Формирователь напряжения Советский патент 1981 года по МПК H03K5/07 

1

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для получени периодических электрических колебаНИИ заданной формы или заданного гармонического спектра с регулируемой частотой повторения и может быть использовано в измерительных, вычислительных и индикаторных устройствах, в устройствах автоматики, анализа и синтеза речевых и музыкальных сигналов.

Известны формирователи напряжени заданной формы или заданного гармонческого спектра, в которых частота повторения выходного напряжения задается частотой Повторения периодического управляющего сигнала, содержащие два гетеродинных задающих генератора (фиксированной частоты и переменной частоты) с умножителями частот, смесители частот соответствующих гармоник задающих генераторов, полосовые фильтры и регуляторы амплитуды гармоник .

Недостатком таких устройств, затрудняющих их практическую реализацию, является необходимость очень высокой стабильности частот обоих задающих генераторов для получения стабильной частоты повторения выходного сигнала, которая обуславливается тем, что частота выходного сигнала равна разности частот задающих генераторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, в котором производится стробоскопическое преобразование сигнала, вырабатываемого генератором

0 напряжения заданной формы фиксированной частоты. Выходной сигнал формируется непосредственно из напряжения этого генератора путем многократной записи в первый ансшоговый эле5мент памяти его мгновенных значений, равномерно сдвинутых по ,фазе. Закон построения записывающих импульсов (поступающих на управляющий вход элемента памяти определяется эле0ментом сравнения, который сравнивает пилообразное напряжение (синхронное с напряжением заданной формы) со ступенчатым напряжением, формируемым из периодического управляюще5го сигнала при помощи счетчика импульсов и преобразователя код-напряжение. Выравнивание по длительности мгновенных значений напряжения, записанного в первом элементе памяти,

0 производится путем перезаписи его

во Ьторой аналоговый элемент памяти по командам из блока синхронизации, содержащего четыре одновибратора и обеспечивающего временное согласование работы всех функциональных узлов формирователя напряжения 2j.

Недостатком известного формирователя являются нелинейные искажения выходного напряжения, объясняемые (тем, что для нормального функционирования формирователя необходимо обеспечить линейный закон изменения фазового сдвига записывающих импульсов при переходе ступенчатого напряжения с каждого уровня на последующий. При-отсутствии взаимной стабилизации амплитуд сравниваемых напряжений (пилообразного и ступенчатого, линейность в указанном выше смысле изменения фазового сдвига может нарушаться.

При амплитуде пилообразного напряжения, значительно большей амплитуды ступенчатого, скорость нарастания фазового сдвига моментов сравнения напряжений и, следовательно, записывающих импульсов падает до нуля во временной области экстремальных зна. чений ступенчатого напряжения и возрастает в остальную ча-сть его период Если соотношение амплитуд обратное, то появляются непредусмотренные пропуски записывающих импульсов в указа ной временной области, а в остальную часть периода скорость нарастания фазового сдвига.падает.

Кроме того, при отсутствии стабилизации нулевого уровня элемента сравнения также может нарушаться линейность изменения фазового сдвига записывающих импульсов, так как смещение нуля элемента сравнения эквивалентно взаимному смещению кривых пилообразного и ступенчатого напряжений по оси напряжений. Если, например, кривая пилообразного, напряжения значительно смещена вверх, то скорость нарастания фазового сдвига падает до нуля во временной области максимальных значений ступенчатого напряжения, и появляются непредусмотренные пропуски записывающих импульсов во временной области мИ|Нимальных значений ступенчатого напряжения. Нелинейность изменения фазового сдвига записывающих импульсов в течение периода ступенчатого напряжения и непредусмотренные пропуски их приводят к нарушениям и сбоям в работе первого элемента памяти, а это проявляется в виде нелинейных искажений выходного напряжения, причем при незначительном отличии амплитуд сравниваемых напряжений и незначительном смещении нулевого уровня элемента сравнения нелинейные искажения соот|Ветственно уменьшаются, но полностьр не устраняются.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений формирователя.

Указанная цель достигается тем,, что в формирователь напряжения, содержащий первый элемент памяти, вход которого соединен с выходом генератора напряжения заданной формы, а выход соединен со входом второго аналогового элемента памяти, выход которого соединен со входом фильтра ниж.них частот, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а выходы соединены с управляющими входа ми элементом памяти, и первый счетчик импульсов, введены второй счетчик импульсов, генератор импульсов и элемент запретапервого импульса, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через первый счетчик импульсов - со входом генератора напряжения заданной формы, управлякяций вход соединен с выходом блока управления, а выход - через второй счетчик импульсов - со вторым входом блока синхронизации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного формирователя/- на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в различных цепях функциональной схемы.

Предлагаемый формирователь содержит генератор .1 напряжения заданной формы, выход которого подключен ко входу первого аналогового элемента 2 памяти, выход которого подключен ко входу второго аналогового элемента 3 памяти, выход которого подключен ко входу фильтра 4 нижних частот, выход 5 которого является выходом формирователя. Блок б управления подключен к первому входу блока 7 синхронизации,выходы которого соединены с управляющими входами элементов 2 и 3 памяти. Вход элемента 8 запрета первого импульса объединен со входом первого счетчика 9 и соединен с выходом генератора 10 импульсов. Выход счетчика 9 соединен со входом генератора 1. Выход элемента 8 соединен со входом второго счетчика 11, выход которого подключен ко второму входу блока 7. Управляющий вход элемента 8 соединен с выходом блока б .

Формирователь работает следукадим образом.

Генератор 10 вырабатывает последовательность импульсов напряжения (кривая 12, фиг.2) с постоянной высокой частотой повторения, которые поступают непосредственно на вход счетчика 9 и через элемент 8 на вход счетчика 11. Идентичные счетчики 9 и 11 пересчитывают эти импульсы, периодически переполняясь, в результате чего на выходе счетчика 9 формируется последовательность импульсов напряжения (кривая 13) с ПОСТОЯННОЙ низкой частотой повторения, которая синхронизирует генератор 1.Генератор 1 вырабатывает периодическое напряжение (кривая 14), имеющее заданную форму и период повторения, равный периоду повторения импульсов (кривая 13) на выходе счетчика 9 . Блок 6 управления содержит генератор, который вырабатывает последова.тельность импульсов напряжения (кривая 15) с медленно изменяемой по заданному закону частотой повторения. Эти импульсы поступают на управляющий вход элемента 8. Он запрещает прохождение из генератора 10 в счетчик 11 одного (первого по счету после положительного фронта импульса генератора блока 6) импульса (.отмечены крестиком на кривой 12 . В результате на выходе счетчика 11 формируется последовательность импу сов напряжения (кривая 16), которые с течением времени равномерно сдвиг ются (отстаютi) по фазе относительно импульсов на выходе счетчика 9 (кри вая 13). Из импульсов счетчика 11 блок 7 синхронизации формирует короткие за писывающие импульсы напряжения (кри вая 17), которые на время своего действия переключают элемент 2 памя ти из режима хранения напряжения в режим записи напряжения. Во время з . писи элемент 2 запоминает и затем хранит до следующего записывающего импульса мгновенные значения напряж ни (кривая 14) на выходе генератора 1 . Таким,образом, в -элементе 2 запо минается последовательный ряд (кривая 18) мгновенных значений выходно напряжения генератора 1, считанный на протяжении его периода через рав ные его части. Однако выходное напряжение элеме та 2 непригодно для формирования вы ходного напряжения устройства, так как длительности его ступенек вслед ствие несинхронности генератора бло ка 6 управления и генератора 10 не равны периоду повторения импульсов (кривая 15) генератора блока 6, и дл их выравнивания напряжение (кривая 18) с выхода элемента 2 памяти пере писывается в элемент 3 памяти при помощи коротких переписывающих импул сов напряжения (кривая 19), которые подаются на управляющий вход элемента 3. Они вырабатываются блоком 7 из импульсов генератора блока б и имеют их частоту повторения. Таким образом, в элементе 3 после довательно друг за ДРУГОМ на интервалы времени между импульсами генератора блока 6 запоминается ряд мгно венных значений (кривая 20) выходно/го напряжения генератора 1 (кривая 14), при этом фильтр 4 нижних частот пропускает на выход 5 все частоты, которые меньше частоты повторения импульсов генератора блока 6. На выходе 5 выделяется напряжение (кривая 21), период повторения которого точно равен К периодам повторения импульсов (кривая 15) генератора блока 6 управления (К - коэффициент пересчета счетчиков 9 и 11), а форма (при выполнении оговоренных ниже условий) точно соответствует форме напряжения (кривая 14) заданной формы на выходе генератора 1. Блок 7 синхронизации исключает возможность существенных искажений выходного сигнала формирователя, обусловленных несинхронностью гене ратора 10 и генератора блока б управления. Из-за их несинхронности в отсутствиеблока 7 некоторые записывающие импульсы могут полностью или частично совпадать во времени с переписывающими импульсами, что приводит к искажению сигналов в элементе 3 памяти. Блок 7 обеспечивает также запрет формирования записывающих импульсов в течение некоторых интервалов времени (кривая 22) с момента начала каждого имйульса генератора блока 6, при этом длительность запрета должна быть не меньше суммы длительностей записывающего и перепи сыв&ющего импульса, что исключает возможность даже частичного совпадения последних и сохраняет неизменным напряжение на выходе элемента 2 памяти при перезаписи его в элемент 3 пам.яти. Кроме того, блок 7 обеспечивает зад.ержку начала переписывающих им- пульсов относительно начала импульсов генератора блока 6, при этом длительность задержки (кривая 23) должна быть не меньше длительности записывающих импульсов, что исключает возможность совпадения записывающего и перезаписывающего импульсов, даже если их формирование начало.сь непосредственно перед нагчалом запрета, в этом случае записывающий импульс успевает закончиться до начала переписывающего . i Для обеспечения, по крайней мере, одного записывающего импульса в течение каждого периода пЬвторения генератора блока б необходимо, чтобы он был больше с5уммы длительности периода повторения импульсов счетчика 9 и длительности запрета (кривая 22) . Таким образом, на выходе формирователя напряжения формируется перио.дическое напряжение, частота повторения которого соответствует значению частоты повторения импульсов генератора блока б управления, а форма соответствует форме, заданной напряжению генератора 1. Точное соответствие формы напряжений (кривые 21 и 14) на выходе 5 фop Q poвaтeля и выходе генератора 1 наблюдаются в случае, если, во-первых, ограничен спектр напряжения заданной формы на выходе генератора 1, во-вторых, количество уровней ступенчатого напряжения (кривая 20) на выходе элемента 3 памяти (оно равно коэффициенту пересчета счетчиков) доджно быть не менее 2п, где п - номер высшей гармоники напряжения генератора 1. Указанные условия практически выполнимы. По Сравнению с известными формирователями напря)йения в предлагаемом формирователе выходное напряжение ,в принципе точно, без нелинейных искажений, воспроизводит заданную форм и заданный гармонический спектр при увеличении частоты выходного напряже ния и числа содержащихся в нем гармо ник. При зтом требования к стабильности и точности частоты генератора блока управления не превышают аналогичные требования к выходному напряжению. Кроме того, сложность устройства существенно снижена, так как многоэлементных запоминающих устройс выполняют всего два элемента памяти а стабилизаторы напряжения не испол зуются. Таким образом, в предлагаемом формирователе напряжения улучшена одна из важнейших метрологических х рактеристик - его погрешность, а та же уменьшены его сложность, габариты и масса. Формула изобретения Формирователь напряжения, содержащий первый элемент памяти, вход которого соединен с выходом генератора напряжения заданной формы, а выход соединен со входом второго аналогового элемента памяти, выходкоторого соединен со входом фильтра нижних частот, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а выходы соединены с управляющими входами элементрв памяти, и -первый счетчик импульсов, о у л ичающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, в него введены второй счетчик импульсов, генератор импульсов и элемент запрета первого импульса, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через первый счетчик импульсов - со входом генератора напряжения заданнойфорьвд, управляющий вход соединен с выходом блока управления, выход - через второй счетчик импульсов - со вторым входом блока синхронизации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №130980, кл. Н 03 К 5/00, 1952. 2.Волошин В.И. и др. Электромузыкальные инструменты. М., Энергия, 1971, с. 64. fzllimiJIMW /3 II

1

1

16

п п п п п п

1

1

I

I

гт

п п п п п IIIIIWIinimilMimillN NinMclMIM III IIIIIIIII

. Фиг. 2