких частот.

Целью изобретения является повьше- ние точности аппроксимации выходного напряжения при одновременном расширении функциональных возможностей.

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу генератора.

На фиг. 2 обозначено: а - сигнал на неинвертирующем выходе триггера, б - сигнал на выводе второго разряда второго запоминающего блока} в - сигнал на выходе третьего разряда второго запоминающего блока; г - сигнал на выходе четвертого разряда второго запоминающего блока; д - сигнал на выходе щестого разряда второго запоминающего блока; е - напряжения на втором выходе управляемого генерато- ра тактовых импульсов и на выходе генератора пилообразного напряжения; ж - сигнал на выходе формирователя импульсов; з - сигнал на Выходе компаратора; и - сигнал на выходе ин- вертора; к - напряжение на выходе блока выборки и хранения; л - напряжение на выходе цйфроаналогового преобразователя; м - напряжение на входе фильтра низкой частоты; н - напря жение на выходной щине.

Функциональный генератор содерЗкит управляемый генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 импульсов, счетчик 3 импуль.сов, первый и второй запоминающие блоки 4, 5, диодно-рези тивную матрицу 6, цифроаналоговый преобразователь 7, блок 8 выборки и хранения, первый и второй электронны ключи 9, 10, инвертор 11, фильтр 12 низкой частоты, компаратор 13, генератор 14 пилообразного напряжения, RS-триггер 15, резисторы 16 и 17, конденсаторы 18 и 19, кнопку 20 упраления, выключатель 21, выходную шину 22.

Вьпсод управляемого генератора 1 соединен через формирователь 2 с входом счетчика 3 и управляюгцим входом

5

Q

c

0 0 5 о

з CQ 5

блока 8. Выход счетчика 3 соединен с адресными входами запоминающих блоков 4 и 5. Выходы запоминающего блока 5 соединены с входами матрицы 6, выход которой соединен с управляющим входом управляемого генератора t. Выходы запоминающего блока 4 соединены с вхо- дами цйфроаналогового преобразователя 7, выход которого связан с фильтром 12 через первый электронный ключ 9 и соединенные последовательно блок 8 и второй электронный ключ 10. Управляющий вход первого электронного ключа 9 соединен с выходом компаратора 13 через инвертор 11, а управляющий вход второго электронного ключа 10 - непосредственно. Инвертирующий вход компаратора 13 соединен с вторым выходом управляемого генератора 1 , а неинвертирующий - с выходом генератора 14. Входы RS-триггера 15 соединены через резисторы 16 и 17 с плюсом источника питания. Вход S соединен через конденсатор 18 со стар- щим значащим разрядом счетчика 3, а вход R через конденсатор 19 и контакты кнопки 20 - с общей шиной. Неинвертирующий выход триггера 15 соединен с входом сброса счетчика 3 и через выключатель 21 - с общей шиной. Выход фильтра 12 соединен с выходной шиной 22.

Управляемый генератор 1 представляет собой релаксационный генератор в iKOTopoM заряд конденсатора осуществляется генератором постоянного тока. Вход управления генератора постоянного тока является управляющим входом генератора 1. Выход порогового элемента релаксационного генератора является первым выходом генератора 1 .

Запоминаюгцие блоки 4 и 5 представляют собой программируемое постоянные запоминающие устройства (ППЗУ).

Рассмотрим работу устройства на примере кусочной аппроксимации одиночного импульса колоколообразной формы девятью отрезками. После подачи напряжения питания на выходе триггера 15 устанавливается напряжение, соответствующее логической единице (фиг.2а). Счетчик 3 сбрасывается, и на адресных запоминаюорпс блоков А и 5 устанавливаются нулевые адреса. Запоминающий блок 4 программируется на запоминание кодов напряжений, соответствующих начальной и

конечной точкам аппроксимирующих от- резкор, а в запоминающем fi.noKe 5 записываются временные интервалы или продолжительность во рремени каждого из аппроксимирующих отрезков. При нулевом адресе код на выходе запоминающего блока 4 соответствует логическому нулю. Напряжение на выходе циф- роаналогового преобразователя 7 также равно нулю. На втором выходе запоминающего блока 5 появляется запрограммированная для нулевого адреса логическая единица. Резисторы матрицы 6 подобраны таким образом, что первый из них (с минимальным сопротивлением) обеспечивает минимальную длительность тактового импульса управляемого генератора 1 1-i)t, второй - 2-Jt, третий - 3-Jt и т.д. Если в матрице 6 десять диодно-резис- тивных цепочек, то с помощью запоминающего блока 5 можно задавать десять значений длительности также с шагом в 1/10. После включения питания управляемый генератор 1 генерирует тактовые импульсы длительностью 2-4t Формирователь 2 формирует короткие импульсы прямоугольной формы (фиг.2ж) длительность которых достаточна для правильной работы блока, а по заднему фронту этих импульсов происходит переключение счетчика 3, если на его входе R присутствует логический ноль. В результате сравнения в компараторе 13 пилообразного напряжения с конденсатора, входящего в управляемый генератор 1, и пилообразного напряжения повышенной частоты на выходе генератора 14 (фиг.2е) на выходе компаратора 13 и инвертора 11 присутствуют взаимно противофазные последовательности импульсов (фиг.2з,и), поочередно замыкающие электронные ключи 9 и 10. Так как на выходе цифроаналогово- го преобразователя 7 и, следовательно, на выходе блока 8 напряжение равно нулю, (фиг.2к,л), нулевое напряжение будет и на выходной шине 22. В таком режиме устройство находится до нажатия кнопки Пуск 1, когда триггер 15 переключается и сигнал ноль на его выходе разрешает счетчику 3 переключаться по заднему фронту сигнала формирователя 2 (фиг.2а,ж). Счетчик выполняет счет до 9. При первом переключении счетчика 3 адрес 0001 выбирает р запоминающем блоке 4 слово, соответствующее напряжению

кс иечной точки первого аппроксимирующего отрезка (фиг.2л). Напряже нис иача.пьной точки, зафиксированное в блоке, равно нулю (фиг.2к). Этот же адрес выбирает в запоминающем блоке 5

слово 0100000, т.е. единицы

появляются на шестом его выходе (фиг.2д). Конденсатор в управляемом

Q генераторе 1 заряжается через шестой резистор матрицы 6, определяя длительность первого такта как b-ut. (фиг.2д). В результате сравнения пилообразных напряжений (фиг.2е) на

g выходе компаратора 13 и инвертора 11 появляются противофазные последовательности импульсов, показанные соответственно на фиг.2з,и. Эти последовательности управляют ключами 9 и 10

Q с частотой, равной частоте генератора 14, таким образом, что скважность напряжения в течение каждого такта на выходе ключа 10 монотонно убывает от 1 до О, а на выходе ключа 9 моно5 тонно возрастает от О до 1. При этом форма сигнала на входе фильтра 2, показанная для первого такта на фиг.2м, определяет получение на его выходе напряжения, линейно возрастающего от

„ нуля до значения, закодированного в запоминающем блоке и по адресу 0001. В конце первого такта длительностью 6-at пилообразное напряжение на конденсаторе в управляемом генераторе 1 сбрасывается и формируется импульс на выходе формирователя 2 (фиг.2ж). На время длительности этого импульса происходит подключение запоминающего конденсатора блока 8 к выходу цифроаналогового преобразователя 7 и он заряжается до напряжения, соответствующего адресу 0001, т.е. соответствующего конечной точке первого аппроксимирующего отрезка и начальной точке второго.

Задний фронт импульса прекращает операцию выборки в блоке 8 и переключает счетчик 3. На выходе счетчика 3 устанавливается адрес 0010. Этот адрес выбирает в запоминающем блоке

4 слово, определяющее появление напряжения, соответствующего конечной точке второго аппроксимирующего отрезка (фиг.2л), а напряжение для начальной точки уже хранится в блоке 8

5 (фиг.2к). По этому же адресу.в запоминающем блоке выбирается слово ..,. 0100, т.е. единица появляется на третьем его выходе, определяя

0

5

время второго такта 3-jt (фиг.2в). Ключи 9 и 10 переключаются с повышенной частотой, определяя формирование второго линейного аппроксимирующего участка (фиг.2м,и). Операции во всех последующих тактах аналогичны. Различие состоит в том, что из запоминающих блоков 4 и 5 выбираются согласно заранее заложенной в них программе различные коды значений напряжений и длительностей тактов. В предложенном примере осуществляется кусочно-линейная аппроксимация сигнала колоколообразной формы (фиг.2в). После окончания девятого такта на выходе старщего разряда счетчика 3 происходит переключение с логической 1 на О. Дифференцированный сигнал через конденсатор 18 переключает по входу S триггера 15, и на его выходе появляется 1 (фиг.2а), вызыва сброс счетчика 3 и прекращение счета Схема возвращается в исходное состояние. Напряжение на выходе устройст- на равно нулю. Процесс формирования одиночного импульса закончен. Если необходимо формирование периодической последовательности импульсов, следует включить выключатель 21 Пуск 2. На входе счетчика 3 появляется сигнал О и он будет считать непрерывно. Интервал между импульсами также должен быть запрограммирован в запоминающих блоках 4 и 5.

При необходимости изменения фор- M.I сигнала достаточно с помощью штепсельного разъема отсоединить запоминающие блоки 4 и 5 и подключить другой модуль с другим запрограммированным сигналом. Наборы таких моду лей ППЗУ, хранящие данные о длительности и амплитуде аппроксимирующих отрезков, могут быть подключены к общим шинам времени и амплитуды соответственно, и переход с сигнала одно формы к сигналу другой формы осуществляется подачей соответствующих сигналов на разрешающие входы требующейся пары ППЗУ.

Повышение точности аппроксимации выходного напряжения достигается за счет того, что функция аппроксимируется не в виде ступенчатой линии, а в виде ломаной.

Таким образом, расширение функцио нальных возможностей генератора достигается за счет возможности формирования как одиночных, так и периодически повторяющихся сигналов.

0

5 5

0

5

0

Формула изобретения

Функциональный генератор, содержащий управляемый генератор тактовых импульсов, последовательно соединенные счетчик импульсов, первый запоминающий блок и цифроаналоговый преобразователь, а также фильтр низкой частоты, выход которого соединен с вь(ходной шиной, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности аппроксимации выходного напряжения при одновременном расширении функциональных возможностей, в него введены второй запоминаю1ций блок, диодно-резистивная матрица, формирователь импульсов, блок выборки-хранения, первый и второй электронные ключи, инвертор, компаратор, RS-триг- гер, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, кнопка управления, выключатель и генератор пилообразного напряжения, причем формирователь импульсов включен между первым выходом управляемого генератора, тактовых импульсов и входом счетчика импульсов, выход цифроаналогово- го преобразователя соединен с входами первого злектронного ключа и входом блока выборки-хранения, выход которого соединен с входом второго электронного ключа, выход которого соединен с выходом первого электронного ключа и входом фильтра низкой частоты, управляющий вход блока выборки-хранения соединен с выходом формирователя импульсов, а управляющие входы электронных ключей, первого через инвертор, а второго непосредственно подключены к выходу компаратора, инвертирующий вход которого соединен с вторым выходом управляемого генератора тактовых импульсов, а неинвертирующий - с выходом генератора пилообразного напряжения, при этом входы S и R RS-триггера подключены через первый и второй резисторы соответственно к шине питания, а также соответственно через первый конденсатор - к старшему значащему раз- ряду счетчика и через соединенные последовательно второй конденсатор и кнопку - к общей шине, а выход RS-триггера подключен к входу сброса счетчика импульсов и через выключатель - к общей шине, причем входи второго запоминающего блока соединены поразрядно с выходами счетчика им- импу.пьсов, а выхо/ть - поразрядно с

входами диод1К1-ре1Истип 1(1й млтршц., выход которой соединен с управляющим

а ,и

иходом управляемого генератора тактовых импульсов.

ri

Изобретение может быть использовано в качестве задающего генератора в системах управления мощных ти- ристорных преобразователей специального назначения для генерирования периодических и одиночных импульсов тока различной формы н длительности в диапазоне от ультразвуковых до ин- франизких частот. Функциональный генератор содержит управляемый генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 3 и пyльcoв, запоминающие блоки 4, 5, цифроаналоговый преобразователь 7, фильтр 12 низкой частоты, выходную шину 22, диодно-резистивную матрицу 6,, формирователь 2 импульсов, блок 8 выборки-хранения, электронные ключи 9, 10, инвертор П, RS-триггер 15, резисторы 16, 17, конденсаторы 18, 19, кнопку 20 управления, выключатель 21, генератор 14 пилообразного напряжения. Функциональный генератор имеет повышенную точность аппроксимации выходного напряжения при одновременном расширении функциональных возможностей. 2 ил. S С/: с

Ы/ тшшштттмшш

Л( iU

о п

I П

IX

пппп п пп п пп ппп пп п пп пппп г п ппппгт пп п пп ппп пп п пп ппппп/

пппт

и

I П

IX

ТНЬппппп

.2