Функциональный генератор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 

(5) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

1

Изобрел--И.- с носится к аналогоцифровой sbi-ii-ii./ гельной технике.

Известен функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, дешифратор, регистр, трансформато:.мыи цифро-аналоговый линейный делитель напряжения, три трансформатора, транзисторные ключи и резисторь;, .- :.;:1Й работает на переменном Til

Его 1-,.гц-- rJTKOM является сложность

СТруКТУОь - ГРОМОЗДКОСТЬ.

Наибслгзе близким, к предлагаемому техническ,. решением является функциональный генератор, содержащий задающий генератор импульсов, счетчик, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого соединены с разрядными выходами счетчика, де1иифратор, входы которого соедине-ч„ ходами блока памяти, m инве.0оснч;; ячеек, каждая из которых выполнена на трансформаторе и

транзисторных ключах, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно , свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой и m -и инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, управляющие входы ключей инверторных ячеек соединены с соответствующими выходами дешифратора, осуществляющего форми10рование мгновенного значения выходного напряжения путем суммирования. выходных напряжений m инверторных ячеек по закону троичной логики

(to,ti) 1:2.

15

Недостатком такого функционального генератора является сложность структуры, обусловленная необходимостью использования большого количества инверторных ячеек для получе20ния высокой точности.

Цель изобретения - упрощение структуры функционального генератора. 39 Указанная цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий задающий генератор импульсов, счетчик, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого соединены с разрядными выходами счетчика,дешифратор, входы которого соединены с выходами блока памяти, m инверторных ячеек, каждая из которых выполнена на трансформаторе, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены по следовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов пер,вой и т-й инверторных ячеек являются Iвыходами функционального генератора, дополнительно содержит в каждой инве торной ячейке первый и второй защитные диоды, первую и вторую группы транзисторных ключей из 2 ключей каждая, первую и вторую группы коммути рующих диодов из с - 1 диодо каждая, выпрямительный диодный мост и шунтирующий транзисторный ключ, тран сформатор каждой инверторной ячейки имеет дополнительную вторичную обмот ку, подключенную к первому и второму входам выпЧзямительного диодного моста, первичная .обмотка трансформатора каждой инверторной ячейки имеет средний вывод, соединенный с шиной положительного питающего напряжения, и выводов от каждой половины первичной обмотки, начиная от ее свободного вывода, выводы первой и второй половин первичной обмотки трансформатора, кроме Е-Х, каждой инверторной ячейки соединены с анодами соответствующих коммутирующих диодов первой и второй групп, катоды которых через соответствующие транзисторные ключи первой и второй групп соединены с шиной отрицательного питающего напряжения, Е-е выводы первой и второй половин первичной обмотки трансформатора каждой инвертор ной я 4ейки соединены с анодами первого и второго защитных диодов и через соответствующие транзисторные ключи первой и второй групп с шиной отрицательного питающего напряжения, катоды первого и второго защитных диодов соединены с шиной отрицательного питающего напряжения, анодный выход выпрямительного диодного моста соединен с шиной отрицательного питающего напряжения непосредственно, а катодный выход - через шунтирующии транзисторный ключ, управляющие входы транзисторных ключей первой и второй групп и шунтирующего транзисторного ключа каждой инверторной ячейки соединены с соответствующими выходами дешифратора, причем соотношение между количеством витков вторичных обмоток трансформаторов инверторных ячеек соответствует закону геометрической прогрессии со знаменателем, равным 2В + 1. На чертеже приведена блок-схема функционального генератора. Функциональный генератор содер ит задающий генератор 1 импульсов, сметчик 2, блок 3 памяти, дешифратор 4, m инверторных ячеек 5,...,5fn каждая из которых выполнена на трансформаторе 6 с первичной обмоткой 7, вторичной основной 8 и дополнительной 9 обмотками, 2- 1 коммутирующих диодах 10,..., ,первой группы, Р транзисторных ключах 11 Пр первой группы. С- 1 коммутирующих 2.,.,., 12f второй групиодахпы, 2 транзисторных ключах 13,... 13g второй группы, первом 1 и втором 15 защитных диодах, выпрямительном диодном мосте 16 и шунтирующем транзисторном ключе 17. функциональный генератор работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает импульсы с частотой f р %Ь|Х ® количество ступенек в периоде; fa - частота выходного сигна- ла функционального генератора, которые поступают на вход счетчика 2. Параллельный двоичный код с выходов счетчика 2 поступает на адресные входы блока 3 памяти. Блок 3. памяти до установки его в функциональный генератор программируется таким образом, чтобы при смене кодов на его адресных входах на выходах дешифратора появлялись коды, соответствующие алгоритму управления инверторными ячейками 5 , . . , Д- получения заданной периодической функции на выходе функционального генератора. Для пояснения работы функционального генератора рассмотрим способ представления целых натуральных чисел с помощью нечетного симметричного относительно нуля кода. Любое целое положительное или отрицательное число N можно представить с помощью начетного симметричного кода следующим образом N (o,ti,t2,t,...,te).(2e+i)% + (0,tl,t2,i,...,tn-(2E+l)4(0,t 1 t2,t,...,±g).(2e+ir- +... + (o,ti,t t2, ...tO- (2P+1)° , где 1 - максимальное число системы счисления, равное количеству отводов; 21+1 - основание системы счисления; i - максимальный разряд сиетемы i пп - 1; выражение (0,t1, t2,±.. .t) означает, что выбирается одно из чисел в каждом разряде (положительное или отрицательное) для представления какого-либо конкретного числа. Пусть, например, не обходимо представить число N 273 в семиричной системе счисления. При этом 21+1 7, а число отводов 1 3- Следовательно, N (0,t1,t2,t3)7+(0,±l,t2,t5)/ + ... + (0,11,12,±3)7°. Легко видеть, что. для семиричной системы счисления 273 1 - 7 -3-7 +0-7°, код 1(-1)(-3)(0); для девятиричной системы счисления 273 3-9 +3-9+3-9°,код 333; для пятиричной системы счисления 273 3-5 + 1-5,.5-2-5°, код 3 10(-2). В предлагаемом функциональном ге нераторе каждая из инверторных ячее 5 , . . . , 5т реализует один разряд системы счисления. Таким образом, если использовать семиричный код для построения функционального генератора, состояющего из последовательно соединенных m i + 1 инверторных ячеек 5 , . . . , 5 то необходимо обеспечить соотношение выходных сигналов между соседними инверторными ячейками 5 , 5:, .J jT-i (при одном и том же числе кода для каждого разряда), равное семи. Каждая из инверторных ячеек 5-) , . . . , 5 должна обеспечивать семь уровней сигнала, относящиеся между собой как числа натурального ряда: 0,11, 1,-АКоэффициенты передачи инверторных ячеек 5j(..., 5 соотносятся между собой по закону геометрической прогрессии со знаменателем, рав ным 2Е+1 , где И - количество отводов в каждой половине первичной обмотки 7. Наибольший коэффициент пер дачи инвертора по напряжению соответствует включению ключа lip или 13р. Следующий уровень, меньший на единицу, обеспечивается включением ключа llg--) или 13g--( и т.д. Наименьшему уровню, равному единице, соответствует включение только ключа 1Ц или 13xf. Уровень, равный нулю, обеспечивается включением шун тирующего ключа 17, который через выпрямительный диодный мост 16 закорачивает дополнительную вторичную Обмотку 9, тем самым формируя уро,вень нуля на выходах инверторных ячеек 5,..., 5,„. Пусть, например, для обеспечения заданной точности формирования какой-либо функции достаточно использовать функциональный генератор из трех инверторных ячеек 5, 5fj, 5з (т 3) с семиричной системой счисления (основание системы р 7). При этом максимальная цифровая емкость генератора будет равна „т 1 S Е-ЕL- з. Р - 1 Допустим в какой-то момент времени , где л - количест %ыхво ступенек в четверти периода выходного сигнала, необходимо сформи ровать уровень выходного сигнала, равный 1б1.е, где е - уровень напряжения, соответствующий единице IJebix-rrtdx S Число 161е можно представить в следующем виде 1б1е е(3-7 +2-7+0-7 ),код 320. ля реализации этого числа при усовии, что включение ключей 1 Ц ,. . . , 11 соответствует формированию чисел о знаком плюс, а ключей 13(,. Зт, - со знаком минус, необходимо включить ключ llj (число ) инверторной ячейки Sj, ключ П (число 1) инверторной ячейки 512. ключ 17 число 0 инверторной ячейки 5-) Задав ординаты формируемой функии числовыми значениями для каждого момента времени V и определив код включения ключей 1Ц,..., llg и 1 3.4, . . ., 1 Зр для каждой инверторной чейки 5,..., 5 можно произвеси программирование блока 3 памяти. С выхода дешифратора импульсы оступают на управляющие входы тех лючей 11...Ней 13.--Пв, вклю79чение которых обеспечивает заданный уровень напряжения на выходе функционального генератора в заданный момент времени ОТ . Количество слов блока 3 памяти выбирается, исходя из количества ступенек в периоде функции, а разрядность слова определяется количеством ключей П ... 1 1 (7 и 1 3 . - . З в инверторных ячейках :...5 Амплитуды сигналов на вторичных обмотках трансформаторов 6 инверторных ячеек 5 5 соотносятся между собой по закону геометрической прогрессии со знаменателем, равным 22+1. Это соотношение обеспечивается соответствующим выбором числа витков вторичных обмоток тран форматоров 6 . Благодаря использованию более высокого основания системы счисления, реализуемой в предлагаемом функциональном генераторе 2Е + по сравнению с прототипом, где , обеспечивается более высокая точность формирования функции при одинаковом количестве инверторных ячеек или обеспечивается ynpoiiie ние структуры функционального генератора за счет сокращения количесгва инверторных ячеек при неиЗгме -м-1ой точности. Формула изобретения Функциональный генератор, содер жащий задающий генератор импульсов счетчик, вход которого соединен с выходом задающего генератора импул сов, блок памяти, адресныг; яхг.ль которого соединены с разрядными вы ходами счетчика, дешифратор, входы которого соединены с выходами блок памяти, m инверторных ячеек., ка;к-дая из которых вь1полнена Fia -.-рансф матера,вторичные обмотки траисформэ торов инверторных ячеек соединень; последовательно, свободные вторичных обмоток трансформаторов первой и гп-й инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, отличающийс я тем, что, с целью упрощения структуры, он содержит з каждой ин верторной ячейке первый и второй за щитные диоды, первую и вторую группы транзисторных ключей из - ключей каждая, первую и группь коммутирующих из g - 1 диодов ка);(дая, выпрямительный диодный мост и шунтирующий транзисторный ключ, трансформатор каждой инверторной ячейк -; имеет дополнительную вторичную обмотку, подключенную к первому и второму входам выпрямительного диОД1-1ОГО моста, первичная обмотка трансформатора каждой инверторной ячейки имеет средний вывод, соединениый с шиной положительного питающего напряжения, а выводов от каждой половины первичной обмотки, начиная от ее свободного вывода, выводы пер-зой и второй половин первичной обмотки трансформатора, кроме Р х, ииверторьюй ячейки соедине.-ibi с анодами соответствующих коммутирующих диодов и второй групп, катоды которых через соответствующие транзисторные ключи первой и второй групп соединены с шиной отрицательного питающего напряжения, 2-е выводы первой и второй половин перз|ч-ной обмотки трансформатора каждой инверторной ячейки соединены с анодами первого и -второго защитных диодов и. через соответствующие транзисторные клю-и первой и второй групп с шиной отрицательного питающего напряжения, кагоды первого и Е орого защитных диодов соединены с шиной отри1лательного питающего на прянбния, анодный выход выпрямительного диодного моста соединен с ши1--1ОЙ отрицательного питаюидего напря |( мепосрелственио, а катодный :Ы)од - через и унтирующий транзисторный ключ, управляющие входы транзист( ключей 1ервой и второй групп --, 1,ру;ОЩе 0 Т,ТЧЗИ: -; Орионе КЛЮ -:л клждой инверторной ячейки соеди -:ег1Ь с соответствую-щими выходами деи1Ифрзтора, причем соотношение между холичестзом витков втсричных обмогок трансформаторов инверторных ячеек соответствует закону геометрической прогрессии со знаменателем, рав.ым 2Вн-1 . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1„ Смелов В.Б., Фомичев B.C. Аналого-цифровые и цифроаналоговые нелинейные вычислительные устройства. Л, ; Энергия, 1974 - с. 130, рис. 511, 2, AsTOpcKoe свидевтельство СССР f 505103, кл. G 06 G 7/26,1976 (прототип) .