Функциональный генератор Советский патент 1990 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть применено при воспроизведении различных сложных функциональных зависимостей в автоматических системах управления, а также в медицинской технике, для формирования эталонных сигналов, например электрокардиограммы или энцефалограммы .

Цель изобретения - расширение класса генерируемых Функций.

На фиг, 1 приведена схема функционального генератора; на фиг. 2 - схема блока управления; на фиг. 3 показаны временные диаграммы поясняющие работу генератора.

Функциональный генератор (фиг.1) содержит вход 1 запуска, генератор 2 импульсов с управляемой длительностью, генератор 3 пилообразного напряжения, аналоговые коммутаторы, - ц мас штабнье резисторы ) настроечные резисторы , входы 7 и 8 задания соответственно положительного и отрицательного опорных напряжений, выходной операционный усилитель 9, выход 10 функционального генератора, бло„к 11 управления, элементы ,, задержки, ключи 13 13п дополнительный масштабный резистор 1, дополнительный ключ 15 и настроечный резнесл ел

Од

г

тор 16, вход 17 останова, соединенные по приведенной схеме.

Блок управления (фиг. 2) выполнен в виде первого элемента 18 ИЛИ, формирователей 19 и 20 коротких импульсов соответственно по фронту и спаду входного сигнала, второго элемента ИЛИ 21, триггера 22 и элементов задержки .

Функциональный генератор работает следующим образом.

Предварительно строится график функции, которой описывается требуемый сигнал, и проводится кусочно-линейная аппроксимация этого графика с учетом допустимой погрешности воспроизведения . Например, необходимо сформировать сигнал нормальной электрокардиограммы, представленной на фиг. За (форма сигнала в данном случае известна). Проводится разбивка графика сигнала на участки t,, -t,Q „ Количество полученных участков определяет количество выходов генератора 2 импульсов, В общем случае количество выходов генератора 2 импульсов может быть больше. Тогда по окончании Формирования необходимого сигнала на вход останова генератора подается ко- роткий импульс. Дальше проводится регулировка порогов срабатывания первых десяти пороговых элементов (не показаны) генератора 2 импульсов таким образом, чтобы длительность импульсов на выходах 1-10 генератора 2 импуль сов были соответственно равны .

Затем проводится настройка резисторов 6 -610 и 16 таким образом, чтобы на выходе генератора получить напряжение на каждом участке, амплитуда которого равна значению ординаты в начальной точке соответствующего ; участка. Сформированное ступенчатое

го kp, седьмого т и девятого

Ч Q а на to

15

05о

35

40

лотовых коммутаторов подключены к неинвертирующему входу, а выходы второго ч, четвертого Ч4, шестого Ч6 и десятого Ч10 аналоговых коммутаторов подключены к инвертирующему входу выходного операционного усилителя г. Коэффициенты Р; передачи по соответствующим входам (выход аналогового коммутатора - вход операционного усилителя) выходного операционного усилителя 9 определяются с учетом крутизны К; нарастания функции на соответствующем участке и с учетом крутизны S нарастания напряжения генератора 3 пилообразного напряжения.

Крутизна К; нарастания функции на соответствующем участке определяется отношением разности значений ординат в конечных точках участка к значению длительности данного участка.

Крутизна S нарастания напряжения на выходе генератора 3 пилообразного напряжения выбирается с учетом динамического диапазона работы функционального генератора, т.е. для любого значения времени t осуществляется условие:

) - U.

где V(t) - значение аппроксимированной функции в момент вре- мени с;

UMCJKC ма ксимальная возможная амплитуда напряжения на выходе генератора. Тогда

Р. : к;.

s

Если максимальное значение напряжения генератора 3 пилообразного напряжения равно максимальному значению

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, используемой при воспроизведении различных сложных функциональных зависимостей в автоматических системах управления. Целью изобретения является расширение класса генерируемых функций. Генератор содержит вход запуска, генератор импульсов с управляемой длительностью, генератор пилообразного напряжения, аналоговые коммутаторы, масштабные резисторы, настроечные резисторы, входы задания соответственно положительного и отрицательного опорных напряжений, операционный усилитель, выход, блок управления, элементы задержки, ключи, дополнительные масштабный резистор, ключ и настроечный резистор, вход останова генератора. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в генератор блока управления, N элементов задержки, ключей, дополнительных масштабного и настроечного резисторов и новым связям между элементами. 3 ил.

напряжение показано на фиг. 3 а штри- 45 построенной кривой, то пятый и шестой

участки необходимо разбивать каждый на два участка в точках перехода значения функции через нуль (см. фиг.З).

ховои линией.

Далее с учетом знака производной каждого участка, осуществляется подключение выходов аналоговых коммутаторов ч; через масштабные резисторы 5 к входам выходного операционного усилителя 9 по следующему правилу при положительном знаке - к неинвертирующему входу., при отрицательном знаке - к инвертирующему входу. Причем выходы аналоговых коммутаторов Ц , (Соответствующие горизонтальным участкам, не подключаются. Для рассматриваемого случая выходы первого ч, пятопостроенной кривой, то пятый и шестой

участки необходимо разбивать каждый на два участка в точках перехода значения функции через нуль (см. фиг.З).

После предварительной подготовки генератор устанавливается в исходное состояние путем подачи короткого импульса на вход 17 останова устройства. При этом на выходах 1-п генератора 2 импульсов и на выходе элемента задержки 26 блока 11 управления устанавливаются нулевые уровни напряжения, а на выходе второго элемента ИЛИ блока 11 управления - единичный уровень, которым генератор 3 пилообразного напряжения удерживается в исходном, нулевом состоянии (см. фиг. 3). С приходом импульса запуска на вход 1 на первом выходе генератора 2 импульсов и выходе элемента задержки 26 блока 11 управления устанавливаются единичные уровни напряжений, а на выходе второго элемента ИЛИ 21 появляется нулевой уровень напряжения, тем самым разрешается работа генератора 3 пилообразного напряжения. Через время, определяемое элементом задержки 12,, разрешается работа аналогового коммутатора (, ключей 1-3 4 и 15. При этом на инвертирующий вход выходного операционного усилителя 9 поступают линейно-нарастающее напряжение генератора 3 и уровень напряжения с выхода сумматора,построенного на настроечных резисторах 64-6h и 16, которые суммируются, и на выходе 10 генератора формируется сигнал, соответствующий первому участку (фиг. За,1). При достижении напряжения на выходе генератора 3 величины порога срабатывания первого элемента генератора 2 единичный уровень напряжения формируется только на втором выходе генератора 2, чем обеспечивается поступление пилообразного напряжения с выхода генератора 3 через следущий открытый аналоговый коммутатор k на вход операционного усилителя 9- Синхронность начала формирования пилообразно-35 торов, блок управления выполнен в ви- го напряжения (после сброса) и открытия очередного аналогового коммутатора ; обеспечивается элементами

де триггера, четырех элементов задержки, двух формирователей коротких импульсов, первого элемента ИЛИ, имеющего п/2 входов, подключенных к нечет12- задержки.

Далее процесс работы генератора повторяется. Сигналы на выходах генераторов 2 и 3 и блока 11 управления приведены на фиг. 3. После окончания формирования десятого участка на вход 17 останова генератора поступает короткий импульс. Для его формирования можно использовать сигнал с десятого выхода генератора 2 (цепь формирования на фиг. 1 не показана). Генератор переводится в начальное нулевое состояние и готов к следующему циклу отработки заданого сигнала, по короткому импульсу запуска.

Формула изобретения

Функциональный генератор, содержащий генератор импульсов с управляемой длительностью с п выходами, вход

запуска которого является входом за-, пуска функционального генератора, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом генератора импульсов с управляемой длительностью, п аналоговых коммутаторов, п масштабных резисторов, п настроечных резисторов, первые выводы которых объединены, шины положительного и отрицательного опорных напряжений и выходной операционный усилитель, выход которого является выходом функционального генератора,

5 от, личающийгя тем, что, с целью расширения класса генерируемых Функций, в него введены дополнительный масштабный резистор, п элементов задержки, блок управления, дополни- .:

0 тельный ключ, дополнительный настроечный резистор, п ключей, информационные входы которых соединены с шиной положительного опорного напряжения, а выходы подключены к вторым выводам со5 ответствующих настроечных резисторов, дополнительный масштабный резистор включен между объединенными выводами п настроечных резисторов и неинвертирующим входом выходного операционноо го усилителя, последовательно включенные дополнительный ключ и дополнительный настроечный резистор, свободный вывод которого соединен с объединенными выводами п настроечных резисторов, блок управления выполнен в ви-

де триггера, четырех элементов задержки, двух формирователей коротких импульсов, первого элемента ИЛИ, имеющего п/2 входов, подключенных к нечетным выходам генератора импульсов с управляемой длительностью, и второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого через первый и второй формирователи коротких импульсов подключены к выходу первого элемента ИЛИ ,третий вход через первый элемент задержки - к прямому выходу триггера, а выход - к входу запуска генератора пилообразного напряжения функционального генератора, установочные входы триггера блока управления через второй и третий элементы задержки подключены соответственно к входам останова и запуска генератора импульсов

c управляемой длительностью, а счет-1 ный вход триггера блока управления соединен с инверсным п-,м выходом генератора импульсов с управляемой длительностью, инверсный выход триггера

Фиг.1

Фиг. 2

Выходы элементе 10, а

1