Программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений а.и.кантера Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 H03C3/10 

(54) ПРОГРАММНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ А.И, КАНТЕРА

1

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для получения программно-управляемых от цифровой вычислительной машины (ЦВМ) периодических сигназюз и постоянных напря- 5 жений и может быть использовано в автоматических информационно-измерительных системах, в автоматических системах контроля, управления, связи, в частности в автоматизированных систе- tO мах контроля и проверки различных электротехнических и радиоэлектронных элементов, узлов и устройств, напримёр полупроводниковых и вакуумных приборов, электро- и радиоизмеритель- 5 ных приборов постоянного и переменного токов, усилителей постоянного и переменного токов, различной фазометрической аппаратуры, одноканальных и многоканальных осциллографов,, ана- 20 лизаторов амплитудных, частотных и фазовых характеристик, различных блоков связной, телевизионной и радиолокационной аппаратуры, элементов автоматики, телемеханики, киВернети- 25 ки, вычислительной техники и т.д. Известен генератор с цифровой частотной манипуляцией, содержащий генератор несущей частоты, выход которого подключен к фильтру нижних JQ

:частот, резисторные делители нижних и верхних манипулированных частот, триггер, четыре диода и N-разрядный регистр, выходы которого соединены со входами бесконтактных логических ключей нижних и верхних манипулиро- . ванных частот 1 .

Известен также регулируемый по частоте генератор импульсных сигналов с цифровым управлением, в котором в качестве регулирующих частоту элементов используются цепочки из п последовательно,соединенных полупроводниковых емкостных элементов, при воздействии на которые управлякяцих. напряжений, представленных п-разрядным двоичным кодом, производится переключение частоты дискретньоми ступенями 2}.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является генератор синусоидальных колебаний, содержащий задающий блок, выполненный по схеме: фазирующая RC цепь, например мост Вина, - услитель, в котором посредством электронного ключа производится периодическая коммутация .задающих частоту сопротивлений. За счет регулировки коэффициенте коммутации, представляющего собой отношение временных интервалов, в течение которых подключаются то одни, то другие сопротивления, может быть достигнута перестройка частоты генератора 31 .

Однако в указанных устройствах регулируется только частота выходного сигнала и отсутствует возможность программного управления от ЦВМ параметрами выходных сигналов.

Цель изобретения - программное управление от цифровой вычислительной машины амплитудой, частотой, фазой и формой выходных периодических сигналов, величиной и полярностью выходных постоянных Напряжений генератора,

Поставленная цель достигается тем, что в программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений, содержащий задающий блок выполненный по схеме фазирующая RC цель, например мост Вина, - усилитель ; формирователи импульсньзх сигналов, в частности два формирователя импульсов прямоугольной формы типа меандр и два формирователя импульсов пилообразной формы; аттенюаторы синусоидальных и импульсных сигналов; фазовращатель, выполненный в составе квадратурного расщепителя фазы, коммутатора квадрантов, двух преобразователей код-напряжение и суммирующего каскада; сумматор импульсов, два ограничителя полярности две фильтрующие цепи и регистр памяти, одни из выходов которого соедине ны с управляющими-входами коммутатрр квадрантов и преобразователей коднапряжение, введены в качестве регулировочных конденсаторов фазирующей RC цепи преобразователи код-емкость, в качестве регулировочных ре зисторов фазирующей RC цепи и аттенюаторов синусоидальных и импульсных сигналов - преобразователи код-сопротивление, в качестве распределителей выходных сигналов - два коммутатора выхода; выход преобразователя код-сопротивление аттенюатора сигналов синусоидальной формы соединен со входом квадратурного расщепителя фазы фазовращателя, а также со входом первого формирователя прямоугольных импульсов типа меандр, выход суммирующего каскада фазовращателя соединен со входом второго f фо)рмирователя прямоугольных импульcdfe типа меандр, выходы формирова,телей прямоугольных импульсов типа меандр соединены со входами преобразователей код-сопротивлеЪие аттенюаторов сигналов прямоугольной формы, выходы которых, в свою очередь, соединены со входами сумматора импульсов , выходы сумматора импульсов соеднены со входами ограничителей полярности, вьлходы ограничителей полярности соединены со входами фильтрующих цепей, выходы фильтрующих цепей, ограничителей полярности, сумматора импульсов, суммирующего каскада фазовращателя, преобразователей кодсопротивление аттенюаторов сигналов синусоидальной и импульсной форм соединены со входами коммутаторов выхода, а управляющие входы преобразователей код-емкость, код-сопротивление и коммутаторов выхода соедине-. ны с одними из выходов регистра памяти.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого генератора.

Задающий блок 1, посредством которого вырабатываются синусоидальные колебания, содержит в качестве элементов фазирующей RC цепи соединенные по Г-образной схеме преобразователи 2 и 3 код-емкость и преобразователи 4 и 5 код-сопротивление, а в качестве усилительного элемента - усилитель б с включенной в него цепь частотнон.езависимой отрицательной обратной связи.

Преобразователи 2 и 3 код-емкость выполнены в виде набора двоично-взвешенных постоянных конденсаторов, а преобразователи 4 и 5 код-сопротивление - в виде набора двоично-взвешенных постоянных резисторов и содержат собранные на полевых транзисторах электронные ключи для ком1 1утации конденсаторов и резисторов в соответ- . ствии со значением двоичного кода.

Ослабление сигнала синусоидальной формы производится посредством подключенного на выходе задающего блока 1 аттенюатора 7, выполненного по Г-образной схеме и ссх;тоящего из преобразователя 8 код-сопротивление,схема которого аналогична схемам преобразователей 4 и 5, и постоянного резистора 9.

Сдвиг син.усоидального сигнала по фазе в. пределах от С до ЗбО осуществляется путем использования подключенного на выходе аттенюатора 7 фазовращателя 10, состоящего из последовательно соединенных друг с другом квадратурного расщепителя 11 фазы, коммутатора 12 квадрантов, преобразователей 13 и 14 код-напряжение и суммирующего каскада 15. Квадратур ный расщепитель 11 фазы, предназначенный для преобразования входного синусоидального сигнала в два синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазе на 90° во всем диапазоне частот, собран из двух.операционных логарифмических усилителей с фазорасщепляющими цепочками, входы которых объединены вместе, а выходы подключены к соответствующим коммутирующим входам коммутатора 12 квадрантов.

Коммутатор 12 квадрантов, посредством которого осуществляется переключение квадратурных сигналов с разнофазовых выходов квадратурного расщепителя фазы, что дает дополнительный фазовый сдвиг на 180 и обес печивает таким образом расширение диапазона воспроизведения фазовых сдвигов фазовращателя до ЗбО, выпол нен в виде ключевых электронных схем собранных на полевых транзисторах. Преобразователи 13 л 14 код-напря жение, предназначенные для изменения амплитуд квадратурных сигналов, согласно поданным на их управляющие входы кодам установки уровней напряж НИИ выполнены в виде многоразрядных резисторных делителей и поразрядно связанных с ними логических ключевых схем, собранных на полевых транзисто рах. Суммирующий каскад 15, предназначенный для сложения квадратурных сиг налов, амплитуды которых изменены преобразователями 13 и 14 код-напряжение в заданном кодами отнощении, и получения на его выходе суммарного сдвинутого по фазе сигнала, собран по схеме с обгпей активной нагрузкой. Выходы преобразователя 8 код-сопротивление, и суммирующего каскада 15 соединен со входами формирователей 16 и 17 прямоугольных импульсов типа меандр, каждый из которых выполнен по схеме триггера Шмитта, и одновременно соединены с одними из входов коммутаторов 18 и 19 выхода. Коммута торы 18 и 19 выхода представляют собой ключевые схемы для бесконтактного переключения аналоговых сигналов, собранные на полевых транзисторах. Выходы коммутаторов 18 и 19 соединены с выходными клеммами I и 1Т. Выходы формирователей 16 пря моугольных импульсов типа меандр через аттенюаторы 20 и 21 сигналов прямоугольной формы, выполненные по Г-образной схеме и состоящие из преобразователей 22 и 23 код-сопротирле ние и постоянных резисторов 24 и 25 соединены со входами сумматора 26 им пульсов, выполненного по схеме с дву мя разделенными активными нагрузками Схемы преобразователей 22 и 23 кодсопротивление аналогичны схемам прео разователей 4 и 5.,. Одновременно выходы формирователей 16 и 17 прямоугольных импульсов типа меандр через дифференцирующие цепи 27 и 28, каждая из которых . представляет собой Г-образную с схему из последовательно включенного конденсатора и параллельно подключенного резистора, зашунтированного полупроводниковым диодом, соединены со входами формирователей 29 и 30 пилообразных импульсов. Каждый из формирователей 29 и 30 выполнен по фантастронной схеме. В свою очередь, выходы формирователей 29 и 30 пилообразных импульсов через аттенюаторы 31 и 32 сигналов пилообразной формы, выполненных по Г-образной схеме и со стоящих из преобразователей 33 и 34 код-сопротивление и постоянных резисторов 35 и 36, соединены с одним из входов коммутаторов 18и 19 выхода и с в.ыходными клеммами Г11 и IV. Схемы преобразователей 33 и 34 аналогичны схемам преобразователей 4 и 5. Выходы сумматора 26 импульсов, назначение которого состоит в суммировании сдвинутых по фазе прямоугольных импульсов типа меандр и в получении на своих нагрузках импульсов ступенчатой формы различной длительности и полярности, соединены с одними из входов коммутаторов 18 и 19 выхода и одновременно соединены со входами ограничителей 37 и 38 полярности. Ограничители 37 и 38 полярности предназначены для преобразования импульсов ступенчатой формы в импульсы прямоугольной формы различной длительности и полярности. Каждый из ограничителей полярности выполнен по. Г-образной схеме в составе последовательно включенного полупроводникового диода и параллельно подсоединенного резистора. Выход ограничителя 37 полярности соединен со входом фильтрующей цепи 39 и с одним из входов коммутатора 18 выхода, -а выход ограничителя 38 полярности соединен со входом фильтрующей цепи 40 и с одним из входов коммутатора 19 выхода. Назначение фильтрующих цепей 39 и 40 состоит в преобразовании прямоугольных импульсов в постоянное напряжение. Каждая из фильтрующих цепей выполнена по П-образной схеме в составе параллельно подключенных на входе и выходе двух конденсаторов большой емкости и последовательно включенного между ними постоянного резистора. Выход фильтрующей цепи 39 соединен с одним из входов коммутатора 18 выхода, а выход фильтрующей цепи 40 соединен с одним из входов коммутатора 19 выхода. Управляющие входы преобразователей 2 и 3 код-емкость, 4, 5, 8, 22, 23, 33 и 34 код-сопротивление, 13 и 14 код-напряжение, коммутатора 12 квадрантов ц коммутаторов 18 и 19 выхода соединены с выходами регистра 41 памяти, вход которого соединен с выходом ЦВМ. Регистр 41 памяти предназначен для восприятия от ЦВМ двоичного кода установки значений параметров элементов генератора и характеристик выходных сигналов, для хранения этого кода, для воздействия этим кодом на преобразователи 2, 3, 4, 5, 8, 22, 23, 33 и 34 и коммутаторы 12, 18 и 19, а также для создания детерминированных изменений установленных параметров и характеристик,,автоматически изменяемых пропорционально записанному в регистр 41 памяти цифровому коду. Регистр 41 памяти содержит набор цепочек статических триггеров, по одной цепочке на каждый выходной управляющий канал.. Предлагаемый генератор работает следующим образом. В регистр 41 памяти записывается двоичный код из ЦВМ в виде соответствующей суммы кодов установки емкостей и сопротивлений преобразователей 2 и 3 код-емкость, 4, 5, 8, 22 23, 33 и 34 код-сопротивление кодов установкиуровней напряжений преобразователей 13 и 14 код-напряжение, кодов управления коммутатором 12 квадрантов и коммутаторами 18 и 19 выхода. В результате в задающем блоке 1 возбухсдаются синусоидальные колебания определенной амплитуды и частоты, которые подаются на вход преобразователя 8 код-сопротивление аттенюатора 7. На выходе преобразователя 8 снимается установленной амплитуды синусоидальной формы сигнал, который поступает на вход квадратурного расщепителя 11 фазы фазовращателя 10, а также на вход первого формирователя 16 прямоугольных импульсов типа меандр и на одни из входов первого коммутатор 18 выхода. На выходе суммирующего кас када 15 фазовращателя 10 снимается другой синусоидальной формы сигнал, . сдвинутый относительно первого сигна ла на определе.нный фазовый угол. Это сигнал подается на вход второго формирователя 17 прямоугольных импульсов типа меандр и на один из входов второго коммутатора 19 выхода. С выходов формирователей 16 и 17 сдвинутые по фазе прямоугольные импульсы типа меандр через аттенюато ры 20 и 21 подаются на входы суммато ра 26 импульсов и на одни из входов коммутаторов 18 и 19 выхода. Кроме того, эти импульсы через дифференцирующие цепи 27 и 28, преобразующие их в остроконечные импуль сы положительной полярности (импульс отрицательной полярности закорачиваются параллельно подключенными полупроводниковыми диодами), подаются на входы формирователей 29 и 30 пило образных импульсов, с выходов формирователей 29 и 30 сдвинутые по фазе сигналы пилообразной формы после прохождения через аттенюаторы 31 и 32, поступают на одни из входов комму TafropoB выхода 18 и 19. На выходах cywraTopa 26 импульсов образуются сдвинутые по фазе сигналы ступенчатой формы различной длительности и полярности, которые поступают на одни из входов коммутаторов 18 и 19 выхода и одновременно поступгиот на вход ограничителей 37 и 38 полярности. На выходе ограничителей 37 и 38 полярности сдвинутые по фазе сигналы ступенчатой формы преобразуются в сдвинутые по фазе импульсы прямоугол ной формы различной длительности и полярности. С выхода ограничителя 37 полярности прямоугольные импульсы положительной полярности подаются на вход фильтрующей цепи 39 и на один из входов коммутатора 18 выхода, а с выхода ограничителя 38 полярности прямоугольные импульсы отрицательной полярности подаются .на вход фильтрующей цепи 40 и на один из входов коммутатора 19 выхода. Образующееся на выходе фильтрующей цепи 39 постоянное напряжение положительной полярности подается на один из входов коммутатора 18 выхода, а образующееся на выходе фильтрующей цепи 40 постоянное напряжение отрицательной полярности подается на один из входов коммутатора 19 выхода. Таким образом, в соответствии с записанным в регистре 41 памяти цифровым кодом на выходах кммутаторов . 18и 19 выхода с выходных клемм Г и tl снимаются установленной амплитуды и частоты периодические сигналы в следующем сочетании: либо сдвинутые по фазе сигналы синусоидальной фор-, мы, либо сдвинутые по фазе импульсы прямоугольной формы типа меандр, либо сдвинутые по фазе импульсы ступенчатой формы различной длительности и полярности, либо сдвинутые по фазе импульсы прямоугольной формы различной длительности и полярности, либо сдвинутые по фазе импульсы пилообразной формы, либо любая комбинация яэ двух вырабатываемых генератором сигналов различной формы. . Кроме того, с выходных клемм генератора снимается постоянное напряжение различной величины и полярности. В случае использования импульсов пилообразной формы для запуска разверток двухлучевого осциллографа и одновременной ввдачи двух контрольных сигналов с выходов коммутаторов 18 и 19выхода в генераторе предусмотрены дополнительные выходы Lit и IV сигналов пилообразной формы. Предлагаемый программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений обеспечивает полное Исключение каких-либо ручных операций при установке необходимых параметров выходных сигналов генератора; повышение на несколько порядков точности и быстродействия работы генератора; возможность дистанционного управления генератором от ЦВМ или другого пункта управления; возможность работы генератора по заранее заданной программе; возможность выполнения генератора на интегральных элементах микроэлектроники. Формула изобретения Программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжеНИИ, содержащий задающий блок, выполненный по схеме: фазирующая RC цепь, например мост Вина - усилитель; формирователи -импульсных сигналов, в частности два формирователя HivinynbcoB прямоугольной формы типа меандр и два формирователя импульсов пилообразной формы; аттенюаторы синусоидальных и импульсных сигналов; фазовращатель, .выполненный в составе квадратурного расщепителя фазы, коммутатора квадрантов, двух преобразователей код-накпряжение и суммирующего каскада; сумматор импульсов, два ограничителя полярности, две фильтрующие цепи и регистр памяти, одни из выходов которого соединены с управляющими входами коммутатора квадрантов и преобразователей код-напря|жение, отлич ающийся тем, что, с целью программного управления от цифровой вычислительной машины амплитудой, частотой, фазой и формой выходных периодических сигналов, величиной и полярностью выходных постоянных напряжений, в него введены в качестве регулировочных конденсаторов фазирующей RC цепи преобразо-. ватели код-емкость, в качестве регулировочных резисторов фазирующей RC цепи и аттенюаторов синусоидальных и импульсных сигналов - преобразователи код-сопротивление, в качестве распределителей выходных сигналов - два коммутатора выхода; выход преобразователя код-сопротивление аттенюатора сигналов синусоидальной формы.соединен со входом квадратурного расщепителя фазы фазовращателя, а также со входомпервого формирователя прямоугольных импульсов типа меандр, выход суммирующего каскадй фазовращателя соединен со входом второго. формирователя прямоугольных импульсов типа меандр, выходы формирователей прямоугольных импульсов типа меандр соединены со входами преобразователей код-сопротивление аттенюаторов сигналов прямоугольной формы,

o выходы которых, в свою очередь, соединены со входами сумматора импульсов , выходы, сумматора импульсов соединены со входами ограничителей полярности, выходы ограничителей по5лярности соединены со входами фильтррующих цепей, выходы фильтрующих цепей, ограничителей полярности, сумматора импульсов, cy Ф иpyющeгo каскада фазовращателя, преобразователей

0 код-сопротивление аттенюаторов сигналов синусоидальной и импульсной форм соединены со входами коммутаторов выхода, а управляющие входы преобразователей код-емкость, код-сопротивление и коммутаторов выхода соеди5нены с одним из выходов регистра памяти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

D

№ 391698, кл. Н 03 С 3/06, 25.07.73.

кл. 331-117, опублик, 30.09.75.

5

ft

Г