Генератор пилообразного напряжения с переменной крутизной Советский патент 1989 года по МПК H03K4/08 

.S

О)

с

4ib D СП

CD 00

ю

tfttff /

жения, делитель 7 напряжения, клкяш 9-12, блок 23 вычитания, блок 24 управления. В генератор введены источник 6 опорного напряжения, счетчик 14 г импульсов, переключатель 13, дешифратор 15, компараторы 16,17„ элемент ИЛИ 18, триггер 19, инверторы 20,30, элементы И 21, 22, 31. Крутизна нарастания пилообразного напряжения на ши- 10 не 26 определяется масштабным резистором 3, величина сопротивления которого определяется кодом в счетчике 14, равным номеру формируемого поддиапа15

зона. При этом нащ яжс иие нл операционного усилителя 1 поочередно нарастает и убывает, а напряжение на шине 26 все время нарастает за счет действия блока 23 вычитания и-блока 23 переключателя. Переход с одного поддиапазона на другой происходит при срабатывании компараторов 16 или 17. Для измерения периода входных импульсов номер поддиапазона фиксируется в регистраторе 29, а величина напряжения на шине 26 - в блоке 18 выборки-хранения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в генераторах развертки и измерителях периода следования импульсов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону, геометрической прогрессии. Кроме того, обеспечивается возможность измерения периода следования импульсов. Генератор содержит операционный усилитель 1, конденсатор 2, масштабный резистор 3, источники 4,5 опорного напряжения,делитель 7 напряжения,ключи 9-12,блок 23 вычитания,блок 24 управления.В генератор введены источник 6 опорного напряжения,счетчик 14 импульсов,переключатель 13,дешифратор 15,компараторы 16,17,элемент ИЛИ 18,триггер 19,инверторы 20,30,элементы И 21,22,31.Крутизна нарастания пилообразного напряжения на шине 26 определяется масштабным резистором 3,величина сопротивления которого определяется кодом в счетчике 14,равным номеру формируемого поддиапазона.При этом напряжение на выходе операционного усилителя 1 поочередно нарастает и убывает, а напряжение на шине 26 все время нарастает за счет действия блока 23 вычитания и блока 13 переключателя. Переход с одного поддиапазона на другой происходит при срабатывании компараторов 16 или 17. Для измерения периода входных импульсов номер поддиапазона фиксируется в регистраторе 29, а величина напряжения на шине 26 в блоке 18 выборки-хранения. 2 з.п.ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова- но при построении многодиапазонных информационно-измерительных.устройств и систем, в частности, при построении широкодиапазонных аналоговых и аналого-цифровых частотомеров и измерите- лей периода следования импульсов, а также при построении блоков горизонтальной развертки электронных и электромеханических регистраторов, например, локационных систем в широком диапазоне локационного обзора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону геометрической прогрессии, а также за счет обеспечения возможности измерения периода следования импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора пилообразного напря- жения с переменной крутизной; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Генератор пилообразного напряжения с переменной крутизной содержит операционный усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2, масштабный резистор 3, с первого по третий источники 4-6 опорного напряжения, делитель 7 напряжения, аналоговый инвертор 8, с первого по четвертый ключи 9 - 12, двухпозиционный переключатель 13, счетчик 14 импульсов, дешифратор 15, первый 16 и второй 17 компараторы, элемент ШШ 18, триггер 19, логический инвертор 20, первый 21 и второй 22 элементы И, блок 23 вычитания, блок 24 управления, входную шину 25 управления, выходную шину 26 мантис,сы, выходную шину 27 масштаба. Генератор пилообразного напряжения с переменной крутизной также содержит блок 28 выборки-хранения, регистратор 29 кода масштаба, логический инвертор 30, элемента И 31.

Выход операционного усилителя 1 через конденсатор 2 соединен с его инвертирующим входом, с выходом масштабного резистора 3 и с -первым выводом источника 6, второй вывод которого через первый ключ 9 связан с выходом операционного усилителя 1, соединенным с информационным входом второго ключа 10, с первым входом переключателя 13 и с первыми входами компараторов 16 и 17, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами соответственно делителя 7, связанного своим входом с выходом источника 5 и с вторым входом переключателя 13, выход которого соединен с вторым входом блока 23, первый вход которого связан с выходом ключа 10, а выход блока 23 соединен с выходной шиной 26, выходная шина 27 соединена с цифровым выходом счетчика 14, соединенным через дешифратор 15 с цифровым управляющим входом масштабного резистора 3, вход которого соединен с выходами третьего 11 и четвертого i12 ключей. ,Информационный вход третьего ключа 11 соединен с первым выходом первого источника 4 и входом аналогового инвертора 8, выход которого соединен с информационным входом четвертого ключа 12. Управляющие входы ключей 12 и 11 соединены с выходами элементов И 21 и 22, первые входы которых подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему

ныходам триггера 19, Вторые входы элементов И 21 и 22 подключены к выходу логического инвертора 20, вход которого соединен с вторым выходом .блока 24, вход которого соединен с входной шиной 25 устройства, а первый выход блока 24 соединен с управляющим входом ключа 9 и входом сброса счетчика 14, счетный вход которого связан с выходом элемента ИЛИ 18, входы которого подключены к выходам компараторов 16 и 17. Выходы компараторов 16 и 17 соединены соответственно с входом установки в единичное состояние и входом сброса триггера 19. Второй выход источника 4 соединен с шиной нулевого потенциала. Выходная шина 26 выходного сигнала соединена с информационным входом блока 28, связанного своим управляющим входом с управляющим входом регистратора 29 и выходом элемента 31, первый вход которого соединен с вторым выходом блока 24, соединенного своим первым выходом через логический инвертор 30 с вторым входом элемента И 31. Цифровой вход регистратора 29 соединен с выходной шиной 27.

В одном из возможных вариантов блок 23 содержит операционный усилитель 32 и два резистора 33 и 34. Первым входом блока 23 является неинвертирующий вход операционного усилителя 32, инвертирующий вход которого через резистор 33 соединен с вторым входом блока 23, выходом которогю является выход операционного усилителя 32, связанный с его инвертирующим входом через резистор 34.

В одном из возможных вариантов блок 24 может содержать, например, одновибратор 35, линию 36 задержки и элемент И 37. Вход одновибратора 35 является входом блока 24, вторым выходом которого является выход одновибратора 35, соединенный с входом линии 36 и с первым входом элемента И 37, второй вход которого соединен с выходом линии 36, а выход элемента И 37 является первым выходом блока 24.

В одном из возможных вариантов делитель 7 напряжения может быть выполнен резистивным, содержащим резисторы 38 - 40, .соединенные в последЪ- вательную цепь, включенную между входом делителя 7 и шиной нулевого потенциала, связанной через резистор

5982 6

40 -с первым выходом делителя 7, второй выход которого соединен с его . входом через резистор 38.

Генератор работает следующим образом.

С приходом очередного импульса Щг5} управления в момент времени t на входную шину 25 и вход запуска

д блока 24 управления (фиг, 2а) блок 24 на своих первом и втором выходах вырабатывает управляющие сигналы соответственно и, ,и 24-2 (фиг.2в,б). Если нет ограничений на величину вре)5 мени переходных процессов, происходящих в устройстве с момента прихода каждого управляющего импульса на входную шину 25, то генератор может быть использован в качестве измерите20 ля периода следования импульсов. Тогда начало действия импульса 2.4-1 в момент tj отстоит от момента t. начала действия импульса U 4-2 тервал времени, достаточный для вы25 борки блоком 28 напряжения с выходной шины 26, характеризующего период следования импульсов предыдущего цикла измерения, с масштабом представления величины этого напряжения, одноврегэп менно выбираемом регистратором 29 с . выходной шины 2 7.

Длительность импульса , заканчивающегося в момент tj одновременно с импульсом U.j4-t достаточна для заряда интегрирующего конденсато ра 2 до напряжения источника 6.

Под действием сигнала 24-1 второго выхода блока 24 на выходе логического инвертора 20 с момента t, формируется ншфяжение уровня логического нуля (фиг. 2з), отчего уровень напряжения на выходах элементов И 21 и 22 принимает нулевое значение, и в результате действия нулевых уровней напряжения на управляющих входах ключей 11 и 12 с момента t последние размыкаются. При этом ток через масштабный резистор 3, а также и ток через конденсатор 2 равны нулю, а напряжение, полученное интегрирующим конденсатором 2 в процессе формирования пилообразного напряжения в предыдущем цикле измерения, сохраняется неизменным до момента времени t замыкания ключа 9 под действием управ ляющего сигнала , поступающего с блока 24.

Так как при этом выходное нацря- . жение операционного усилителя 1,

40

45

50

действующее на первом входе компаратора 16, принимает значение II, напряfe

Ленин источника 6, меньше величины 1|апряжения поступающего на его ход с первого выхода делителя 7, то

момента t на выходе компаратора ||б формируется напряжение уровня ло- г+ической единицы (фиг. 2д) , отчего триггер 19 взводится и сформирован- v.oe при этом на его неинвертирующем Еыходе напряжение уровня логической единицы (фиг, 2ж) поступает на пер- Еый вход элемента Н 21.

Одновременно импульсом напряжения 1и.,1 с момента t сбрасывается счетчик 14 до исходного нулевого значения N, его кода (фиг,2н), который поступает на выходную шину 27 и вход дешифратора 15, выходной код G ко- торого поступает на цифровой управляющий вход масштабного резистора 3.

С момента t окончания действия импульса V f, на втором выходе блока 24, выходе логического инверто- ра 20 формируется напряжение уровня логической единицы, поступающее на вторые входы элементов И 21 и 22. Н апряжение единичного уровня, сфор- Иированное-в момент t на выходе эле Цента И 21, поступает на управляющий ключа 12, отчего последний замы к|ается, подключая выход аналогового и|нвертора 8 к инвертирующему входу о перационного усилителя 1 через со- гфотивление Кэ(С,) масштабного резис тЬра 3, определенное выходным кодом G дешифратора 15, и обеспечивая в указанной цепи ток I , величиной

(1)

I UiiI (31 RjCG)

где f(4) величина напряжения источника 4 опорного напряжения.

При этом с момента tj на выходе операционного усилителя 1 формируетс линейно изменяющееся напряжение /tj ., поступающее на информационый вход ключа 10 и первый вход переключателя 13. Под действием на управляющих входах ключа 10 и переключате пя 13 напряжения уровня логического нуля с инвертирующего выхода триггера 19 ключ 12 разомкнут, а первый вход переключателя 13 замкнут с его выходом. Так как в результате этого напряжение на первом входе блока 23 отсутствует, то выходное напряжение U/ jj/tj i J последнего, а следовательно, и напряжение на выходной ши

0

5 0

0

5

не 26 повторяет в мерном поддипиачоис. формирования его выходной величины выходное напряжение операционного усилителя 1 и определяется как

U(53/t (,,/t, - i-« tt (2)

(3.- c;- r/GV 3

;: де M,- - -- :-- - масштаб представле- (, напряжения на

выходе операционного усилителя 1 и на выходной шипе 26 в первом поддиапазоне формирования его выходной величины. Выбрав величину напряжения равной

((4-t,), .(3)

получаем

,/t36t t,M,(t-t)M,.-C, (4) где Г - текущее время, отсчитьшаемое от момента t .

При достижении в моменты t и t - выходным напряжением операционног о усилителя 1 уровней напряжений соответственно и.,) и и (7-1) первого и второго выходов делителя 7 (фиг.2г) уровень вьрсодного напряжения компаратора 16 изменяется с логической единицы на логический нуль (фиг.2д), а на выходе компаратора 17 в момент t формируется импульс напряжения уровня логической единицы (фиг.2е), поступающий через элемент ИЛИ 18 на тактовый (счетный) вход счетчика 14, отчего выходной код последнего с момента tj увеличивается на единицу младшего разряда (фиЕ.2н), принимая значение N,, и поступает на выходную шину 27 и вход дешифратора 15, выходной код G J которого с момента t 5. устанавливает новую величину R(Gj) сопротивления масштабного резистора 3.

Одновременно выходной импульс компаратора 17 поступает на вход сброса триггера 19, отчего последний сбрасывается и на его инвертирующем выходе с момента t j- формируется напряжение уровня логической единицы, поступающее на управлякяцие входы переключателя 13, ключа 10 и первый вход элемента И 22. Так как на втором входе этого элемента в это время действует напряжение единичного уровня с выхода логического инвертора 20, то с момента tg. на выходе элемента

И 22 формируется напряжение уровня логической (- дипнцы, поступающее на управляющий вход ключа 1, отчего последний sai-ibiKaerCH, подключая выходное напряжение U, положительной полярности источника 4 к аналоговому входу масштабного резистора 3, новая величина сопротивления R(G) которого обеспечивает с момента t новую величину протекающего через него тока

t(rR(

в противоположном направлении. В результате изменяется знак и величина крутизны формируемого операционным усилителем 1 напряжения U,)/t(j которое с момента t у начала второго

поддиапазона его формирования изменяется с величины напряжения U(. согласно выражения (фиг. 2г)

U(,, /t,, ,U(,, -(f- i,),

где - масштаб представL/j К ачЬ )

ления выходного -напряжения усилителя 1 во втором поддиапазоне формирования его выходной величины: i, t5-t.

Под действием напряжения уровня логической единицы на управляющем входе переключателя 13 его . второй вход замыкается с выходом. При этом с момента 15 на второй вход блока 23 подается напряжение U с выхода источника 5, а на первый вход блока 23 поступает выходное напряжение операционного усилителя 1 через замкнутый ключ 10. В результате напряжение на выходе операционного усилителя 32 блока 23 с момента ty формируется по закону (фиг. 2л)

U(«)(,,, , (7)

С учетом равенства (6), а также принимая во внимание, что

%r(r-trU(7-.)

(8)

И

(9)

Uo, (,.,;,, можно записать . U(3i,/ts (,,,,+U(,-2) -rU(,.2,-M

(i;-,)(,.,,(-,). (10)

Т; к

0

5

0

(11)

(7-1)

то выражение для выходного напряжения операционного усилителя 32 и блока 23 с момента tf представляется в виде

(13)/ - ,U(32,/t ,.

(12)

В момент t достижения выходным напряжением операционного усилителя 1 уровня напряжения U(,j с первого выхода делителя 7 на выходе компаратора 16 формируется импульс напряжения

уровня логической единицы (фиг.2г), поступающий через элемент ИЛИ 18 на счетный вход счетчика 14. Выходной код последнего увеличивается на единицу младшего разряда (фиг. 2н), принимая значение N, поступающее . на выходную шину 27 и через дешифратор 15 в виде кода G на цифровой управляющий вход масштабного резистора 3.

Одновременно в момент t выходной импульс компаратора 16 взводит триггер 19, отчего с момента t размыкается ключ 10, размыкаются второй вход и выход переключателя 13, а первый вход и выход последнего замыкают- ся под действием нулевого уровня напряжения на его управляющем входе с инвертирующего выхода триггера 19. На выходе операционного усилителя 1,

5 а также на выходе блока 23 с момента t начала третьего поддиапазона напряжение изменяется согласно выражения

0 U(,,,/t,. t.t,M3-r , .(13)

U(4)

С масштабом М,--„-тя Т его пред-

ставления.

В момент ty очередной импульс 5 управления приходит на вход запуска блока 24, формирующего на своих выхо- дах управляющие сигналы 1)44-1 и U 14-2

При использовании устройства в виде генератора пилообразного напряжения в момент t ключ 9 замыкается под

действием управляющего импульса и,, прошедшего с первого выхода блока 24 без задержки по отношению к импульсу 24-2 ° реализуется выбором нуле- вого времени задержки линии 36. Ключи 11 и 12 с момента t разомкнуты. В результате с момента t напряжение на конденсаторе 2 принимает значение

U j напряжения источника 6 и цикл 1 аботы генератора повторяется.

При использовании устройства в виде измерителя периода следования им- liyjibca выбор соответствующей величины адержки линии 36 блока 24 способствует формированию управляющего сиг- 1|ала U;j.,c задержкой на интервал вре- Йени ut по отношению к управляющему Сигналу и2.2, а следовательно, и к , выработке на выходе элемента И 31 с йомента прихода импульса U (j; напряжения уровня логической единицы длительностью 4t. Одновременно с момен- та прихода имтгульса вход бло- к|а 24 ключ 9 размыкается на время а t пЬд действием напряжения нулевого Зфовня на его управляющем входе, и не и|зменное с этого момента времени на- п|ряжение на выходе операционного уси л|ителя .1 и выходе блока 23, .пропорцио н|альное периоду следования импульсов с масштабом M,j его пред с(гавления

и

(13)

. (14)

в$1бирается блоком 28 под действием управляющего сигнала с выхода элемента И 31. Регистратор 29 кода масштаба тйкже фиксирует с момента t код Ng С;выходной шины 27.

По сравнению с известньм предла- устройство обладает более ши- рйкими функциональными возможностями за счет обеспечения формирования выходного пилообразного напряжения с крутизной, изменяющейся по закону геометрической прогрессии в соответствующих последовательно расположен- ных поддиапазонах формирования выходного сигнала.

По отношению к известному предлагаемое устройС гво обладает более йирокими функциональными возможнос- также за счет реализации измерения периода следования входных им- гнульсов, что дополнительно расширяет область его использования в многодиа пазонных измерительных устройствах и системах цифроаналоговой техники.

Ф ормула изобретения

5 0

5

л

5

четвертьи ключи, м.-кии габш.м рочисччур, первый и нторой источники опорного напряжения, делитель напряжения, блок вычитания, блок упраплсния, выходную шину мантиссы, входную шину управления, соединенную с входом блока управления, первый вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен с выходом операционного усилителя, соединенным с его инвертирующим входом через интегрирующий конденсатор и через второй ключ С первым входом блока вычитания, первый выход первого источника опорного напряжения соединен с информационным входом третьего клю«г ча, выход которого через масштабный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону геометрической прогрессии, в него введены счетчик импульсов, дешифратор, двухпозиционный переключатель, третий источник опорного напряжения, аналоговый инвертор, первый и второй компараторы, элемент ИЛИ, логический инвертор, триггер, первый и второй элементы Н, выходная шина масштаба, а масштабный резистор выполнен в виде кодоуправляемого сопротивления, цифровой управляющий вход которого соединен с выходом дешифратора, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и с выходной шиной масштаба, выходная шина мантиссы соединена с выходом блока вычитания, второй вход которого соединен а выходом переключателя, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя и с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами делителя напряжения, вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения и с вторым входом переключателя, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго ключа и с инвертирующим выходом триггера, информационный вход третьего ключа соединен с входом аналогового инвертора, выход которого через четвертый ключ соединен с выходом третьего ключа, управляющие входы четвертого и третьего ключей подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, первые входы которых соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим .выходами триггера, а вторые входы первого и второг о элементов И подключены к выходу логического инвертора, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый и второй входы которого под-, ключены соответственно к выходам пер- вого и второго компараторов, соединенным соответственно с входом установки в единичное состояние и с входом сброса триггера, причем вторые выходы первого и второго источников опор- 20 блока выборки-хранения и с выходом

ноге напряжения соединены с шиной нулевого потенциала, а первый и второй выходы третьего источника опорного напряжения подключены соответственно к инвертирующему входу операционного усилителя и к информационному входу первого ключа.

О 5)

ff

является входом блока уирлилении, второй в.1ход KOTopoi o соединен с iji)ixo дом одиовибратора, с входом линии задержки и с первым входом элемента II, второй вход которого соединен с выходом juiHHH задержки, а выход элемента И соединен с первым выходом блока управления.

3, Генератор по п. 1, о т л и- чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения периода следования импульсов, в него введены второй логический инверто р, третий элемент И, блок выборки-хранения и регистратор кода масштаба, соединенный своим управляющим входом с управляющим входом

третьего элемента И, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управления, первый выход которого через второй логический инветор со-

единен с вторым входом третьего элемента И, при этом информационный вход блока выборки-хранения соединен с выходной шиной мантиссы, а инфор- мационньп вход регистратора кода

масштаба соединен с выходной шиной . масштаба.