Функциональный генератор Советский патент 1981 года по МПК H03K5/07 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике, связи, электронной технике, автоматике, приборостроении и машиностроении.

Известен функциональный генератор, в котором имеются цифровые управляемые сопротивления, операционные усилители и счетно-решающие цепи 1.

Однако такой генератор не позволяет получить однополярные импульсы с переменной скважностью, что актуально в электронной, вычислительной и измерительной технике (проверка логических схем, пороговых устройств, схем совпадений, амплитудных анализаторов, импульсных вольтметров, широкополосных усилителей и т. д.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является функциональный генератор, в котором установка однополярных импульсов осуществляется путем смещения постоянной составляющей двухполярного прямоугольного сигнала 2.

Недостатки известного генератора - низкая точность установки выходных однополярных импульсов из-за наличия паразитного импульса противоположной полярности достаточно большой амплитуды, большое время установки выходнь1х однополярных импульсов.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени установки вуходных однополярных импульсов.

Для достижения цели в функциональный генератор, содержащий релаксатор, преобразователь напряжения, переключатель формы сигналов, первый, второй и третий контакты которого подключены соответственно к выходам прямоугольного и треугольного сигналов релаксатора и к выходе синусоидального сигнала упомянутого преобразователя, вход которого связан с выходом треугольного сигнала релаксатора, потенцио-; метр регулировки амплитуды, один вывод которого соединен с подвижным контактом переключателя формы сигналов, второй вывод соединен с шиной нулевого потенциала, а подвижный контакт через первый входной

резистор связан с инвертирующим входом выходного операционного усилителя, у которого неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, выход через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом, потенциометр смещения постоянной составляющей, включенный между источниками разнополярных стабилизированных напряжений, второй входной резистор, присоединенный одним выводом к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, дополнительно введены переключатель смещения, операционный усилитель, первый, второй и третий резисторы, первый и второй диоды, переключатель полярности импульсов на три направления (а, б, в), при этом переключатель смещения механически связан с переключателем формы сигналов и имеет такое же число контактов, подвижный контакт переключателя смещения соединен с вторым выводом второго входного резистора, первый, второй и третий контакты переключателя смещения подключены к подвижному контакту потенциометра смещения постоянной составляющей, а четвертый контакт упомянутого переключателя соединен с щи ной нулевого потенциала, третий резистор включен между выходом прямоугольного сигнала релаксатора и инвертирующим входом операционного уси лителя, неинвертирующий вход которого соединен с щиной нулевого потенциала, первый и второй резисторы одним выводом подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, анод первого и катод второго диодов подключены к выходу операционного усилителя, вторые выводы первого и второго резисторов соединены соответственно с первым контактом переключателя полярности импульсов направления а и с вторы м-контактом того же переключателя направления б, у которого первый контакт соединён с вторым контактом упомянутого переключателя направления а и инвертирующим входом операционного усилителя, катод первого и анод второго диодов подключены соответственно к подвижным контактам переключателя полярности импульсов направлений а и б, которые в свою очередь связаны соответственно с первым и вторым контактами упомянутого переключателя направления в, подвижный контакт которого подключен к четвертому контакту переключателя формы сигналов. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого генератора. Функциональный генератор содержит релаксатор 1, преобразователь 2 напряжения, переключатель 3 формы сигналов, потенциометр 4 регулировки амплитуды, первый входной резистор 5, выходной операционный усилитель 6, резистор 7 обратной связи, выходное гнездо 8, потенциометр 9 смещения постоянной составляющей, второй входной резистор. Ю ереключатель 11 смещения, операционный усилитель 12, первый, второй и третий резисторы 13-15, первый и второй диоды 16 и 17, переключатель 18 полярности импульсов на три направления (а, б, и в), источники 19 и 20 разнополярных стабилизированных напряжений. Устройство работает следующим образом. Выходы прямоугольного и треугольного сигналов релаксатора 1, а также выход синусоидального сигнала преобразователя 2 напряжения «треугольник-синус, у которого вход соединен с выходом треугольного сигнала релаксатора, связаны с первым, вторым и третьим контактами переключателя 3 формы сигналов, подвижный контакт которого соединен с выводом потенциометра 4 регулировки амплитуды, второй вывод которого подключен к щине нулевого потенциала, а подвижный контакт через первый входной резистор 5 связан с инвертирующим входом выходного операционного усилителя 6, у которого неинвертирующий вход подключен к щине нулевого потенциала, между выходом и инвертирующим входом включен резистор 7 обратной связи, а выход соединен с выходным гнездом 8, потенциометр 9 смещения постоянной составляющей включен между источниками разнополярных стабилизированных напряжений, второй входной резистор 10 одним выводом связан с инвертирующим входом выходного операционного усилителя, а другим - с подвижным контактом переключателя 11 смещения, первый, второй и третий контакты которого соединены с подвижным контактом потенциометра смещения постоянной составляющей, а четвертый - с щиной нулевого потенциала. К инвертирующему входу операционного усилителя 12 одним выводом присоединены, резисторы 13-15,вторым выводом третий резистор подключен к выходу прямоугольного сигнала релаксатора, анод первого диода 16 и катод второго диода 17, подключены к выходу операционного усилителя, вторые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к первому контакту переключателя 18 полярности импульсов направления а и второму контакту того же переключателя направления б, у которого первый контакт соединен с вторым контактом упомянутого переключателя направления а и инвертирующим входом операционного усилителя. Катод первого и анод второго диодов подключены соответственно к подвижным контактам переключателя полярности импульсов направлений а и б, которые связаны соответственно с первым и вторым контактами переключателя направления в, подвижный контакт которого подключен к четвертому контакту переключателя формы сигналов. Для получения прямоугольных однополярных импульсов подвижный контакт переключателя 3 формы сигналов устанавливается на контакт потенциометра 4, а подвижные контакты переключателя 18 - в положение I, если на входе потенциометра 4 необходимо иметь положительный импульс и в положение II, если необходимо иметь отрицательный.

Рассмотрим работу предлагаемого генератора на примере положительного импульса.

Прямоугольный двухполярный сигнал со скважностью поступает на операционный усилитель (ОУ) 12. В течение положительного, полупериода входного сигнала на выходе ОУ возникает отрицательный сигнал, который через диод 17 попадает на суммирующую точку ОУ (точка а), имеющую нулевой потенциал.

В то же время этот отрицательный сигнал запирает диод 16. Таким образом, B этот полупериод сигнал на выход не проходит. В течение отрицательного полупериода входного сигнала на выходе ОУ возникает положительный сигнал, который запирает диод 17 и проходит через диод 16 на выход (если подвижные контакты переключателя 18 в верхнем положении, то на выход проходит положительный импульс, если же они в нижнем положении - отрицательный). Далее с подвижного контакта переключателя 18 в выходной сигнал положительной полярности подается на контакт 4 переключателя,3 формы сигналов.

Благодаря механической связи между переключателями 3 и 11 постоянная составляющая выходного сигнала при заземленном резисторе 10 оказывается точно равной нулю, что невозможно осуществить в известном устройстве, где нет установки нулевого потенциала.

Генератор также обеспечивает точность формирования однополярных импульсов без заходов в обратную полярность.

Генератор реализуется достаточно просто, так как новая часть генератора (одна ИМС, два диода, три резистора, один переключатель и вторая галета переключателя формы сигналов) значительно проще любого из основных УЗЛОВ генератора (релаксатор, преобразователь, выходной Операционный усилитель), которые для получений высоких метрологических характеристик выполняются, как правило, по достаточно сложным схемамна дискретных элементах. Использование нового переключателя 11, механически связанного с переключателем формы сигналов в сочетании с новыми элементами 12- 18, составляющими прецизионный двухполярный ограничитель, выгодно отличают предлагаемый генератор от известного.

Формула изобретения

Функциональный генератор, содержащий релаксатор, преобразователь напряжения, переклю.чатель формы сигналов, первый, второй и третий контакты которого подключены

соответственно к выходам прямоугольного и треугольного сигналов релаксатора и к выходу синусоидального сигнала упомянутого преобразователя, вход которого связан с выходом треугольного сигнала релаксатора, потенциометр регулировки амплитуды, один вывод которого соединен с подвижным контактом переключателя формы сигналов, второй вывод соединен с шиной нулевого потенциала, а подвижный контакт через первый входной резистор связан с инвертирующим входом выходного операционного усилителя, у которого неинвертирующий вход соединен с щиной нулевого потенциала, выход через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом потенциометр смещения постоянной составляющей, включенный между источниками разнополярных стабилизированных напряжений, второй входной резистор, присоединенный одним выводом к инвертирующему входу выходного операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени установки выходных однополярных импульсов, в него дополнительно введены переключател смещения, операционный усилитель, первый второй и третий резисторы, первый и второй диоды, переключатель полярности импульсов на три направления (а, б, в), при этом переключатель смещения механически связан с переключателем формы сигналов и имеет такое же число контактов, подвижный контакт переключателя смещения соединен с вторым выводом второго входного резистора, первый,второй и третий контакты переключателя смещения подключены к подвижному контакту потенциометра смещения постоянной составляющей, а четвертый контакт упомянутого переключателя соединен с шиной нулевого потенциала, третий резистор включен лЛежду выходом прямоугольного сигнала релаксатора и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала , первый и второй резисторы одним выводом подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, анод первого и катод второго диодов подключены к выходу операционного усилителя, вторые выводы первого и второго резисторов соединены соответственно с первым контактом переключателя полярности импульсов направления а и вторым контактом того же переключателя направления б, у которого первый контакт соединен с вторым контактом упомянутого переключателя направления а и инвертирующим входом операционного усилителя, катод первого и анод второго диодов подключены соответственно к подвижным контактам переключателя полярности импульсов направлений а к б, которые в свою очередь связаны соответственно с первым и вторым контактами упомя-нутого переключателя направления в, подвижный контакт которого подключен к четвертому контакту переключателя формы сигналов.

Источники ийформации, принятые во внимание при экспертизе 1. Смолов В. Б. Вычислительные преобразователи с цифровыми управляемыми

сопротивлениями, М.-Л., Госэнергоиздат, 1961, с. 111, рис. 53.

2. Проектирование и применение операционных усилителей. Под ред. Дж. эма, Дж. Тоби и Л. Хьюлсмана, М., «Мир, 1974. с. 408, рис. 10.8.