Функциональный генератор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

t

Изобретение относитря к аналоговой вычислительной технике.

Известен функциональный генератор содержащий генератор треугольного напряжения, выход которого подключен ко входу функционального преобразователя. Он позволяет с высокой точностью воспроизвести произвольную функцию времени 1.

Однако имеет сложную конструкцию и низкую надежность из-за большого числа элементов и соединений.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий дифференциальный операционный усилитель, резистор отрицательной обратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя последовательно соединенные первый и второй масштабные резисторы, общийвывод которых с неинвертирукяцим входом дифференциального операциейного усилителя, свободный вывод первого масштабного резистора соединен с выходом дифференциального операционного усилителя, свободный вывод второго масштабного резистора соединен с шиной нулевого потенциала, .времязадающий конденсатор, включенный между инвертирующим входом дифференциального операционного усилите ля и шиной нулевого потенциала L lНапряжение на времязадаюсцем конденсаторе этого генератора изменяется во времени, экспоненциально нарастая и спадая.

Недостатком указанного функционального генератора является невоз- .

0 можность воспроизведения экспоненциальных функций времени с точкой neperгиба при переходе через нуль, что бывает необходимо при моделировании устройств с нелинейными индуктнвнос5тями.

Цель изобретения - расширение области применения функционального генератора за счет воспроизведения экспоненциальных функций времени с точкой перегиба при переходе через нуль.

Указанная цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий дифференциальный операционной усилитель, резистор отрицательной об5ратной связи, включенный между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, последовательно соединенные первый н второй масштабные резисторы, общий вывод которых сое0динен с неинвертирующим входом диффе ренциального операционного усилителя свободный вывод первого масштабного резистора соединен с выходом дифференциального операционного усилителя свободный вывод второго масштабного резистора соединен с шиной нулевого потенциала, времязадающий конденсатор, включенный между инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, дополнительно содержит ком паратор нулевого уровня, элемент И и управляемый резистор с отрицательным сопротивлением, управляющий вход которого подключен к выходу элемента И, а выводы соответственно - к инвер тирующему входу дифференциального операционного усилителя и к шине нулевого потенциала, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом дифференциального операционного усилителя и с выходом компаратора нулевого уровня, вход которого соединен с инвертирукмдим входом дифференциального операционно го усилителя, являющимся выходом функционального генератора. На фит. 1 приведена схема функцио нального генератора; на фиг. 2 - вре менные диаграммы. Функциональный генератор, содержит дифференциальный операционный усилитель 1, резистор 2 отрицательной обратной связи, первый 3 и второй 4 асштабные резисторы, времязадающий конденсатор 5, управляемый резистор б с отрицательным сопротивлением,ком паратор 7 нулевого уровня и элемент И 8. Функциональный генератор работает следукщим образом. Дифференциальный усилитель 1, охваченный цепью положительной обратной связи, образованной резисторами 3 и 4, и цепыо отрицательной обратной связи, образованной резистором 2 и конденсатором 5, является Источником периодических колебаний. При этом напряжение на выходе дифференциального усилителя 1 (фиг. 2а) имеет прямоугольную форму и изменяется от l) -и, где - уровень насы щения дифференциального уси,лителя 1, а напряжение на конденсаторе 5 является выходным напряжением генератора ( , имеет экспоненцигшьную фор му и меняется . до -f m R4 1 j RA «5+ где R. и RH - сопротивление реэисторов 3 и 4 соответствен Управляеншй резистор б имеет отри цательное сопротивление (-Rg) тогда, когда управляющий сигнал равен логическому нулю, и (-RH|) I когда управляющий сигнал равен логической едини це. Соотношение мехщу RQ, Ry| и сопро тивлением резистора 2 Rj выбрано слеующим образом: В результате эквивалентные постоянные времени RC-цепи функционального генератора равны: Г R2-R- где С 5 - емкость конденсатора 5. Таким образом, знак постоянной времени генератора зависит от уровня сигнала на выходе элемента И 8. Компаратор нулевого уровня 7 изменяет свое состояние при переходе напряжения и, через нуль, причем полярность выходного напряжения компаратора 7 совпадает с полярностью напряжения и, (фиг. 26} . Выходной сигнал элемента И 8 равен логической единице, когда полярности сигналов на его входах совпадают, и равен логическому нулю, когда они противоположны. Предположим, что в момент времени t напряжение ,,, достигает своего минимального значения -Шз1) и происходит переключение выход югЪ напряжения дифференциального усилителя 1 в Напряжение состояние насыщения и на конденсаторе начинает расти с постоянной времени СцСфиг. 2fe) , так как полярности сигналов на входах элемента И 8 противоположны. В момент времени tj происходит переключение состояния компаратора 7 и изменение постоянной времени с Сд . При этом на диаграмме (фиг. 2fc) появляется точка перегиба, обусловленная изменением знака постоянной времени. В момент времени t напряжение и{,уц достигает своего максимального значения и происходит переключение дифференциального усилителя 1. Вместе с этим происходит изменение направления заряда конденсатора 5 и переключение Т на fo В момент изменяется состояние компаратора 7, полярности сигналов на .входах элемента И 8 оказываются одинаковыми, и постоянная времени меняется на Т , а на кривой выходного напряжения появляется точка перегиба. В момент tj цикл заканчивается и начинается новый период. Период колебаний функционального генератора определяется выражением (Л-) STiiCj ( ) tиl + «/ ,l| -) Анализ схемы показывает, что производная функция Ubn;j(t) не изменяется в пределах бесконечно малого интервала времени при переходе ,(t) через нуль (при любом соотношении между RO и R), т.е. несмот