Управляемый генератор ступенчатого напряжения Советский патент 1982 года по МПК H03K4/02 

() УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СТУПЕНЧАТОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к импульсHofi технике .и может быть использован например, в качестве формирователя ступенчатого напряжения в целях развертки аналоговых величин. Известен генератор ступенчатого напряжения, содержащий генератор так товых импульсов, счетчик, триггер, коммутатор и цифро-аналоговый преобразователь. Переключение с восходящей ветви напряжения на нисходящую осуществляется тем, что коммутатор, управляемый триггером, подключает входы цифро-аналогового преобразователя либо к прямым выходам счетчика, либо к ин версным tl , Недостатками указанного генератора являются отсутствие регулировок высотой ступенек на обоих ветвях напряжения, невозможность задать, кроме линейного, другого закона изменения выходного напряжения, а также ограниченность функционального использования содержащихся в нем блоков. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода, первый и второй источники напряжения, первые разнопслярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напряжения 2, Недостаток устройства - ограниченность диапазона управления законом изменения выходного напряжения. Целью изобретения является расширение диапазона управления законом изменения выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования, первый и . второй источники напряжения, первые разнополярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напряжения, введен аттенюатор, вход ко торого подключен к выходу блока двой ного преобразования, выход - к входу переключателя напряжения, первые ра нополярные выходы первого и второго и.стомников напряжения подключены к входу блока двойного преобразования. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит блок 1 двойно го преобразования анало -код-аналог с внутренней памятью кода, первый и второй источники 2 и 3 напряжения, переключатель напряжения, аттенюатор 5. Блок 1 двойного преобразовани аналог-код-аналог с внутренней памятью кода содержит, например, входной элемент 6, источник 7 опорного напряжения, переключател 8 рода измерения, усилитель 9 постоянного тока, сигнальный и нулевой компараторы 10 и 11, логический элемент 12, счетный блок 13, блок 14 памяти кода, элемент 15 стробоскопической индикэции, хронизатор 16, . блок 17 автоматики, генератор 18 пилообразного напряжения, генератор 19 счетных импульсов, формирователь 20 импульсов памяти и сброса, элемент 21 определения полярности и перегруз ки, цифро-аналоговый преобразователь 22. . Устройство работает следующим образом. Рассмотрим вначале работу блока 1 двойного преобразования аналог-коданалог. Входное напряжение, поступающее на вход входного элемента 6, приводится в нем к номинальному пределу и в нормализованном виде подводится к переключателю 8 рода измерения, к которому также подведено напряжение калибровки с источника 7 опорного напряжения. Напряжение, снимаемое с выходного контакта переключа-зля 8 рода измерения, усиливается усилителем 9 постоянного тока и с выхода его поступает на один из входов сиг нального компаратора 10. В нулевом же компараторе 11 на одном из входов поддерживается напряжение нулевого уровня. На другие входы компараторов 10 и 11 с выхода генератора 18 подводится напряжение пилообразной формы с частотой 500 Гц. Генератор 18 пилообразного напряжения управляется импульсами разряда, поступающими из блока 17 автоматики с частотой 50 Гц и скважностью 10 синхронно с частотой сети. Логический элемент 12, представляющий собой схему совпадения, пропускает на счетный блок 13 тактовые импульсы с выхода генератора 19 счетных импульсов лишь тогда, когда на всех трех входах логического элемента 12 одновременно появится нулевой уровень. На двух входах, связанных с выходами компараторов 10 и 11, одновременное наличие нулевых уровней возникает в момент достижения пилообразного напряжения на входе нулевого компаратора i i нулевого потенциала и продолжается до момента достижения пилообразного напряжения уровня сигнала. Таким образом, длительность одновременного наличия нулевых уровней на выходах компараторов 10 и 11 является линейной функцией от уровня измеряемого напряжения. На третьем же входе логического элемента 12, соединенном с выходом блока 17 автоматики, импульс нулевого уровня появляется лишь после прихода из хронизатора 16 в блок17 автоматики импульса цикла измерения, которые при автоматическом режиме работы хронизатора 16 следуют с периодом Т (0,1-5) с. При этом блок 17 автоматики на своем выходе, связанном с входом логического элемента 12, формирует лишь один импульс нулевого уровня длительностью 2 мс, действующий в течение прямого и обратного хода пилообразного напряжения. Таким образом, последействия на входе блока 17 автоматики импульса цикла измерения, логический элемент 12 пропустит из генератора 19 в счетный блок 13 одиночный пакет счетных импульсов, число в котором линейно зависит от измеряемого напряжения. На выходе счетного блока 13 появится код поступившего числа импульсов. Этот код поступает на вход блока 1 памяти кода. По окончании счета- блок 17 автоматики запускает формирователь 20 импульсов памяти и сброса, который вначале выдает в блок памяти кода импульс памяти, а за5тем в счетный блок 13 импульс сброса. Таким образом, вначале в блок k памяти записывается информа ция о состоянии счетного блока 13, который затем импульсом сброса уста навливается в исходное состояние. Блок 1 + памяти хранит информацию не только между циклами отсчета, но и во время счета, поскольку импульс п мяти поступает вблок 1 памяти во время обратного хода пилообразного напряжения, когда уже счет закончил ся . Выходной код блока памяти кода поступает в элемент 15 стробоско пической индикации, управляемый бло ком 17 автоматики и элементом 21 оп ределения полярности и перегрузки, который следит за состоянием счетно го блока 13. Выходы блока 1 4 памяти кода подведены также на входы цифро аналогового преобразователя 22, на выходе которого появляется напряжение, величина которого пропорциональна напряжению на входе входного элемента 6 и совпадающее с ним по полярности. Аттенюатор 5 приводит н пряжение, снимаемое с выхода цифроаналогового преобразователя 22, к н обходимому уровню. Блок 1 двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода формирует в ходное напряжение которое отли чается от измеренного Ug на множитель К, равный коэффициенту преобра зования всего блока; UgxФормирование ступенчатого напряжения с различными законами изменения происходит при образовании полож тельной обратной связи между выходом и входом преобразователя. Включение в цепь обратной связи разнополярных источников напряжения позволяет изменять высоту ступенек, а регулировка коэффициента преобразования К обеспечивает тот или иной закон изме нения ступенчатого напряжения. Рассмотрим процесс формирования ступенчатого напряжения при коэффициенте преобразования К 1. Пусть выход аттенюатора 5 соединен через переключатель напряжения с отрицательным полюсом источник 2 напряжения (фиг. 1), с выходов которого снимается напряжение Е.. Пред положим также, что к первому рассмат риваемому моменту времени t (фиг. 2а,б) в блоке Т памяти кода (фиг. 1) записан код нуля. В этот 5 момент на выходе аттенюатора 5 будет Ugj,, О (фиг. 26), а на входе преобразователя аналог-код-аналог будет действовать напряжение Ug Е (фиг. 2а) . В интервале происходит первый рассматриваемый цикл преобразования аналог-код, в течение которого блок 1k памяти кода хранит ранее записанный код нуля. Поэтому входное и выходное напряжения всего устройства остаются в интервале (фиг. 2а.б) неизменными и равными Ugt,,x О и вх - Е-,. В момент времени 1о(фиг. 2а,б), являющийся концом первого рассматриваемого цикла преобразования, в блоке 1 памяти кода произойдет перезапись информации и запишется код напряжения Е, которое после преобразования цифро-аналоговым преобразователем 22 выделится на его выходе в аналоговом виде. Поскольку цифро-аналоговый преобразователь 22 осуществляет преобразование практически мгновенно, то интервал (фиг. 2а,б) является циклом двойного преобразования аналогкод-аналог. Так как с помощ ью аттенюатора 5 коэффициент преобразования К установлен равным единице, то на его выходе появится напряжеUftuiy 1 (фиг. 26). Это приведет Ug изменится к тому, что напряжение и станет равным U gj 2Е (фиг, 2а). Интервал (фиг. 2а,б) является регулируемым временем покоя, которое совместно с последующим временем tj-t (фиг. 2а,б) преобразования аналог-код образует время индикации и определяет длительность горизонтальной площадки ступенчатого напряжения. В течение всего времени индикации tn-tg (фиг. 2а,б) блок памяти кода хранит записанную информацию, поэтому напряжения остаются равными: Е, UD,, 2Е (фиг. 2а,б) . По окончании второго цикла преобразования Ц (фиг. 2а,б) на выходе аттенюатора 5 появится напряжение ивых 2Е (фиг. 26), ранее действующее на входе блока двойного преобразования. На входе при этом окажется напряжение на величину Е больше, чем ,., т.е. U вх ЗЕ (фиг. 26). Из изложенного ясно, что после каждого цикла преобразования величины вых -вх будут возрастать на величину Е. В этом случае напряжение ап-, проксимируется линейной функцией. Если по достижении на выходе заданного напряжения UQ (фиг. 2а,б) установить Е О, то будет иметь мес то равенство (i - Ui , рое в продолжении следующих циклов преобразования будет оставаться неизменным. Генератор в этом случае генерирует постоянный уровень. Кроме того, фиксирование выходного напряжения на заданном уровне можно произвести путем отключения автоматичес кого запуска аналого-цифрового преобразователя. Наличие кнопки ручного одиночного запуска позволяет изменят выходное напряжение на одну ступеньк Если в момент tg, находящийся в пределах какого-либо интервала покоя (фиг, 2а,б) переключателем напряже ния (фиг. 1) подключить к выходу аттенюатора 5 положительный полюс источника 3 с напряжением Ег,, то напряжение на выходе аттенюатора 5 останется прежним, т.е. равным UQ (фиГо 26), а на входе блока двойного перобразования напряжения станет рав ным UBX. и о Е rj (фиг, 2а) . Эти напряжения останутся неизменными до ко ца последующего цикла преобразования аналог-код-аналог, происходящего в интервале t,-t-, (фиг. 2а,б). 8 момент t-, окончания этого цикла произойдет изменение этих напряжений, которые станут равными Uo - Еп (фиг. 26), UBX и, (фиг. 2а). Ясно, что после каждого цикла преобразования напряжения Ug,, и Ug. в этом случае будут уменьшать ся на величину Е, т.е при этом бу дут формироваться нисходящая ветвь ступенчатого напряжения с линейной аппроксимацией. Независимая регулировка напряжений Е и Е„, снимаемых с источников 2 и 3 позволяет изменять высоту ступенек на восходящей и нисходящей ветвях напряжения неза висимо друг от друга, причем высот ступенек можно устанавливать равными 1,2,...,N, высоту единичной ступеньки . Рассмотрим процесс формирования напряжения при К 1. Предположим, что выходное напряжение зафиксировано на уровне Ug,, DO (tg фиг. 2в), а переключатель напряжения находится в левом положе нии (фиг. 1). Установим Е О и К 1. При этом Ugx -оле запуска преобразователя напряжение с его выхода передается на вход аттенюатора уменьшенным. При этом формируется нисходящая ветвь по показательному закону и п., UgK, где п - номер цикла преобразования. Если в момент tg (фиг. 2в) установлен К 1 , то выходное, напряжение с каждым циклом преобразования возрастает в К раз, т.е. формируется восходящая ветвь по показательному закону . На фиг. 2 в приведены эпюры ступенчатого напряжения с показательным законом изменения для К 1/2 (нисходящая ветвь) и К 2 (восходящая ветвь). Формирование ступенчатого напряжения по закону геометрической прогрессии при К -ф 1 происходит в том случае, если напряжение Ug,, передается на вход преобразователя с добавлением напряжения Е, снимаемого с источника 2. Пусть в течение первого рассматриваемого цикла преобразования аналогкод-аналог (..,, фиг. 2г,д,е,ж) бьс О (фиг. 2д,ж). При этом Е (фиг. 2г,е). По окончании первого цикла измерения (, фиг. 2г,д,е,ж) на выходе появляется напряжение Ugb)x (фиг. 2д,ж) , а на входе - напряжение UBX Ugt)i + + Е КЕ + Е Е(1 + К)(фиг.2г,е), После второго цикла преобразования напряжения станут следующими: Ugj.., (1 + К) (фиг.2д,ж) , (фиг. 2г,е). Е,+ Из дальнейшего рассмотрения легко видеть, что оба напряжения изменяются по закону геометрической прогреспричем Ugx Е(1 + К + + ,...,+ К), ивь,,, Е,К(1 + К ++ + ), где п 1,2,... номер цикла преобразования. При К 1 напряжение определяется суммой расходящегося ряда геометрической прогрессии (фиг. 2г,д; К 2), при К 1 - суммой сходящегося ряда (фиг. 2е,ж; К 1/2). Предлагаемое устройство позволяет сформировать ступенчатое напряжение, величина которого может быть представлена как разность двух величин, одна из которых изменяется по закону показательной функции, а другая суммой ряда геометрической прогрессии. Для этого при К 9 1 и при наличии UQ необходимо провести перек/точатель напряжения в правое положение. Формула изобретения Управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования,первый и второй источники напряжения, первые разнополярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напряжения, ,р тли чающийся тем, что, с целью расширения диапазона управления законом изменения выходного напряжения, в него введен аттенюа9

Аналогом 8ыюд 510 тор, вход Которого подключен к выходу блока двойного преобразования, выход - к входу переключателя напряжения, первые разнополярные выходы первого и второго источников напряжения подключены к входу блока двойного преобразования. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 687571, кл, Н 03 К V02, 20.01.77. 2. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., Энергия, 1976, рис. 4-3.