Генератор пилообразного напряжения с переменной крутизной

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в генераторах развертки и измерителях периода следования импульсов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону, геометрической прогрессии. Кроме того, обеспечивается возможность измерения периода следования импульсов. Генератор содержит операционный усилитель 1, конденсатор 2, масштабный резистор 3, источники 4,5 опорного напряжения,делитель 7 напряжения,ключи 9-12,блок 23 вычитания,блок 24 управления.В генератор введены источник 6 опорного напряжения,счетчик 14 импульсов,переключатель 13,дешифратор 15,компараторы 16,17,элемент ИЛИ 18,триггер 19,инверторы 20,30,элементы И 21,22,31.Крутизна нарастания пилообразного напряжения на шине 26 определяется масштабным резистором 3,величина сопротивления которого определяется кодом в счетчике 14,равным номеру формируемого поддиапазона.При этом напряжение на выходе операционного усилителя 1 поочередно нарастает и убывает, а напряжение на шине 26 все время нарастает за счет действия блока 23 вычитания и блока 13 переключателя. Переход с одного поддиапазона на другой происходит при срабатывании компараторов 16 или 17. Для измерения периода входных импульсов номер поддиапазона фиксируется в регистраторе 29, а величина напряжения на шине 26 в блоке 18 выборки-хранения. 2 з.п.ф-лы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

149 ,SU

2 А1 (дН 4 Н 03 К 4/08, ВьEGQO

ПА1сКТМЭ -Т

ЬХБ/1й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4340484/24-21 (22) 11.11.87 (46) 23.07.89. Бюл. h» 27 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) Б.А.Медников и А,Н,Порынов (53) 621.374(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР

Ф 984005, кл. Н 03 К 4/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 720707, кл. Н 03 К.4/08, 1976. (54) ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯ:, ЖЕНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ КРУТИЗНОЙ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова-. но в генераторах развертки и измерителях периода следования импульсов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону геометрической прогрессии. Кроме того, обеспечивается возможность измерения периода следования импульсов, Генератор содержит операционный усилитель

i конденсатор 2, масштабный резис тор 3, источники 4,5 опорного напря1495983 жения, делитель 7 напряжения, к.почи

9-12, блок 23 вычитания, блок 24 управления. В генератор введены источник 6 опорного напряжения, счетчик 14 импульсов, переключатель 13, дешифратор 15, компараторы 16,17, элемент

ИЛИ 18, триггер 19, инверторы 20,30, элементы И 21, 22, 31. Крутизна нарастания пилообразного напряжения на ши- 10 не 26 определяется масштабным резистором 3, величина сопротивления которо1

I ro определяется кодом в счетчике 14

Ъ равным номеру формируемого поддиапа1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении многодиапазонных информационно-измерительных. устройств и систем, в частности, при построении широкодиапаэонных аналоговых и аналого-цифровых частотомеров и измерителей периода следования импульсов, а также при построении блоков горизонтальной развертки электронных и электромеханических регистраторов, например, локационных систем в широком диапазоне локационного обзора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону 35 геометрической прогрессии, а также эа счет обеспечения возможности измерения периода следования импульсов.

На фиг, 1 представлена структурная схема генератора пилообразного напря- 40 жения с переменной крутизной; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Генератор пилообразного напряжения с переменной крутизной содержит операционный усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2, масштабный резистор 3, с первого по третий источники

4 — 6 опорного напряжения, делитель 7 напряжения, аналоговый инвертор 8, с первого по четвертый ключи 9 — 12, двухпозиционный переключатель 13, счетчик 14 импульсов, дешифратор 15, первый 16 и второй 17 компараторы, элемент ИЛИ 18, триггер 19, логичес- 55 кий инвертор 20, первый 21 и второй

22 элементы И, блок 23 вычитания, блок 24 управления, входную ыину 25 управления, выходную шину 26 мантисзона, При этом напряжение па выход» операционно> о усилителя 1 поочередно нарастает и убывает, а напряжение на

ыине 26 все время нарастает за счет действия блока 23 вычитания и.блока

23 переключателя. Переход с одного поддиапазона на другой происходит при срабатывании компараторов 16 или 17.

Для измерения периода входных импульсов номер поддиапазона фиксируется в регистраторе 29, а величина напряжения на шине 26 — в блоке 18 выборки-хранения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. сы, выходную шину 27 масштаба. Генератор пилообразного напряжения с переменнои крутизной также содержит блок 28 выборки-хранения, регистратор 29 кода масштаба, логический инвертор 30, элемента И 31.

Выход операционного усилителя 1 через конденсатор 2 соединен с его инвертирующим входом, с выходом масштабного резистора 3 и с первым выводом источника 6, второй вывод которого через первый ключ 9 связан с выходом операционного усилителя 1, соединенным с информационным входом второго ключа 10, с первым входом переключателя 13 и с первыми входами компараторов 16 и 17, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами соответственно делителя 7, связанного своим входом с выходом источника 5 и с вторым входом переключателя 13, выход которого соединен с вторым входом блока 23, первый вход которОго связан с выходом ключа 10, а выход блока 23 соединен с выходной шиной 26, выходная шина 27 соединена с цифровым выходом счетчика 14, соединенным через дешифратор 15 с цифровым управляющим входом масштабного резистора 3, вход которого соединен с выходами третьего 11 и четвертого ,12 ключей,,Информационный вход третьего ключа 11 соединен с первым выходом первого источника 4 и входом аналогового инвертора 8, выход которого соединен с информационным входом четвертого ключа 12. Управляющие входы ключей 12 и 11 соединены с выходами элементов И 21 и 22, первые входы которых подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему

1 49 19

50 выходам триггера 19. Вторые входы элементов И 21 и 22 подключены к выходу логического инвертора 20, вход которого соединен с вторым выходом

5 .блока 24, вход которого соединен с входной ыиной 25 устройства, а первый выход блока 24 соединен с управляющим входом ключа 9 и входом сброса счетчика 14, счетный вход которого связан с выходом элемента ИЛИ

18, входы которого подключены к выходам компараторов 16 и 17. Выходы компараторов 16 и 17 соединены соответственно с входом установки в еди- 15 ничное состояние и входом сброса триггера 19. Второй выход источника 4 соединен с ниной нулевого потенциала. Выходная шина 26 выходного сигнала соединена с информационным 20 входом блока 28, связанного своим управляюцим входом с управляющим входом регистратора 29 и выходом элемента 31, первый вход которого соединен с вторым выходом блока 24, сое- 25 диненного своим первым выходом через логический инвертор 30 с вторым входом элемента И 31. Цифровой вход регистратора 29 соединен с выходной шиной 27. 30

В одном из возможных вариантов блок 23 содержит операционный усилитель 32 и два резистора 33 и 34. Первым входом блока 23 является неинвертирующий вход операционного усилителя 32, инвертирующий вход которого

35 через резистор 33 соединен с вторым входом блока 23, выходом которого является выход операционного усилите" ля 32, связанный с его инвертирующим входом через резистор 34.

В одном из возможных вариантов блок 24 может содержать, например, одновибратор 35, линию 36 задержки и элемент И 37. Вход одновибратора

35 является входом блока 24, вторым

45 выходом которого является выход одновибратора 35, соединенный с входом линии 36 и с первым входом элемента

И 37, второй вход которого соединен с выходом линии 36, а выход элемента

И 37 является первым выходом блока 24.

В одном из возможных вариантов делитель 7 напряжения может быть выполнен резистивным, содержащим резисторы 38 - 40,,соединенные в последо55 вательную цепь, включенную между входом делителя 7 и шинои нулевого потенциала, связанной через резистор

82

40 с первым выходом делителя 7, второй выход которого соединен с его входом через резистор 38.

Генератор работает следующим образом, С приходом очередного импульса

U(q1 управления В MQMeHT Времени на входную шину 25 и вход запуска блока 24 управления (фиг, 2a) блок

24 на своих первом и втором выходах вырабатывает управляюцие сигналы соответственно U,,U (фиг ° 2в,б) °

Если нет ограничений на величину времени переходных процессов, происходящих в устройстве с момента прихода каждого управляющего импульса на входную нину 25, то генератор может быть использован в качестве измерителя периода следования импульсов. Тогда начало действия импульса U, в момент t< отстоит от момента t на1 чала действия импульса U z< на интервал времени, достаточный для выборки блоком 28 напряжения с выходной шины 26, характеризующего период следования импульсов предыдущего цикла измерения, с масштабом представления величины этого напряжения, одновре.менно выбираемом регистратором 29 с выходной шины 27.

Длительность импульса U<,, заканчивающегося в момент t одновременно с импульсом U<, достаточна для заряда интегрируюцего конденсатора 2 до напряжения источника 6.

Под действием сигнала U с второго выхода блока 24 на выходе логического инвертора 20 с момента формируется напряжение уровня логического нуля (фиг. 2з), отчего уровень напряжения на выходах элементов

И 21 и 22 принимает нулевое значение, и в результате действия нулевых уровней напряжения на управляющих входах ключей 11 и 12 с момента t 1 последние размыкаются. При этом ток через масштабный резистор 3, а также и ток через конденсатор 2 равны нулю, а напряжение, полученное интегрируюцим конденсатором 2 в процессе формирования пилообразного напряжения в предыдущем цикле измерения, сохраняется неизменным до момента времени С замыкания ключа 9 под действием управляющего сигнала U,, поступающего с блока 24.

ТаК как при этом выходное нацряжение операционного усилителя 1, 1495982 действующее на первом входе компаратора 16, принимает значение !1 напряжения источника 6, меньше величины

Напряжения Ц7,, поступающего на его

Цход с первого выхода делителя 7, то момента С на выходе компаратора

1,6 формируется напряжение уровня логической единицы (фиг, 2p), отчего триггер 19 взводится и сформирован- 10 ое при этом на его неинвертирующем

ыходе напряжение уровня логической диницы (фиг. 2ж) поступает на перый вход элемента И 21.

Одновременно импульсом напряжения 15 с момента t сбрасывается счетик 14 до исходного нулевого эначеия N, его кода (фиг,2н), который осФупает на выходную шину 27 и вход ешифратора 15, выходной код G, ко- 2р

oporo поступает на цифровой управяющий вход масштабного резистора 3.

С момента t > окончания действия мпульса У на втором выходе блоа 24, выходе логического инверто- 25 а 20 формируется напряжение уровня огической единицы, поступающее на вторые входы элементов И 21 и 22.

Напряжение единичного уровня, сфорМированное в момент t на выходе эле- 30

Мента И 21, поступает на управляющий в ход ключа 12, отчего последний замык!ается, подключая выход аналогового нвертора 8 к инвертирующему входу операционного усилителя 1 через сопротивление Кэ(С,) масштабного резистора 3, определенное выходным кодом

С дешифратора 15, и обеспечивая в укаэанной цепи ток I, величиной

1(31 — (1) 40

R3,(G т) где П вЂ” величина напряжения источни(+1 ка 4 опорного напряжения.

При этом с момента t> на выходе операционного усилителя 1 формируется 45 линейно изменяющееся напряжение U«1/

/t3 < t

u(„/t 3 (t

П(„1/t 3 t < t =U«1/t, С(т -(1 ——

1 1 1 -U <+1

Л С 4 R(С) 6 Ъ

? dt=U — -- ° 1 ---- — -dt=U +М (t-t l

244 э 1

Ц(41 3 где (= -- — масштаб представлеС R (С ния напряжения на выходе операционного усилителя 1 и на выходной шипе 26 в первом поддиапазоне формирования его выходной величины.

Выбрав величину напряжения U(<1 равной

"(61 (- 3 " ) (3) получаем

Ц<„1/t + t(t+=H,(t-t,) =M „"., (4) где 7 — текущее время, отсчитываемое от момента

При достижении в моменты t u выходным напряжением операционного усилителя 1 уровней напряжений соотВетственно U (- 11 и U (7-21 с первого и второго выходов делителя 7 (фиг.2г) уровень вЫходного напряжения компаратора 16 изменяется с логической единицы на логический нуль (фиг.2д), а на выходе компаратора 17 в момент t.< формируется импульс напряжения уровня логической единицы (фиг.2е), поступающий через элемент ИЛИ 18 на тактовый (счетный) вход счетчика 14, отчего выходной код последнего с момента t увеличивается на единицу младшего разряда (фиг.2н), принимая значение N, и поступает на выходную шину 27 и вход дешифратора 15, выходной код С < которого с момента t устанавливает новую величину R з(С ) сопротивления масштабного резистора 3.

Одновременно выходной импульс компаратора 17 поступает на вход сброса триггера 19, отчего последний сбрасывается и на его инвертируюцем выходе с момента t формируется напряжение уровня логической единицы, поступающее на управляющие входы переключателя 13, ключа 10 и первый вход элемента И 22; Так как на втором входе этого элемента в это время действует напряжение единичного уровня с выхода логического инвертора 20, то с момента t>. на выходе элемента! Ж>982!

И 22 формируется напряжение ур яня логической едииицы, поступающее иа у равпяющий вход ключа 11, отчего последний замыкается, подключая выходное напряжение U положительной (4) полярности источника 4 к аналоговому входу масытабного резистора 3, новая величина сопротивления R (С ) кото2 рого обеспечивает с момента t новую

5 величину иротекаюцего через него тока (}(„) /t5 (t(t, ци/t=tя м z.(—,) у!.) (4) где М = — —.--- — — — масштаб представС2 R s(Gz) пения выходного напряжения усилителя 1 во втором поддиапазоне формирования его выходной величины: б =с gt °

Под действием напряжения уровня логической единицы на управляющем входе переключателя 13 его .второй вход замыкается с выходом. При этом с момента t < на второй вход блока 23 подается напряжение U с выхода ис5 точника 5, а на первый вход блока 23 поступает выходное напряжение операционного усилителя 1 через замкнутый ключ 10. В результате напряжение на выходе операционного усилителя 32 блока 23 с момента t формируется по закону (фиг. 2л) 1) /t tat,=U -Ц<„/Е С<, (7)

С учетом равенства (6), а также принимая во внимание, что (8) (х} "(7- } " (z) "(1) /С= =" (7-2) (9) можно записать (}(з2)/ 5 t t< (}(г-)+U(7-2) Р(7 2) х(- )) =Ц +M (- „ ) . (10) (7-1) U<4)

f(31 R (G ) (5) в противоположном налравлении. В результате изменяется знак и величина крутизны формируемого операционным усилителем 1 напряжения Б(,) / t(С С которое с момента t начала второго поддиапазона его формирования изменяется с величины напряжения U(/t=ts (! согласно выражения (фиг. 2г) .

Тик как

И2 U(7-1) У (11) U(„}/t < С t =U(„)/t < t

В момеhT tg достижения выходным напряжением операционного усилителя 1 уровня напряжения (}(7,) с первого выхода делителя 7 на выходе компаратора 16 формируется импульс напряжения уровня логической единицы (фиг.2r), поступающий через элемент ИЛИ 18 на счетный вход счетчика 14. Выходной код последнего увеличивается на единицу мпадыего разряда (фиг. 2н), принимая значение Из, поступающее на выходную ыину 27 и через дешифратор 15 в виде кода Сд на цифровой управляюций вход масштабного резистора 3

Одновременно в момент t выходной

4 импульс компаратора 16 взводит триггер 19, отчего с момента t размыкается ключ 10, размыкаются второй вход и выход переключателя 13, а первый вход и выход последнего замыкают- ся под действием нулевого уровня напряжения на его управляющем входе с ипвертируюцего выхода триггера 19.

На выходе операционного усилителя 1, 35 а также на выходе блока 23 с момента начала третьего поддиапазона напряжение изменяется согласно выражения

Б / t

В момент t U(2 )

45 управления приходит на вход запуска блока 24, формируюцего на своих выходах управляющие сигналы U 24, и U 24 .

При использовании устройства в виде генератора пилообразного напряжения в момент t ключ 9 замыкается иод

7 действием управляюцего импульса U 24 » прошедшего с первого выхода блока 24 без задержки ио отношению к импульсу что реализуетея выбором нулевого времени задержки линии 36. !(пючи 11 и 12 с момента t7 разомкнуты.

В результате с момента t напряжение на конденсаторе 2 принимает значение

5 то выражение дпя выходного напряжения операционного усилителя 32 и блока 23 с момента t представляется в виде

I 495982

U(1 напряжения источника 6 и цикл работы генератора повторяется.

При использовании устройства в виде измерителя периода следования им5 пульса выбор соответствующей величины дадержки линии 36 блока 24 способствует формированию управляющего сигНала U>< с задержкой на интервал вре 1ени Лс по отноыению к управляющему сигналу U< а следовательно, и к выработке на выходе элемента И 31 с момента прихода импульса U

1 уровня на его управляющем входе, и неизменное с этого момента времени на- 20

1 пряжение на выходе операционного усил ятеля 1 и выходе блока 23,.пропорциоHjBJlbHoe периоду T=t -t, следования и пульсов с масштабом М его пред3 справления 25

/с < с

По сравнению с известным предлагаемое устройство обладает более широкими функциональными возможностями 35 за счет обеспечения формирования вЬ|ходного пилообразного напряжения с крутизной, изменяющейся по закону геометрической прогрессии в соответствующих последовательно расположен- 40 . ab>x поддиапазонах формирования выходного сигнала.

По отношению к известному предлагаемое устройс гво обладает более

EIHpoKHMH функциональными возможностями также за счет реализации измерения периода следования входных импульсов, что дополнительно расширяет с бласть его использования в многодиа- 5р пазонных измерительных устройствах и системах цифроанапоговой техники.

Ф о р м у л а изобретения

1. Генератор пилообразного напря55 жения с переменной крутизной, содер" ж!ащий операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, с первого по четвертый к ючи, M;Ic штабншй р пп. тор, первый и второй источники опорного напряжения, делитель напряжения, блок вычитания, блок управления, выходную ыину мантиссы, входную шину управления, соединенную с входом блока управления, первый вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен с выходом операционного усилителя, соединенным с его инвертирующим входом через интегрирующий конденсатор и через второй ключ с первым входом блока вычитания, первый выход первого ис< точника опорного напряжения соединен с информационным входом третьего клю-. ча, выход которого через масштабный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности изменения крутизны выходного сигнала по закону геометрической прогрессии, в него введены счетчик импульсов, дешифратор, двухпоэиционный переключатель, третий источник опорного напряжения, аналоговый инвертор, первый и второй компараторы, элемент ИЛИ, логический инвертор, триггер, первый и второй элементы И, выходная шина масштаба, а масштабный резистор выполнен в виде кодоуправляемого сопротивления, цифровой управляющий вход которого соединен с выходом дешифратора, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и с выходной шиной масштаба, выходная шина мантиссы соединена с выходом блока вычитания, второй вход которого соединен о выходом переключателя, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя и с первыми входами первого н второго компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами делителя напряжения, вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения и с вторым входом переключателя, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго ключа и с инвертирующим выходом триггера, информационный вход третьего ключа соединен с входом аналогового инвертора, выход которого через четвертый ключ соединен с выходом третьего ключа, управляющие входы четвертого и третьего ключей под14(3zqa2!

1 (! ключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, первые входы которых соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим

5 выходами триггера, а вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу логического инвертора, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый и второй входы которого под-.. ключены соответственно к выходам первого и второго компараторов, соединенным соответственно с входом установки в единичное состояние и с входом сброса триггера, причем вторые выходы первого и второго источников опор- ур ного напряжения соединены с шиной нулевого потенциала, а первый и второй выходы третьего источника опорного напряжения подключены соответственно к инвертирующему входу операционного 25 усилителя и к информационному входу первого ключа.

2. Генератор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит линию задержки, эле- ЗО мент И и одновибратор, вход которого является входом блока управления, второй выход которого соединен с выходом одновибратора, с входом линии задержки и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом липин задержки, а выход элемента И соединен с первым выходом блока управления.

3. Генератор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения периода следования импульсов, в него введены второй логический инвертор, третий элемент И, блок выборки-хранения и регистратор кода масштаба, соединенный своим управляющим входом с управляющим входом блока выборки-хранения и с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управления, первый выход которого через второй логический инветор соединен с вторым входом третьего элемента И, при этом информационный вход блока выборки-хранения соединен с выходной шиной мантиссы, а информационный вход регистратора кода масштаба соединен с выходной шиной масытаба.