Формирователь напряжения ступенчатой формы Советский патент 1992 года по МПК H03K4/02 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматизированных системах, развертывающих устройствах для получения ступенчатого линейно изменяющегося напряжения.

В настоящее время для формирования напряжения ступенчатой формы используются цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), позволяющие получать выходные напряжения, изменяющиеся по линейному закону на заданном интервале времени. Одними из параметров выходного сигнала формирователя напряжения ступенчатой формы, обеспечивающих высокое качество, являются коэффициент нелинейности или неравномерности и амплитуда.

Известен формирователь ступенчатого линейно изменяющегося напряжения, позволяющий получить достаточно малое зна- чение коэффициента нелинейности, определяемое в основном погрешностью ЦАП 1. Формирователь содержит тактовый

задающий генератор, двоичный счетчик, ЦАП и выходной согласующий усилитель.

Недостатком известного формирователя является невозможность получения выходного сигнала с амплитудой, большей значения максимального выходного напряжения ЦАП, при сохранении точностных характеристик формирователя.

Наиболее близким по технической сущности к устройству по данному авторскому свидетельству является формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, циф- роаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной 2.

Это устройство позволяет получить выходное напряжение с амплитудой, превышающей значение максимального выходного напряжения ЦАП. Однако точность формирования ступенчатого лиС

иейно изменяющегося напряжения недостаточна, поскольку погрешность выходного напряжения определяется суммой погрешностей двух ЦАП, а также погрешностью ЦАП. используемого в качестве источника опорного напряжения.

Цель изобретения - увеличение точности формирования ступенчатого напряжения с линейным законом нарастания. Устройство позволяет увеличить точность формирования ступенчатого напряжения не менее, чем в 1,6 раза.

Цель достигается тем, что в формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, цифроанзлоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной, введены первый и второй элементы ИЛИ, регистр сдвига, источник опорного напряжения, первый, второй и третий ключи, первая, вторая и третья шины управления, причем первая шина управления соединена с управляющим входом генератора импульсов, вторая шина управления - с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, входу записи данных второго счетчика импульсов и входу установки нуля регистра сдвига, а третья шина управления подключена к информационному входу регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей соответствен- но, выходы которых соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами сумматора, при этом выход источника опорного напряжения подключен к информационным входам первого, второго и третьего ключей и ко входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, выход второго элемента ИЛИ подключен ко входу установки нуля первого счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, а выход переноса - со вторым входом второго элемента ИЛИ, счетным входом второго счетчика импульсов и тактовым входом регистра сдвига, а выход переноса второго счетчика импульсов подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов,

цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, сумматор 4. первый элемент ИЛИ 5, второй элемент ИЛИ 6, второй счетчик 7 импульсов, регистр 8 сдвига, первый ключ 9, второй

ключ 10, третий ключ 11, источник 12 опорного напряжения. Устройство имеет первую, вторую и третью шины 13, 14, 15 управления, выходную шину 16.

На фиг. 2 показаны следующие временные диаграммы:

а - выходное напряжение ЦАП 3 (первый вход сумматора 4):

б, в, г - напряжения на втором, третьем и четвертом входах сумматора 4;

5 д - выходное напряжение устройства (выходная шина 16).

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 служит для выработки по0 следовательности импульсов, поступающих на первый счетчик 2. Первый счетчик 2 работает в режиме сложения и преобразует последовательность импульсов в код, который поступает на ЦАП 3, а также вырабатывает

5 импульсы, поступающие на второй элемент ИЛИ 6, второй счетчик 7 и регистр 8. ЦАП 3 преобразует код, поступающий от первого счетчика 2. в напряжение. Второй счетчик 7 работает в режиме вычитания и вырабаты0 вает один импульс на каждый четвертый импульс, поступающий с первого счетчика 2. Регистр 8 управляет t коммутацией первого, второго и третьего ключей 9 10, 11. Через первый, второй и третий ключи 9, 10, 11

5 поступает напряжение от источника 12 на сумматор 4. В сумматоре 4 осуществляется суммирование поступивших на его входы напряжений. Источник 12 вырабатывает прецизионное напряжение для ЦАП 3 и сум0 матора 4.

В исходном состоянии осуществляется начальная установка устройства. Для этого на первый вход первого элемента ИЛИ 5 со второй шины 14 поступает сигнал 1(логи5 ческая единица). С выхода первого элемента ИЛИ 5 сигнал 1 одновременно поступает на вход записи данных второго счетчика 7, на вход установки нуля регистра 8 и через первый вход второго элемента

0 ИЛИ 6 на вход установки нуля первого счетчика 2. В результате этого на выходе первого счетчика 2 устанавливается нулевой код, а на выходе переноса - сигнал О (логический нуль); на первом, втором и третьем

5 выходах регистра 8 устанавливается сигнал О, поэтому первый, второй и третий ключи 9, 10, 11 находятся в выключенном состоянии. Во второй счетчик 7 осуществляется запись модуля счета, равного 4, а на выходе переноса устанавливается сигнал О, который поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 5.

После начальной установки на вторую шину 14 поступает сигнал О. В результате этого на входе установки нуля первого счет- чика 2, на входе записи данных второго счетчика 7 и на входе установки нуля регистра 8 будет выставлен сигнал О. Кроме этого, на информационный вход регистра 8 подается сигнал 1 с третьей шины 15.

После этого устройство готово к работе и на выходной шине 16 Увых 0.

Начало цикла формирование Увых осуществляется подачей сигнала 1 на управляющий вход генератора 1 с первой шины 13. С выхода генератора 1 импульсная последовательность заданной частоты поступает на счетный вход первого счетчика 2. Формируемый на выходе этого счетчика код поступает на информационный вход ЦАП 3, где преобразуется в напряжение, поступающее на первый вход сумматора 4 (фиг.2,а). На выходной шине 16 формируется ступенчатое линейно изменяющееся напряжение (фиг.2,д).

Первый цикл формирования УВых будет осуществляется в течение периода 0-ti (фиг.2,а), пока выходное напряжение ЦАП 3 не достигнет своего максимального значения U ЦАП Uon (в момент времени ti). При этом на выходе переноса первого счетчика 2 появляется сигнал 1, который одновременно поступает на счетный вход второго счетчика 7, на тактовый вход регистра 8 и на второй вход второго элемента ИЛИ 6, с вы- хода которого поступает на вход установки нуля первого счетчика 2. В результате этого модуль счета второго счетчика 7 уменьшается на единицу и становится равным в регистр 8 осуществляется запись Г, кото- рая с первого выхода этого регистра поступает на управляющий вход первого ключа 9 и открывает его; первый счетчик 2 обнуляется, и на его выходе появляется нулевой код, а на выходе переноса - сигнал О. В этот момент времени через открытый первый ключ 9 на второй вход сумматора 4 поступает напряжение U0n (фиг,2,б), а на первый вход - нулевое напряжение с выхода ЦАП 3. Напряжения суммируются и на выходной ш-/,не 16 Увых остается неизменным: Увых

Jon.

Таким образом, за время первого цикла работы устройства ЦАП 3 формирует сту- пянчатое выходное напряжение до значе- ния УЦАП Коп, а в момент времени ti происходит замена УЦАЛ на Don от источника 12.

С приходом очередного тактового импульса ка счетный вход первого счетчика 2

начинается второй цикл формирования ивых в течение времени ti-t2. При этом на выходной шине Сформируется напряжение Ur,wx Don + 11цАП (фиг.2,д). Процесс формирования аналогичен описанному в первом цикле работы устройства, и в момент времени т.2 с появлением на выходе переноса первого счетчика 2 сигнала 1 модуль счета второго счетчика 7 становится равным 2, а в регистр 8 происходит запись 1 со сдвигом предыдущей 1 на один разряд. Таким образом, на управляющий вход второго ключа 10 поступает сигнал 1 со второго выхода регистра 8, открывая этот ключ, и на третий вход сумматора 4 подается напряжение U0n (фиг.2,в). В результате этого в момент времени t2 на первый вход сумматора 4 поступает напряжение У ЦАП 0, на второй вход и третий зходи0п. На выходной шине 16 будет суммарное напряжение Увы 2 и0п.

Аналогично в течение периода t2-t3 осуществляется третий цикл формировании Увых. При этом Увых 2 Уоп т Уцап. а в момент времени t3 модуль счета второго счетчика 7 становится равным 1 и на третьем выходе регистра 8 появляется сигнал 1, поступающий на управляющий вход третьего ключа 11. Третий ключ 11 открывается и нз четвертый вход сумматора 4 поступает напряжение Уоп (фиг.2,г). Таким образом, в момент времени тз на первый вход сумматора 4 поступает напряжение УЦАП 0. на второй, третий и четвертый входы - УРп. На выхе/г ной шине 16 будет суммарное напряжение

Упых. 3 Уоп.

Последний четвертый цикл формирований Увых происходит в течение периода времени t3-t4, ПрИ ЭТОМ Увых 3 Уоп + УЦАП. При

достижении УЦАП значения Уоп сигнал 1 с выхода переноса первого счетчика 2 не изменяет состояние выходов регистра 8, но. поступая на счетный вход второго счетчика 7, уменьшает модуль счета до значения 0. В результате этого на выходе переноса второго счетчика 7 появляется сигнал 1, поступающий на второй вход первого эпемента ИЛИ 5. С выхода этого элемента CHI нал 1 подается на вход устанойки нуля регистра 8 и обнуляется регистр, при атом первый, второй и третий ключи 9, 10, 11 закрываются, Этот же сигнал 1 поступает на вход записи данных второго счетчика 7, осуществляя запись модуля счета, равного 4 При этом на выходе переноса этого счетчика появляется сигнал О.

Таким образом, после достижений выходным напряжением максимального значения Увых - 4Уоп в момент времени м происходит обнуление первого счетчика 2 и регистра 8, что приводит к почвпечию --:

выходной шине 16 напряжения Увых - О (фиг.2,д). Цикл формирования выходного напряжения на этом заканчивается и устройство готово к приходом следующего тактового импульса от генератора 1 повторить работу.

Расширения функциональных возможностей устройства можно добиться, управляя временем запуска генератора 1 импульсов или изменяя частоту следования импульсов, а также подавая на третью шину 15 сигнал О, что позволяет исключить из работы первый, второй и третий ключи 9, 10, 11 и получить на выходной шине 16 напряжение Оных 11ЦАП.

Таким образом, устройство позволяет сформировать ступенчатое линейное изменяющееся напряжение с амплитудой, превышающей значение максимального выходного напряжения ЦАП (ивых 4U0n). и точностью, определяемой погрешностью одного ЦАП, поскольку интервал формирования ивых разбит на четыре цикла и ЦАП 3 устройства работает периодически лишь на

участке --У -™-3- а в качестве элемента

запоминания напряжения в конце каждого цикла используется прецизионный источник опорного напряжения, погрешностью которого можно пренебречь.

Формула изобретения Формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счегчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого

соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности формирования ступенчатого напряжения с линейным законом нарастания,в

него введены первый и второй элементы ИЛИ, регистр сдвига, источник опорного напряжения, первый, второй и третий ключи, первая, вторая и третья шины управления, причем первая шина управления соединена

с управляющим входом генератора мпуль- сов, вторая шина управления - с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, входу записи данных второго счетчика импульсов и входу установки нуля регистра сдвига, а третья шина управления подключена к информационному входу регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей соответственно, выходы которых соединены соответственно, со вторым, третьим и четвертым входами сумматора, при этом выход источника опорного напряжения подключен к информационным входам первого, второго и третьего ключей и ко входу опорного напряжения цифроаналого- вого преобразователя, выход второго элемента ИЛИ подключен ко входу установки

нуля первого, счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, а выход переноса - со вторым входом второго элемента ИЛИ, счетным входом второго

счетчика импульсов и тактовым входом регистра сдвига, а выход переноса второго счетчика импульсов подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ.

l/ЦАП UonU

Коп

±4 -ty.

Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчики 2, 7 импульсов, цифро-аналоговый преобразователь 3, сумматор 4, 2 элемента ИЛИ 5, 6, регистр 8 сдвига, ключи 9-11, источник 12 опорного напряжения, шины 13-15 управления, выходную шину 16. 13-1-2-7-5- 6-2-3-4-16; 14-5-6-2-3-4-16; 15-8-9-4-16; 15-8-10-4-16; 15-8-11-4-16; 12-3-4-16. 2 ил.

lion

UBbtx 4Uon

О

ti

t4

t3 .4

Фиг. 2.