Аналого-цифровой генератор случайных сигналов

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР .СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий четыре операционных усилителя, два ключа, два накопительных конденсатора, выход первого операционного усилителя соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу первого источника гармонического сигнала, а выход первого ключа через первый накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и непосредственно - с неивертирующим входом второго операционного усилителя, выход котоiporo является первым выходом генератора и соединен со своим инвертирующим входом и с неинвертирующим входом tpeTbero операционного усилителя, выход которого средине с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к выходу второго источника гармонического сигнала, а выход второго ключа через второй накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и непосредственно - с неинвертирующим входом четвертого операционного усилителя, выход которого является вторым выходом генератора .и соединен со своим инвертирующим входом и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, | о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения генератора, он содержит первый и второй делители напряжения и первую и вторую схему сравнения , выходы которых являются соответственно третьим и четвертым вы;)одами генератора и соответственно через первый и второй делители наD tC ( пряжения соединены с выходами второго и четвертого операционных усилителей , средние выводы первого и второгр делителей напряжения соединены соответственно с инвертирующими вхо-i дами первого и Третьего операционных ;о усилителей, неинвертирующие входы которых соединены соответственно с первыми входами первой и второй схем сравнения, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала . ; .. -V

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Е (11) ую 606 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3391182/18-24

22) 18.12.81 .(46) 23.06.83. Бюл. М 23 ..(72) B.B....Иясников, С.А. Илюшин и. Е.Ю. Покровский (71) Московский ордена Ленина и ордордена Октябрьской Революции авиа. ционный институт им, Серго Орджони" .кидзе (53) 681 ° 325 (088.8)

:(56) 1. Бобнев. И.П. Генерирование случайных сигналов. И,, "энергия", 1971, с. 45

2. Авторское свидетельство СССР

N 351208, кл. 606 F 7/58, 1971.

3. Жовинский В.Н. Генерирование шумов для исследования автоматических систем. И., "Энергия", 1968 ,с. 67 (прототип).

:;:Б4)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий четыре операционных .усилителя, два ключа, . два накопитель ных конденсатора; выход первого операционного. усилителя соединен с информационным входом ,первого ключа, управляющий вход кото- рого подключен к выходу первого источ" ника гармонического сигнала, а выход первого ключа через первый накопи" тельный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и непосредственно - с неивертирующим входом второго

-операционного усилителя, выход кото" рого является первым выходом генератора и соединен со своим инвертирующим входом и с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход .которого соединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к выходу второго источника гармонического сигнала, а выход второго ключа через второй накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и непосредственно - с неинвертирующим входом четвертого операционного. усилителя, выход которого является вторым выходом генератора .и соединен со своим инвертирующим входом и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора, он содержит первый и второй деЛители напряжения и первую и вторую схему сравнения, выходы которых являются соответственно третьим и четвертым вы (одами генератора и соответственно через первый и второй делители напряжения соединены с выходами второго -и четвертого операционных усилителей, средние выводы первого и вто4 рого делителей напряжения соединены соответственно с инвертирующими вхо дами первого и третьего операционных усилителей, неинвертирующие входы коTopblx соединены соответственно с первыми входами первой и второй схем сравнения, вторые входы которых подключены. к шине нулевого потенциа- ф ла.

1024919

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных, управляющих и измерительных системах различного назначения, а также при моделировании сложных. систем статистическими методами.

Известен генератор: аналогового случайного сигнала, содержащий генератор и усилитель шума, соединенный с нелинейным элементом управляемым генератором периодических импульсов (1 ) .

Недостатками данного устройства является наличие первичного источника и усилителя шума, определяющих временную и температурную нестабильность параметров Выходного сиг.,нала, а также невозможность получения более чем одного выходного сигнала в виде периодических импульсов случайной амплитуды.

Известен также генератор случайнык чисел, содержащий генератор шу ма, соединенный с клапаном, выход которого соединен с формирователем g2) .

Недостатком этого устройства является необходимость .первичного генератора шума. Кроме того, данный генератор формирует лишь бинарную последовательность и не позволяет получить аналоговый случайный сигнал.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является генера35 тор случайных сигналов, содержащий первое и второе аналоговые запоминающие устройства, состоящие из вход- . ного операционного усилителя, сое; диненного через аналоговый ключ с запоминающим конденсатором и буферным операционным усилителем..При этом: вход буферного операционного усилителя первого аналогового запоминаю..щего устройства соединен с неинвер" тирующим входом входного усилителя второго аналогового запоминающего устройства,3 .

Недостатками известного устройства являются невозможность получении более чем одного аналогового слу50 чайного сигнала и бинарных случайных сигналов, а также псевдослучайность выходного сигнала.

Цель изобретения - обесйечение воэможности получения нескольких

55 аналоговых и цифровых случайных сигналов при незначительном увеличении аппаратурных затрат, т.е. упрощение схемы генератора в расчете на один выход.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой генера тор случайных сигналов, содержащий четыре операционных усилителя, два ключа, два накопительных конденсатора, выход первого операционного усилителя соединен с информационным входом первого ключа.; управляющий вход которого подключен к выходу первого источника гармонического сигнала, а выход первого ключа чврез первый накопительный -конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и непосредственно - с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого является первым выходом генератора и соединен со свойм инвертирующим входом и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к выходу второго источника гармонического сигнала, а выход второго ключа через второй накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и непосредственно - с неинвертируещим входом четвертого операционного усилителя, выход которого. является вторым выходом генератора и соединен со своим инвертирующим входом и неинвертирующим входом первого операционного усилителя,. введены первый и второй делители напряжения и первая и вторая схемы сравнения, выходы которых являются соответственно третьим и четвертым выходами генератора и через соответственно первый и второй делители напряжения соединен с выходами второго и четвертого операционных усили" телей, средние выводы первого и второго делителей напряжения соединены соответственно с инвертирующим вхо" дами первого и третьего операционных усилителей, неи вертирующие входы которых сьединенЫ соответственно с первыми входами первой-и вторОй схем сравнения,. вторые входы которых подключены к шине нулевого notesциала, На чертеже приведена схема предла гаемого генератора..

Генератор. содержит первый операционный усилитель 1, первый ключ 2, первый накопительный конденсатор 3, второй .операционный усилитель 4, 3 1024919 4 третий операционный усилитель 5, вто- квантования аналого-цифрового прерой ключ 6, второй накопительный кон- образователя с количеством разрядов,, денсатор 7, четвертый операционный . равным И, а множитель(1ф"равен коли" усилитель 8, первую схему 9 сравнения, честву квантов преобразователя. первый делитель 1О напряжения, вто" 5 Известно, что .погрешность квантоварую схему 11 сравнения и второй 12 ния является случайной величиной делитель напряжения. с равномерным законом распределения Аналого-цифровой генератор слу- . °, внутри кванта преобразования, поэтому чайных сигналов работает следующим можно утверждать, что выходное,наI образом. 10 пряжение .является .случайной величиВ начальный момент времени управ- -. ной с равномерным законом распределе ляющий сигнал Ф,1 замыкает ключ 2, : ления в диапазоне от -E до +E., После окончания переходных процессов Сигна»4 „и с Вь у, . снимае" . ,благодаря отрицательной обратной eve c. выходов схем 9 и 11 сравнения, связи с выхода усилителя 4 через,де-, 1$ определяют полярность входных случайлитель 10 на инвертирующий вход ных процессов и, следовательно, явоперационного усилителя 1, на выхо- JlHGTcR случайными двоичными последе усилителя 4 устанавливается надовательностями. пряжение - . Следует отметить, что процесс re(g) 20 нерирования. случайных сигналов нЕ

ЬИХ1 Ю-1 может закончиться или выродиться в ф 1

U>< = U >< < (<), силу наличия множества факторов, исключающих идеальность алгоритма, где таких как. иррациональность значения (+Е,eCe ОВ ЪО 25 реального коэффициента К, наличие

Вцу 1 p @gag Q со, шумов и начальных смещений в операцисравнения,а также температурных и

О - выходное an я времени х Флуктуаций перечисленных неинвертирующем входе операционного усилителя 1

Приме . П с.- абсолютная величина выход4 4,003 В. .ного иапряжения схемы 9 .Определим по формулам (1):и (2 ) значеНие выходного сигнала и воичменни с выхода второго каскада по аной последовательности в пе вом пода та кте ется. некоторое остаточное напряже- 1 а а Ц ния U, описанные действия производятся над.этой величиной. U > „= 1,998(-0,361)-(-1) 4,003=

Во втором такте работы ключ 2 4© = 3,óä -(В). размыкается, а управляющий сигнал

Ю, противофазный управляющему сиг- .Во втором такте налу Ф а замыкает ключ 6. Поскольку .g 1, так как у второй каскад схемно идентичен пер" в му „. выходным напряже„ием „ р„ » О, = 1у998(-З,ЗТ1)-(-1),003= вага каскада, подаваемого на вход второго каскада, произведены описанные действия. Значения выходных сигналов и

В следующем ТеКТе раз„ыкает я двоичных последовательностей пРиведе.ключ 6, замыкается ключ 2 и процесс 50 повторяется. Выходное напряжение . C ел ю ан для произвольного И-ro такта работа и остаточного напряжения Ц опреде. свойств выходных сигналов и д сигналов проведено моделирование предлагаемого аналогои цифрового генератора случайных сиги р 1 У ,1ь (fg „ау,(f ) (ат . нанон на ЦВМ. Результаты ноаелнооаа/ ния подтверждают приведенные выводы

Выражение в скобках при К = 1/2 о равномерности закона распределения аналогично выражению погрешности . выходных напряжений и равновероятно1024919

Первый кас кад

Номер такта

Второй каскад

1 ьь ebiX q

-3.371

+0,316

-3 371

-2, 133

-1,458

+1,089

-1,827

S б

+0,358

-3,289

-2,587

-1, 167

+1,671 o

-0,662

+2,678

+1,349

-1,307

+1, 139 сти символов двоичной последовательности °

Предлагаемый аналого-цифровой генератор случайных сигналов позволяет получать как случайные аналого- 5 вые сигналы, так и случайные цифровые сигналы в виде двоичной последовательности.

Учитывая, что сложность предлагаемого устройства примерно равна !О сложности известных устройств, а также то, что данный генератор позволяет получать сразу четыре выходных сигнала, то приведенный обьем оборудования устройства будет примерно в 15 четыре раза меньше, Предлагаемое устроиство не требует первичного генератора шума, а нали" чие многих случайных факторов, присутствующих в схеме генератора, обеспечивает получение неповторяющихся случайных сигналов и двоичных после" довательностей с .устойчивыми статистическими свойствами. Случайные аналоговые сигналы обладают равномер-: ным законом распределения и широким энергетическим спектром в силу того, что выходные сигналы .могут изменяться от такта к такту почти на полный диапазон сигналов.

П редла гаемое уст роиста о позволяет осуществлять регулировку ширины спектра выходных сигналов посредст» вом изменения тактовой частоты, при этом амплитудные и вероятностные характеристики сигналов не изменяются. SiN e «еы

17

19 +2,215

3,151

23

+2 793

+1,579

26

+2,309

28

30

+1

+3.175

Номер— такта

Первый каскад

+1,555

-0,605

-2,781

+0,896

-0,414

+2,34!

1024919..., Продолжение таблица

Второй каскад

Оsblxe а tea

s1,.224

-0,894

+0,429

- -2,306

-O,847

+0,609

-l,ß4

-2,21!

1024919

Составитель А. Карасов

Редактор Г. Безвершенко Техреду.Гергель

Корректор 8. Гирняк

» ««» «« «б

»»

Подлисное

Филиал ППП Ч)атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

»«а »«««««««»««««»»««»»«««»«»

Заказ 439б/4 Тираж 706

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5