Функциональный генератор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63)Дополнительное к авт. свид-ву—

Р Ц, К з

С 06 6 7/26 (22) Заявлено 19,0231 (21) 3250542/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 150383. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 150383 (33) УДК 681. 335 (088.8) тромеханики (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой вычислитель.ной технике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в напряжение переменного тока.

Известен функциональный генератор, содержащий последовательно соединенные через тиристоры источники весовых напряжений, инверторные ячейки, выполненные на ключах и трансформаторах („1).

Недостатком его является низкая точность и сложность, обусловленные необходимостью применения значительного количества изолированных источников весовых напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, блок согласующих усилите.-.. лей, входы которого соединены с информационными выходами блока памяти,. источники напряжения, m инверторных ячеек, каждая из которых содержит трансформатор; первый и второй ключи, включенные между соответствующи. ми выводами первичной обмотки трансформатора и отрицательным выводом источника напряжения, первый и второй шунтирующие диоды, управляющие входы первого и второго ключей каж-! дой инверторной ячейки соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмот ки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток транс.— форматоров первой и -m-ной инверторных ячеек являются выходами функцк онального .генератора, средний вывод первичной обмотки трансформатора каждого инвертора соединен с положительным выводом источника напряжения, первый и второй шунтирующие диоды, кажцой инверторной ячейки подключены параллельно первому и второму ключам, первичная обмотка трансформатора каждой инверторной ячейки имеет две группы отводов соединенных через последовательно включенные раздели>5,òåëüíûé диод и дополнительный ключ с отрицательным выводом источника напряжения, дополнительная вторичная обмотка трансформатора каждой инвер .торной ячейки зашунтирована диодным мостом и подключена первым выводом

100508á к отрицательному выводу источника напряжения непосредственно, а вторымчерез шунтирующий ключ, управляющие входы дополнительных и шунтирующего ключей соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей ) 2).

Недостатком известного функционального генератора является ограниченная точ..ость, обусловленная принятой в нем системой счисления, и

"сложность структуры инверторной ячейки.

Цель изобретения — упрощение струк туры генератора и повышение точности формирования периодических сигналов.

Цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, блок согласующих усилителей, входы которого соединены с информа ционными выходами блока памяти, источник напряжения, m инверторных ячеек, каждая из которых, содержит трансформатор, первый и второй ключи, включенные между соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора и выводом отрицательной полярности источника напряжения, первый и второй шунтирующие диоды, управляющие входы ключей каждой ин верторной ячейки соединены с соот- . ветствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой и m-ной инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, дополнительно содер= жит источник весового напряжения младшего двоичного разряда, а в каждой из инверторных ячеек — п источников весового напряжения двоичных разрядов, и+1 дополнительных ключей и n+1 дополнительных шунтирующих диодов, соединенных согласно и последовательно, причем катод первого дополнительного шунтирующего диода каждой инверторной ячейки соединен .со средним выводом первичной обмотки трансформатора этой инверторной ячейки, а анод (и+1)- ro дополнительного шунтирующего диода — с выводом положительной полярности источника напряжения и с выводом отрицательной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, анод каждого дополнительного шунтирующего диода, кроме и+1- го в каждой инверторной ячейке соединен с выводом отрицательной полярности соот.-. ветствующего по номеру источника весового напряжения двоичных разрябО ние которых обеспечивает заданный уровень напряжения на выходе генератора.

Для пояснения работы генератора рассмотрим представление целых натуральных чисел с помощью нечетного дов, вывод положительной полярности которого через соответствующий дополнительный ключ соединен с катодом этого же дополнительного шунтирующеГо диода, катоды (n+1) -ых допол5 нительных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки через (и+1) -ые дополнительные ключи соединены с выводом положительной полярности источника весового напряжения младшего

10 двоичного разряда, управляющие входы дополнительных ключей инверторных ячеек соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, катоды первых и вторых основных 5 шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки соединены с выводом отрицательной полярности источника напряжения, а их аноды — с соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора.

На чертеже приведена блок-схема функционального генератора.

Функциональный генератор содержит генератор импульсов 1, счетчик 2, блок памяти 3, блок согласующих усилителей 4, источник напряжения 5, источник весового напряжения младшего двоичного разряда б, m инверторных ячеек 7,,..., 7„, каждая.иэ ко30 торых содержит трансформатор 8,..., 8>, первый и второй ключи 9,..., 9„„ и 10„,..., 10, первый и второй шунтирующие диоды 11„,..., 11,„ и

12„,..., 12щ, n источников весового напряжения двоичных разрядов 13«, 35 ..., 13„„..., 13Ф,..., 13 оп+1 доФ1/ 1 полнительных ключей 14„„,..., 14(„ >, 14,..., 14,„(1>, и+1 дополнительных шунтирующих диодов 15„

15, „,.),..., 15 „,..., 15,„(д+„1. При

40 этом соотношения между количеством витков вторичных обмоток трансформаторов инверторных ячеек соответствует закону геометрической прогрессии со знаменателем, равным (2 -1)., М2

45 Функциональный генератор работает следующим образом. !

Импульсы с выхода генератора импульсов 1 с частотой fgy = 4k„ где

К вЂ” количество ступенек в четверти периода воспроизводимых кривой, поступает на счетчик 2. С выходов счетчика 2 импульсы поступают на адре ; ные входы блока памяти 3. Блок памяти 3 заранее программируется, например под синусоиду.

С информационных выходов блока памяти 3 импульсы через блок согласующих усилителей 4 поступают на. входы тех ключей 9, 10 и 14, включе10.050 86 симметричного относительно нуля кода.

Любое целое положительное или отрицательное число (й) можно представить с помощью нечетного симметричного кода следующим образом и = /0, 1i+2,+..- +n/(.2n+1) + /О, У,+2, +... п/. 2п+1. ) +, а,+1,/2, 3. + и/ (2п+1) ...+/О,+1,+2,+...+/ ./(2п+1)р Р где и - максимальное число систе- 10 мы счисления;

2п+1 - основные системы, - максимальный разряд системы, выражение /О,+1,+2,+... «+и/.оэ-, 15 начает,что выбирается одно из чисел в каждом разряде положительное или отрицательное для представления какого-либо конкретного числа. Ю

Пусть необходимо представить число и = 273 в семиричной системе: счисления, т.е. 2п+1=7, п=3, следовательно й=/ОкТ1,т2,+3/7 +/0, 1,+2,+3/7 +...+ .+/О,+1,+2,,+3/7 виднб,.что

3 2 4

273 = 1 ° 7 -1 ° 7 -3 7 +О 7 код 1/-1j /-3/ /О/.

Для девятиричной, симметричной систе мы счисления

273 = 3 ° 9 +3. 9 +3 9 ; код 333.

Для пятиричной симметричной системы счисления

73 3 5+ 1 5+0 код 310/-2/.

В предлагаемом генераторе каждая нэ инверторных ячеек 7,,,..., 7,„ реализует один разряд системы счисления.

Таким образом, если использовать, например, семирмчный код для построения генератора, состоящего из последовательно соединенных ill=1+1 инверторных ячеек 7,..., 7,„, необходимо обеспечить соотношение выходных сигналов между соседними инверторными ячейками 7,,, 7,„ (при одном и том же числе кода),равное семи. Каждая из инверторных ячеек 71,..., 7юдож- 50 на обеспечить семь уровней сигнала, относящихся между собой как числа натурального ряда, 0, -1,+2,+3 Каждая из инверторных ячеек 7„,..., 7, должна иметь устройство для смены 55 знака кода, а их количество m выбирается из необходимой цифровой емкости /S/ генератора, определяемой заданной точностью формирования сигнала. Пусть расчеты на точность .пока- 6О эали, что генератор должен реализовать все числа натурального ряда до 5 = 150. Для выбранной семиричной системы счисления

1 + 1 1ogz /2S +1/ 1og» 301

Округляя до ближайшего большего целого числа, получаем число инверторных ячеек m = t+1 = 3. В этом случае для реализации максимального числа кода, равного 3, в каждой иэ инверторных ячеек 7f . 7, 73 необходимо иметь только один весовой источник напряжения 13„„, 13 „, 13 „.

Напряжение, подводимое, например, к первой инверторной ячейке 7 мо1 жет быть. равным нулю при запертых к ючах 14н, 14„2. Š— при открытом ключе 14„и эайертом 14+, 2Š— при открытом ключе 14+ и запертом 14„, ЗŠ— при открытых ключах 14, 14„ .

При выбранном напряжении, подводймом к инвертной ячейке 7, на вторичной обмотке ее трансформатора 8 появляется импульс положительной или отрицательной полярности в зависимости от того, на какой из знаковых ключей 9, или 10„ подан отпирающий импульс. При одинаковом сочетании включенных весовых источников напряжения 13, 13>1, 13 . и б в каждой из инверторных ячеек 7,, 7, 7 импульс на вторичной обмотке. трансформатора 8 в 7 раз меньше, чем на вторичной обмотке трансформатора 8, а . на вторичной обмотке трансформато-. ра 8 в 7 раз меньше, чем на вторичной обмотке трансформатора 8 При одновременном включении одинаковых знаковых ключей 91, 9, 9> или 10, :10, 10 .в каждой из инверторных ,ячеек 7, 7, 7 импульсы на выходе генератора сложатся, а при включении противоположных будут вычитаться.

При включении в какой-либо из инверторных ячеек 7„, 7, 7> одновременно ключей 9,, 9, 9 и 10,, 10,, 10з на выходе этой ячейки формируется нуль, так как происходит короткое замыкание первичной обмотки.

Пусть при воспроизведении, например, синусоидального сигнала в какойто отрезок времени в четверти .периода длительностью 1,;=Т 4К необходимо сформировать напр::.жение величиной

95е, где е — напряжение, соответству ющее 1 младшего разряда. Для этого на соответствующих выходах блока согласующих усилителей 4 необходимо сформировать синфаэные импульсы дли-. тельностью .

В ячейке 73 подаются импульсы на ключ 14 (включается источник 13 ) и на ключ 9 (положительная поляр- . ность). На выходе ячейки 73 формируется импульс напряжением 0111 = 7 х х 2 .е = 98е. В ячейке 72 имйульсы управления подаются на знаковые ключи 9 .и 102, и на выходе формируется импульс Ul = О. В ячейке 7 импульсы подаются йа ключи 14„, и 14„ (включаются источники б и 13„) и на ключ 10 (отрицательная полярность). На выхо1005086

25 де ячейки 7 формируется импульс

U = 7 /-3/е = -Зе. При сложении сигналов со всех трех ячеек 7, 7д, 7,, получаем импульс с необходимой амплитудой 95е.

В следующий интервал времени, рав5 ный, из блока согласующих усилителей 4 выдается новая серия синфазных управляющих импульсов. Пусть на этот раз необходимо уже получить уровень йайряжения равный 134е. для этого отпирающие импульсы необходимо подать на следующее сочетание номеров ключей: в ячейке 7> — на ключи 14 „, 14, 9 /Ug = 147е/; в ячейке 7 на ключи 14, „, 10 /U< = -14е/; в 15

Ячейке 7л — на ключи 14„, 9л /U1

=1е/. Суммарное напряжение при этом равно 134е.

Таким образом могут быть сфорМи-. . рованы все уровни напряжения, необхр- 2Р димые для воспроизведения заданной периодической функции. Длительность управляющих импульсов однозначно связана с количеством ступеней К в четверти периода воспроизводимой функции.

Источник напряжения 5 в предлагаемом генераторе служит для компенсации падений напряжений на открытых ключах 14„„,..., 14,„(„,л)и диодах 15, 15 (и. ) и позволяет повысить точность воспроизведения функции.

Предложенный функциональный генератор при одинаковом количестве ключей имеет большую цифровую емкость. а следовательно и точность, чем прототип. Так, для синтеза +15 уровней в одной инверторной ячейке предлагаемого генератора используется

4 ключа для коммутации 4-х весовых источников питания и 2 знаковых клю- 4О ча, итого 6 ключей. В прототипе по 15 ключей в каждом плече инверторной ячейки и один ключ для получения нуля, итого 31 ключ.

Таким образом, при воспроизве- 45 денни функций с одинаковой точностью структура предложенного генератора проще, чем прототипа.

Формула изобретения

Функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, блок согласующих усилителей, входы которого соединены с информационными выходами блока памяти, источник напряжения, m инверторных ячеек, каждая из которых содержит 60 трансформатор, первый и второй ключи, включенные между соответствующи-. ми выводами первичной обмотки трансформатора и выводом отрицательной полярности источника напряжения, 65 первый и второй шунтирующие диоды, управляющие входы ключей каждой ин- верторной ячейки соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой.и в-й инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,с целью упрощения и повышения точности, он содержит источник весового напряжения младшего двоичного разряда, а в каждой из инверторных ячеек и источников весового напряжения двоичных разрядов, и+1 дополнительных ключей и n+1 дополнительных шунтирующих диодов, соединенных согласно и последовательно, причем катод первого дополнительного шунтирующего диода каждой инверторной ячейки соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора этой инверторной ячейки, а анод (и+1)-го дополнительного шунтирующего диода — с выводом положительной полярности источника напряжения и с выводом отрицательной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, анод каждого дополнительного шунтирующего диода, кроме (и+1)-ro, в каждой инверторной ячейке соединен с выводом отрицательной полярности соответствующего по номеру источника .весового напряжения двоичных разрядов, вывод положительной полярности кото-. рого через соответствующий дополнительный ключ соединен с катодом этого же дополнительного шунтирующего диода, катоды (и+1)-х дополнительных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки через (n+1)-е дополнительные ключи соединены с выводом положительной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, управляющие входы дополнительных ключей инверторных . ячеек соединены с соответствующими входами блока согласующих усилителей, t катоды первого и второго основных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки соединены с выводом отри Ф цательной полярности источника нап-, ряжения, а их аноды — с соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тонналь В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. Киев, "Наукова думка", 1979, с. 82,рис.49.

2. Авторское свидетельство .СССР по заявке Р 3007453/18-24, кл. G 06 G 7/26, 25.09.80, 1981 (прототип).

1005086 г

Составитель Н.Балабошко

Техред М,.Тепер Корректор О.Билак

Редактор К. Волощук

Филиал ППП "Патент", г.у кгород, ул.Проектная, 4

Заказ 1903/б6 Тиран 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений..и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5