Резервированный генератор импульсов Советский патент 1991 года по МПК H03K3/281 

Изобретение относится к устройствам генерирования прямоугольных импульсов, в частности к генераторам биполярных импульсов, обладающих высокой надежностью и работающим синхронно.

Цель изобретения - повышение точности при формировании биполярных выходных импульсов.

На фиг. I изображена функциональная схема генератора; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Генератор содержит первый операционный усилитель 1. второй операционный усилитель 2, мажоритарный элемент 3 на (2п+1) вход, конденсатор емкостной обратной связи 4, соответственно первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 резисторы, первый задающий блок 10, второй задающий блок 11, (2п+ 1) задающий блок 12 (,2,3...).

Инверсный выход мажоритарного элемента 3 первого задающего блока 10 соединен с резисторами 6 и 7, подключенными

соответственно к инвертирующим входам первого операционного усилителя 1 и второго операционного усилителя 2 Неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей 1 и 2 соответственно через резисторы 8 и 9 соединены с нулевой шиной питания Первый операционный усилитель 1 охвачен емкостной обратной связью через конденсатор 4, а выход этого усилителя через резистор 5 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом мажоритарного элемента 3 всех задающих блоков Выход второго операционного усилителя 2 второго задающего блока 11 соединен со вторыми входами мажоритарного элемента 3 всех задающих блоков, выход второго операционного усилителя 2 (2п+1) задающего блока 12 соединен с (2п+1) входами всех задающих блоков.

Uii. Ui2, Ui3 - выходной сигнал первого операционного усилителя 1 соответственно

сл

с

о

4

ю о

Јь

первого, второго и третьего задающих блоков.

FMI , F M2 F Мз выходной сигнал мажоритарного элемента 3 соответственно первого, второго и третьего задающих блоков (неинверсные выходы).

Схема работает следующим образом, Рассмотрим вначале отдельно работу задающего блока, предполагая, что он не содержит мажоритарного элемента и выход второго операционного усилителя 2 соединен через инвертор с общей точкой резисторов 6 и 7 (см.фиг, 1). Работа такого генератора описана в (2).

На фиг,2 приведены диаграммы изменения сигналов Uii, Ui2, Ui3 (выходной сиг- нзл первого операционного усилителя первого, второго и третьего задающих блоков соответственно) и выходных сигналов Fi, F2, Рз (выходной сигнал второго операционного усилителя первого, второго и третьего задающих блоков) и выходных сигналов F MI , F M2 F Мз (обозначены пунктиром, выходные сигналы мажоритарных элемен- тов первого, второго и третьего задающих блоков соответственно, неинверсные выходы).

Для упрощения рассуждений рассмотрим работу генератора синхронизированных биполярных импульсов в предположении, что он содержит три задающих блока.

Частоту выходных сигналов fi, f2 и fa соответственно первого, второго и третьего задающих блоков в отсутствии мажоритарного элемента будем называть собственной частотой задающего блока.

Как следует из схемы (см.фиг, 1), второй операционный усилитель 2 может находиться в одном из двух состояний: 1) выходной сигнал имеет высокий уровень (будем обозначать его +1); 2) выходной сигнал имеет низкий уровень (будем обозначать его -1). Второй операционный усилитель 2 каждого задающего блока представляет собой релейный элемент (отсутствует отрицательная обратная связь) с уровнем переключения, равным 0 вольт. Далее, если элементы 2 и 3 схемы каждого задающего блока находятся в состоянии, которому соответствует высокий уровень выходного напряжения, то это состояние будем обозначать +1. Если эти элементы находятся в состоянии, которому соответствует низкий уровень выходного напряжения, то это состояние будем обозначать -.

Пусть в начальный момент операционный усилитель 2 (рассматриваем работу первого задающего блока) находится в состоянии -1 и Un(O) - - Ua (Ua - значение сигнала, подаваемого на инвертирующий вход опера ц и о н но го усилителя 2). В этом случае напряжение на выходе операционного усилителя 1 возрастает и при Un Do (момент времени tn, см.фиг.26) произойдет переход операционного усилителя 2 из состояния -1 в состояние +1. Предположим, что выходной сигнал операционного

усилителя в состоянии +1 соответствует напряжению Ua, а в состоянии -1 - напряжению -De, причем считаем, что значение резисторов 5 и 6 равны, т.е. Ri R2. В этом случае переход операционного усилителя 2

из одного состояния в другое происходит при Un Ua (или при (Jit -Ua).

После перехода операционного усилителя 2 в состояние +Т1 выходное напряжение операционного усилителя 1 начинает

уменьшаться и при Un -Ua произойдет очередной переход операционного усилителя в другое состояние (момент времени ti2) и далее процесс повторяется.

На фиг.2в.г,д,е приведены диаграммы

изменений напряжений второго и третьего задающих блоков,

Рассмотрим теперь работу генератора при использовании мажоритарного элемента 3 в каждом задающем блоке. Предположим, что в начальный момент времени операционные усилители 2 каждого задающего блока находятся в состоянии -1 и Un(0) Uia(O) Uia(O) - -Ua, с этого момента времени начинает увеличиваться выходное

напряжение на операционных усилителях 1 всех задающих блоков (операционные усилители 1 охвачены емкостной обратной связью через конденсатор 4 (С) и поэтому представляют собой интеграторы).

Приведена таблица состояний мажоритарного элемента 3 на три входа.

В этой таблице Вход 1 - выходной сигнал операционного усилителя 2 первого задающего блока, Вход 2 - выходной сигнал операционного усилителя 2 второго задающего блока, Вход 3 - выходной сигнал операционного усилителя 2 третьего задающего блока, FM - выходной сигнал мажоритарного элемента.

В момент tn меняет свое состояние операционный усилитель 2(1) (в скобках указывается номер задающего блока). Выходной сигнал этого операционного усилителя (Вход 1) 2(1)- + 1. (Запись, например

2(1) означает: операционный усилитель 2 первого задающего блока находится э состоянии +1). Выходные сигналы операционного усилителя 2(2) (Вход 2) 2 (2) , операционного усилителя 2(3) (Вход 3)

2 (3) . В соответствии с таблицей состояний выходной сигнал мажоритарного элемента каждого задающего блока Рм + 1 (комбинация 4), и, следовательно, выходной сигнал каждого задающего блока F MI . FM2 . F мз - +1Так как входные сигналы всех мажоритарных элементов одни и те же, то и выходные сигналы мажоритарных элементов будут одинаковые. Поэтому сигнал FM будет определять состояние всех мажоритарных элементов.

В момент времени ti изменяется состояние операционного усилителя 2(2) - + 1. В соответствии с комбинацией 7 таблицы состояний 2(1) . 2(2), 2(3). С этого момента времени выходной сигнал всех операционных усилителей 1 начинает уменьшаться. От момента времени tii до ti выходное напряжение операционного усилителя 1(1) после изменения состояния операционного усилителя 2(1) продолжает увеличиваться до значения Uai (линия 1 , см.фиг.2а). В момент времени ti выходное напряжение Ut3 U 33 (см.фиг.2д), причем U аз Ua (считаем, что выходной сигнал мажоритарного элемента 3 принимает значения +Ua или -Ua) и операционный усилитель 2(3) остается в том же состоянии 2(3) . Как следует из графиков 2а, 2в и 2д сигналы Un, Ui2, Ui3 достигают значения -Ua (уровня изменения состояния операционного усилителя 2) практически одновременно в момент времени ta. В этот момент времени 2(1) , 2(2) - -1, 2(3) . 8 соответствии с комбинацией 2 таблицы состояний FM -1. Далее процесс повторяется аналогично уже описанному. Таким образом, изменение сигнала Un происходит в соответствии с графико м 1 , Ui2 - в соответствии с графиком 2, Ui3 - в соответствии с графиком 3. Выходные сигналы генератора F Mi . F MJ м F мз изменяются синхронно в соответствии с графиком фиг.2г, при этом операционный усилитель 2(1) в интервале времени (Оди), (t2,ts) и т.д. 2(1) + 1 з интервале времени (tn.tis). (t3.t4) и т.д., операционный усилитель 2(2) переключается в соответствии с фиг.2г, операционный усилитель 2(3) в течение всего времени.

Таким образом, выходные сигналы генератора FMI , F M2 и F мз изменяются синхронно с частотой, определяемой собственной частотой fa второго задающего блока, являющейся средней мз трек частот fi.

f2, f3.

Если генератор содержит (2п-И) задающих блока, то проведя аналогичные рассуждения, придем к выводу, что зсе сигналы

FMI, Рм2-..Рм(2п + 1) изменяются синхронно с частотой fn. определяемой собственной частотой сигнала Fn-ro задающего блока, являющейся средней частотой из всех частот fi,f2f2n+i (предполагается

fl f2 ...f2n-n).

Покажем, что рассматриваемый генератор (п+ 1) сохраняет свою работоспособность при одном любом отказе (под отказом

генератора будем понимать отсутствие правильной информации на /п+1/ выходе: для под отказом генератора понимаем нарушение работоспособности двух задающих блоков).

Пусть, например, произошел отказ время задающей цепи (Нз, С. Ri. R2) первого задающего блока, а) Предположим вначале, что собственная частота и первого задающего блока резко возросла. Работа генератора в этом случае буде происходить следующим образом. Сигнал Un достигает значения Ua значительно раньше времени tn. В этот момент времени 2(1) , 2(2) , 2(3) . В соответствии с комбинацией 4 таблицы состояний FM 4 1. Такое состояние будет сохраняться до момента времени ti (сигнал Un до этого момента времени может достичь значения, значительно большего U3).

В гранен т времени 11 2(1) 1,

2(2) - -И, 2(3) -1. В соответствии с комбинацией 7 таблицы состояний . Все мажоритарные элементы изменяют свое состояние, сигналы Un. Ui2. Ui3 начинают

уменьшаться м в момент времени Т2 сигналы Un. Ui2. U13 достигают значения -Ua. при котором происходит переход всех операционных усилителей 2 в другое состояние. В этот момент времени 2(1) , 2(2) .

2(3) и процесс поьторяется. Таким об- разо, частота переключения сигналов FMI , F 2 . F ./з определяется частотой f2 второго задающего блока, являющейся средней из частот fi. f и зс учетом рассмот

репного отказа.

б) Отказал операционный усилитель 1 или 2 в одном, например, в персом задающем блоке. Пусть 2(1) в течение всего времени. В этом случае в момент премени ti 2(1) , 2(2) - + 1, 2(3) -1. FM - +1. В момент времени t3i 2(1) , 2(2) - + 1, 2(3). В соответствии с комбинацией 5 таблицы состояний FM -1. Далее процесс будет повторяться аналогично уже ОПИСРУ:- ному выше. В рассматриваемом случае-изменение сигналов F MI , F M2 . F мз будет происходить с. частотой гз испоавно работающего третьего задающего блокз.

в) Отказал один из трех мажоритарных элементов (например, 3(1). В этом случае (пусть, например, 3(1)) операционный усилитель 1(1) достигнет насыщения (сигнал Un имеет граничное значение) и операционный усилитель 2(1) в течение всего времени. Этот случай аналогичен уже рассмотренному случаю (б) и с той лишь разницей, что исправно будут работать два из трех мажоритарных элемента 3(2) и 3(3).

Аналогичные рассуждения можно привести и для других п 1. В этом случае генератор импульсов остается работоспособным (исправно работают, по крайней мере п+1) задающих блока при п отказах в различных задающих блоках, а частота генератора определяется собственной частотой одного из исправно работающих задающих блоков.

Формула изобретения

Резервированный генератор импульсов, содержащий (2п+ 1) канал (,2,3...). каждый из которых включает времязадаю- щую последовательно соединенную RC- цепь и мажоритарный элемент на (2п+ 1) вход, при этом соответствующие входы мажоритарною элемента объединены между собой, отличающийся тем, что. с целью повышения точности при формировании биполярных выходных импульсов, в каждый канал введены последовательно соединенные через первый резистор первый и второй операционные усилители и второй резистор, подключенный между инвертирующим входом второго операционного

усилителя и инверсным выходом мажоритарного элемента, соединенным с резистором времязадающей цепи, к средней точке которой подключен инвертирующий вход первого операционного усилителя, выход

которого соединен с конденсатором времязадающей цепи, при этом неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соответственно через четвертый и пятый резисторы подключены к нулевой

шине питания, выводы питания мажоритарного элемента подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам, а выход второго операционного усилителя каждого канала соединен с соответствующими обьединенными входами мажоритарных элементов, инверсный выход каждого из которых является одним из (2п+1) независимых выходов генератора импульсов.

Изобретение относится к генераторам биполярных импульсов, обладающих высокой надежностью и работающих синхронно Цель изобретения - повышение точности при формировании биполярных выходных импульсов. Генератор содержит первый и второй операционные усилители 1 и 2, мажоритарный элемент 3 на 2n i- 1 входа, конденсатор 4 цепи емкостной обратной связи, резисторы 5-9, первый 10 и второй 11 задающие блоки и задающий блок 12 - (2 п н-1), где ,2,3... 1 табл., 2 ил