Стабилизированный генератор треугольного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H03K4/06 

,

Изобретение относится к импульсной технике, и может быть использовано в устройствах автоматического регулирования.

Цель изобретения - повьшение быст- |5одействия за счет увеличения в два раза скорости переходных процессов установления заданной амплитуды тре- Ьтольного напряжения при изменении ходной частоты.

I На фиг, 1 показана структурная |Схема генератора; на фиг. 2 - схема |блока управления наклоном; на фиг.З - схема модулятора; на фиг. 4 - времен|ные диаграммы работы устройства. I Предлагаемый генератор (фиг.1) со- рержит блок 1 управления наклоном, Модулятор 2, интегратор 3 и инвертор :4, соединенные последовательно, ис- ;точник 5 опорного напряжения, первый :6 и второй 7 пороговые элементы, эле- |мент 8 задержки, блок 9 управления, |шину 10 управляющего напряжения, ши- |ну 11 импульсов синхронизации, пер- ;вую 12 и вторую 13 выходные шины. :Вход блока 1 соединен с шиной 11, а его выход - с вторым входом модулятора 2. Выходы интегратора 3 и инвертора 4 соединены с первыми входами пер вого 6 и второго 7 пороговых элемен- ;Тов соответственно, а также с первой 12 и второй 13 выходными шинами соответственно. Вторые входы первого 6 и второго 7 пороговых элементов сое- :динены с выходом источника 5, а выхо- ;ды - с первым и вторым входами блока 9 управления соответственно, третий вход которого соединен с шиной 11 и через элемент 8 задержки с его же четвертым входом. Первый ц второй выходы блока 9 управления соединены с первьш и вторым управляющими входами блока 1, а с третьего по шестой выходы соединены соответственно с пер вым, вторым, третьим и четвертым входами модулятора 2.-

Блок 9 управления содержит с первого по шестой элементы НЕ 14-19, с первого по четвертый элементы И 20- 23, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИПИ 24 и элемент 2И-2ИЛИ 25, при этом вход первого элемента НЕ 14 является первым входом блока 9 управления и соединен с первым входом элемента 2И-2ИЛИ 25, а выход соединен с первым входом первого элемента И 20, вход второго элемента НЕ 15 является вторым входом блока 9 управления и соединен с вто25

30

5

Ю

5 3540 р-45jg55рым входом элемента 2Н-2ИЛИ 25, а выход соединен с первым входом второго элемента И 21, вход третьего элемента НЕ 16 является третьим входом блока 9 управления и соединен с гтервыми входами четвертого элемента И 23 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИПИ 24, а выход соединен с первым входом третьего элемента И 22, второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 является четвертым входом блока 9 управления, а выход является первым выходом блока 9 управления и соединен через четвертый элемент НЕ 17 с вторыми входами третьего 22 и четвертого 23 элементов И, выходы которых соединены с вторыми входами первого 20 и второго 21 элементов И соответственно, а также с третьим и четвертым входами элемента 2И-ИЛИ 25, выход которого является вторым входом блока 9 управления, выходы первого 20 и второго 21 элементов И являются шестым и пятым выходами блока 9 управления, а также соединены соответственно с входами пятого 18 и шестого 19 элементов НЕ, выходы которых являются соответственно четвертым и третьим выходами блока 9 управления.

Блок 1 (фиг. 2) содержит первый 26 и второй 27 резисторы, первый 28 и второй 29 ключи, конденсатор 30 и повторитель 31 напряжения. Первый вывод резистора является входом блока 1, а второй соединен с входом первого ключа 28, выход которого соединен с ВЫ.ХОДОМ второго ключа 29, через конденсатор 30 - с общей шиной, которая через второй резистор 27 соединена с входом второго ключа 29, выход которого также соединен с входом повторителя 31, выход которого является выходом блока 1, первым и вторым управляющими входами которого являются упра.вляюш;ие входы первого 28 и второго 2,9-ключей соответст- венио,

Модулятор 2 (фиг. 3) содержит с первого по четвертый ключи 32-35, с первого по четвертый резисторы 36-39 и операционный усилитель 40, выход которого является выходом модулятора 2 и через третий резистор 38 соединен с его же инвертирующим входом. Входы первого 32 и второго 33 ключей являются первым и вторым входами модулятора соответственно, а их выходы соединены с входами соответственно

третье I D 34 н четвертого 35 ключей, а также через соответственно первый 36 и второй 37 резисторы - с инвертирующим и неинвертирующим входа- .ми операционного усилителя 40. Выходы третьего и четвертого ключей 3 35 соединены с общей шиной, а через четвертый резистор 39 - с неинвертирующим входом операционного усилителя 40.

Блок 9 (фиг. 1) может быть выполнен и по другой схеме, но должен реализовывать следующие Булевы функции: UY1 1 и2+1Л U2; (Ul tp+u1 tp) ; UY3 yiUY1tp; UY4 U1UY1tg;

,

где UYi, ,6 - логический сигнал н i-M выходе блока управления;

U1 - последовательность симметричных прямоугольных входных имрульсов на шине 11 синхронизирующих работу устройства; U2 - последовательность задержанных симметричных прямоугольны импульсов с выхода элемента 8;

tp - выходные сигналы первого 6 и второго 7 пороговых элементов соответственно. Блок также может быть выполнен и на одном программируемом постоянном запоминающем устройстве (например, микросхеме К155 РЕЗ, если в ней част входов и выходов не использовать).

Генератор работает следующим образом.

Входные импульсы U1 (фиг.4а) по-г ступают на вход элемента 8 (фиг. 1) и преобразуются в импульсы U2 (фиг.4б), задержанные относительной На интервале времени, когда U1 и U2 одновременно равны логической единице, блок 9 управления на третьем и шестом выходах вырабатывает импульсы (фиг. 4ж, л), равные логической единице, а на четвертом и пятом выходах (фиг. 4з.к) - импульсы, р-авные логическому нулю. При этом в модуляторе 2 ключи 32 и 33 замкнуты, а ключи 33 и 34 разомкнуты.. Модулятор 2

t;,

пропускает на вход интегратора 3 напряжение с блока 1 (фиг. 4,н). не изменяя его знака. Напряжение на выходе интегратора 3 (фиг.1) уменьшается линейно во времени, а на выходе инвертора 4 увеличивается (фиг. 4о). Когда напряжение на выходе инвертора 4 достигает напряжения, равного

0 напряжению U на выходе источника 5, на выходе второго порогового элемента 7 появляется сигнал tp (фиг.4д), равный логической единице, в результате чего в модуляторе 2 ключ 32 раз-

5 мыкается, а ключ 34 замыкается. При этом вход интегратора 3 подключается к общей щине и напряжение на его выходе до момента времени, пока сигнал U2 ,не станет равным логическому нулю

0 сохраняется равным минимальному значению Up, а на выходе инвертора 4- максимальному значению +U (фиг.4о) соответственно. Блок 9 вырабатывает импзшьс UY2 (фиг.4е), который посту5 пает на управляющий вход ключа 29 в блоке 1. Ключ 25 замыкается и осуществляется импульсный разряд конденсатора 30 через токоограничивающий ре- ристор 27 на общую шину источника питания. Разряд прекращается в тот но-- мент времени, когда сигнал U1 становится равным нулю. На интервале времени, когда сигнал U1 равен логическому нулю5 а U2 - логической единице, блок управления вырабатьшает импульс Y1 (фиг. 4в), который поступает на управляющий вход ключа 28 в блоке 1. Ключ 28 замыкается и осуществляется импульсный заряд конденсатора 30 и ыины 10 через резистор 26. Заряд прекращается в. тот момет времени, когда сигнал U2 становится равным нулю.

На интервале времени, когда сигналы U1 и U2 одновременно равны логическому нулю, блок 9 управления вырабатывает импульсы UY4 И UY5 (фиг. 4з, к), равные логической единице, а UY3 и UY6 (фиг. 4ж,л) - импульсы, равные

Q логическому нулю. При этом в модуляторе 2 ключи 33 и 34 замкнуты,, а ключи 32 и 35 разомкнуты. Модулятор 2 пропускает на вход интегратора 3 напряжение с блока 1 с обратным знаком

е (фиг. 4н). Напряжение на выходе интегратора 3 (фиг. 1) линейно возрастает, а на выходе инвертора 4 линейно уменьшается (фиг. 4о). Когда напряжение на выходе интегратора достигает

0

5

0

5

напряжения, равного напряжение U на выходе источника 5, на выходе первого порогового элемента 6 появляется сигнал tp (фиг. 4г), равный логи- ;ческой единице, в результате чего ; ключ 33 в модуляторе 2 размьжается, а 1СЛЮЧ 33 -замыкается. При этом вход : интегратора 3 вновь блокируется и : напряжение на его выходе до момента I времени, пока сигнал U2 не станет рав ным логической единице, сохраняется ; равным максимальному значению +и„,

а на выходе инвертора 4 - минималь ному значению -U (фиг.Ао) соотват- ственно.

I На интервалах времени, когда сиг- налы U1 и U2 равны логическому нулю, сигнал tp - логической единице и ког- ; да сигнал U1 равен логической едини- I це, а сигнал U2 - логическому нулю ; аналогично происходят соответственно разрядный и зарядный циклы кoндeнca- i тора 30 в блоке управления наклоном

(фиг. 4м). Далее алгоритм работы уст- ; ройства повторяется.

Рассмотрим процесс стабилизации амплитуды треугольного напряжения на уровне U. Пусть генератор работал на нектоторой фиксированной часто- те. Временные диаграммы для данного случая приведены на фиг, 4, а алго ритм работы устройства указан.

Предположим, что частота входных импульсов увеличилась. Однако уста- новившееся значение напряжения на конденсаторе 30 сразу не изменится и наклон напряжения на выходе интегратора 3 в первый момент останется прежним. Тогда за длительность полупериода . входных импульсов, который при увеличении входной частоты уменьшается, выходное напряжение интегратора 3 (инвертора 4) не достигнет уровня напряжения , следовательно, не про изойдет срабатывания первого (второго) порогового элемента 6 (7). Это приведет к тому, что исчезнут разрядные импульсы tp (tp) и ключ 29 в блоке 1 управления наклоном перестанет срабатьшать. После этого начнется пег реходной процесс дозаряда конденсатора 20 до значения напряжения, характеризующего новый установившийся ре- ямм, соответствующий увеличенной

. частоте входных импульсов.

Предположим, что частота входных импульсов yMeHbniHJiacb. Как и в предыдущем случае, установившееся значение

0

5

0

c 0 г

0

5

напряжения на конденсаторе 30. сразу не изменится и наклон напряжения на выходе интегратора 3 в первый момент останется прежним. Тогда за длительность полупериода входных импульсов, которая при уменьшении входной частоты увеличилась, выходное напряжение интегратора 3 (инвертора 4) достигнет уровня напряжения t с выхода источника 5 и произойдет срабатывание первого (второго) порогового элемента 6 (7). Однако длительность разрядных импульсов tp (tp) увеличится на ту же величину, что и полупериод входных импульсов. После этого начнется переходной процесс разряда конденсатора 30 до значения напряжения, характеризующего новый установившийся режим, соответствующий уменьшенной частоте входных импульсов.

В известном устройстве переходные процессы при изменении входной частоты идут в два раза медленнее, чем в предлагаемом, поскольку зарядно- разрядные циклы накопительных конденсаторов, приводящие к изменению на- ,пряжения на них, происходят один раз за период входных импульсов. В предлагаемом устройстве зарядно-разрядные циклы накопительного конденсатора происходят в каждый полупериод входных импульсов, что повьшает быстродействие устройства

Таким образом, .предлагаемый генератор обладает более высоким быстродействием, чем известный.

Формула изобретения

Стабилизированньй генератор треугольного напряжения, содержащий блок управления наклоном, вход которого соединен с шиной управляющего напряжения, а выход - с первым входом модулятора, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом первого порогового элемента и через инвертор - с первым входом второго порогового элемента, причем вторые входы первого и второго пороговых элементов соединены с выходом источника опорного напряжения, а выходы - с первым и BTopbiM входами блока управления у; третий вход которого соединен с шиной импульсов синхронизации, причем первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с

/

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в устройствах автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет ускорения в два раза переходных процессов установления заданной амплитуды треугольного напряжения при изменении его частоты. В устройство, содержащее блок 1 управления наклоном, модулятор 2, интегратор 3, инвертор 4, источник 5 опорного напряжения, пороговые элементы 6,7, блок 9 управления, введен элемент 8 задержки, новые связи, а блок 9 управления содержит инверторы 14-19, элементы И 20-23, элемент исключающее ИЛИ 24 и элемент 2И - 2ИЛИ 25. В блоке 1 управления наклоном формируется напряжение, поступающее через модулятор 2, который может изменять полярность этого напряжения, на интегратор 3. При достижении треугольным напряжением значения, задаваемого источником 5,в блоке 1 происходит уменьшение управляющего напряжения, а если амплитуда треугольного напряжения не достигает заданного значения, напряжение в блоке 1 увеличивается. Благодаря отличительным признакам изменения напряжения в блоке 1 происходят в два раза чаще. 2 з.п. формулы. 4 ил.

Фиб.2

Фие. 3

й

S

г

в ж

J

и

х J

м и

t J

J i t

Фие.