Формирователь ступенчатого напряжения

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в высокоточных генераторах сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счее обеспечения формирования ступенчатого напряжения с характеристикой колебательного звена. Формирователь, содержащий входной ключ 2, сумматор 3, выходные запоминающие элементы 4,5,6, выходные ключи 9-14, тактовый генератор 20, элементы ИЛИ 21,22, введены запоминающие элементы 7,8 и выходные ключи 15-19. Тактовый генератор 20 вырабатывает семифазные тактовые импульсы, под воздействием которых происходит последовательная запись напряжения с выхода сумматора 3 в запоминающие элементы 8,7,4,5. Запоминающий элемент 6 служит для промежуточного хранения напряжения. По выполняемой функции устройство эквивалентно сумматору и трем инерционным звеньям, соединенным в кольцо. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСН Х

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 Н 03 K 4/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ СТУПЕНЧАТОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к импуль-. сной технике и может быть использова" но в высокоточных генераторах сигналов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения формирования ступенчатого напряжения с характеристикой, колебательного звена. В формирователь, содержащий входной ключ 2, сумматор

3, выходные запоминающие элементы е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2 l ) 4324472/24-21 (22) 02,11,87 (46) 23,11.89. Бюл, 11 43 (72) Г,И.Стеценко и В.В.Нечаев (53) 621.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1075384, кл. Н 03 К 4/02, 22.02.82.

Авторское свидетельство СССР

N 1370738, кл. Н 03 К 4/02, 07.04.86.

„„Я0„„1524 5 А1

1524165

4-6, выходные ключи 9-14, тактовый генератор 20, элементы ИЛИ 21, 22, введены запоминающие элементы 7, 8 и выходные ключи 15-19. Тактовый ге" нератор 20 вырабатывает семифазные импульсы, под воздействием которых происходит последовательная запись

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в формирующих устройствах с высокой стабильностью параметров выход- 5 ного сигнала.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения формирования ступенчатого напряжения с характерис- 20 тикой колебательного звена.

На фиг.1 приведена структурная схема формирователя; на фиг.2-3 — эпюры, поясняющие работу формирователя; на фиг,4 — эквивалентная схема форми- 25 рователя. формирователь содержит входную шину 1,. входной ключ 2, сумматор 3, вы- ход которого подключен к входам первого 4, второго 5, третьего 6, чет- 30 вертого 7 и пятого 8 запоминающих элементов, с первого по одиннадцатый выходные ключи 9-19. Выходы первого 4, второго 5, третьего 6 и четвертого 7 запоминающих элементов через соответ- 35 ственно первый 9, второй 10 третий

11 и седьмой 15 выходные ключи соединены с первым входом сумматора 3, второй вход которого соединен с выходом входного ключа 2. Выходы пер- 40 вого 4, второго 5 и четвертого 7 запоминающих элементов подключены соответственно к третьему, четвертому и шестому входам сумматора 3 через четвертый 12, пятый 13 и восьмой 16 45 выходные ключи соответственно. Выходы первого 4, четвертого 7 и пятого

8 запоминающих элементов подключены соответственно к пятому, седьмому и восьмому входам сумматора 3 через шестой 14, девятый 17 и десятый 18 выходные ключи соответственно. Выход второго запоминающего элемента 5 через одиннадцатый выходной ключ 19 подключен к девятому входу сумматора 3.

Первый выход тактового генератора

20 соединен с управляющими входами входного ключа 2, одиннадцатого вынапряжения с выхода сумматора 3 в запоминающие элементы 8, 7, 4, 5. Запоминающий элемент 6 служит для промежуточного хранения напряжения. По выполняемой функции устройство эквивалентно сумматора и трем инерционным звеньям, соединенным в кольцо. 4 ил. ходного ключа 19 и пятого запоминающего элемента 8. Второй выход тактового генератора 20 соединен с управляющими входами седьмого 15, восьмого 16 и десятого 18 выходных ключей, а также с первым входом первого элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с управляющим входом третьего запоминающего элемента 6. Третий выход тактового генератора 20 соединен с управляющим входом четвертого запоминающего элемента 7 и с первым входом второго элемента Ki_#_ 22, выход которого соединен с управляющим входом третьего выходного ключа 11.

Четвертый выход тактового генератора 20 соединен с управляющими входами первого 9, четвертого 12 и девятого 17 выходных ключей и с вторым входом первого элемента ИЛИ 21. Пятый выход тактового генератора 20 соединен с управляющим входом первого запоминающего элемента 4 и с вторым входом второго элемента ИЛИ 22. Шестой выход тактового генератора 20 соединен с управляющими входами второго 10, пятого 13 и шестого 14 выходных ключей и третьим входом первого элемента ИЛИ 21, Седьмой выход тактового генератора 20 соединен с управляющим входом второго запоминающего элемента 5 и третьим входом второго элемента ИЛИ 22, Сумматор 3 представляет собой дифференциальный усилитель 23, между инвертирующим входом и выходом которого подключен резистор 24 обратной связи. Первые выводы с первого по девятый резисторов 25-33 являются соответствующими входами сумматора, Вторые выводы первого 25, второго 26, пятого 29, седьмого 31 и восьмого 32 резисторов соединены . с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 23, Вторые выводы третьего 27, четвертого 28, шестого 30 и цевятого 33 рези сторов соединены с инвер!

524165 тирующим входом диференциального усилителя 23.

Инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 23 соединены также с общей шиной через

5 десятый 34 и одиннадцатый 35 резисторы соответственно.

Коэффициент передачи по первому входу сумматора 3 равен 1(К1=1).

1О

К2,...,К9 — коэффициенты передачи по другим входам сумматора 3.

Запоминающие элементы 4-8 выполне" ны на ключе 36, конденсаторе 37 и г усилителе 38. Выходная шина соединена с выходом четвертого запоминающего элемента 7.

Параметры схемы запоминающего элемента выбраны так, чтобы выполнялись соотношения 20 такт работы формирователя в течение одного цикла.

В первом такте работы формирователя, соответствующем наличию импульса по первому выходу тактового генератора 20 (фиг.2а), включается входной ключ 2, и входной сигнал, подаваемый на входну.о шину 1, проходит на второй вход сумматора 3 с коэффициентом К2.

Кроме того, в первом такте открывается одиннадцатый выходной ключ 19 г напряжение с выхода второго запоминающего элемента 5 подается на девятый вход сумматора 3 с коэффициентом К9. На выходе сумматора 3 образуется разность указанных напряжений, которая заряжает когщенсатор 37 пятого запоминающего элемента 8, так как в первом такте включается также ключ 36 пятого запоминающего элемен- та 8 ° Результирующее напряжение, по- . лучаемое на выходе пятого запоминающего элемента 8, рассчитывается по формуле

R; C((c, г (3) Все остальные ключи формирователя в первом такте работы находятся в разомкнутом состоянии.

Во втором такте работы, соответствующем наличию импульса по второму выходу генератора 20 (фиг.2б), входной ключ 2, одиннадцатый выходной ключ 19 и ключ 36 пятого запоминающего элемента 8 размыкаются, а выходные ключи 15, 16 и 18 замыкаются.

При этом на выходе пятого запоминающего элемента 8 сохраняются напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый ключ 18 поступает на восьмой вход сумматора 3 с коэффициентом передачи К8.

Кроме того, через замкнутые выходные ключи 15 и 16 напряжение с выхода четвертого запоминающего элемента 7 подается на первый и шестой вход сумматора 3 соответственно. На выходе сумматора 3 образуется напряжение, равное алгебраической сугме укаэанных напряжешгй, которое заря-. жает конденсатор 37 третьего запоминающего элемента 6, так как его ключ 36 также замкнут сигналом управления, поступающим с второго выхода тактового генератора 20 через первый элемент ИЛИ 21. Результирующее напряжение, получаемое на выходе третьR,„„С» Т, (2) где R ° — выходное сопротивление сум1 матора 3 и ключа 36; 25

С вЂ” емкость запоминающего конденсатора 37 в запоминающих элементах 4-8;

R — входное сопротивление сог" ьх ласующего,усилителя 38 в 30 запоминающих элементах 4-8

)

c — длительность импульса тактового генератора 20;

Т вЂ” период повторения цикла работы устройства.

При выполнении неравенства (!) напряжение, цо которого заряжается конденсатор запоминающего элементй, не зависит от изменения значения его емкости, а при выполнении неравенства 4п (2) напряжение на конденсаторе остается неизменным в течение времени Т, когда ключ запоминающего элемента закрыт, Усилитель 38 выполняет роль буфер45 ного усилителя и имеет коэффициент передачи 1 (повторитель) .

Формирователь работает следующим ,образом.

Тактовый генератор 20 эа один

50 цикл работы формирует последовательность из семи импульсов, которая повторяется с определенным периодом Т (фиг.2а-ж). При наличии импульса на управляющих входах входного, выходно- 55 го ключей> ключей запоминающих элементов они включаются, а при Отсутствии выключаются, Каждому выходу тактового генератора 20 соответствует

Пээрн = "вх К2 — Бээ К9!

524165 (4)

1р (7) 11 ь э 11 ъ ъ ъ 1 э4 ЭэЗ ) его запоминающего элемента 6, рассчитывается по формуле

11зэз = 11эь К8 + Уьэ! П эа

В третьем такте работы, соответствующем наличию импульса по третьему выходу генератора 20 (фиг. 2в), выходные ключи 15, 16 и 18 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкаются, а третий выходной ключ

11 замыкается управляющим сигналом, поступающим через второй элемент ИЛИ

22. При этом на выходе третьего запоминающего элемента 6 сохраняется напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый тре тий выходной ключ 11 поступает на первый вход сумматора 3, имеющий коэффициент передачи 1 . ЭтОт сигнал 20 устанавливается на выходе четвертого запоминающего элемента 7, так как в третьем такте замыкается его ключ 36 и заряжается конденсатор 37. Напряжение рассчитывается по формуле 25 где U, найдено по формуле (4) .

В четвертом такте работы, соответствующем наличию импульса по четвертому выходу генератора 20 (фиг.2r), выхОдной ключ !1 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 раэмьькает< я, а первый 9, четвертый 12 и девятый

17 выходные ключи замыкаются, подклю35 чая к первому, третьему и седьмому входам сумматора 3 соответственно выходы первого 4 и четвертого 7 запоминающих элементов. На выходе сумматора

3 образуется напряжение, равное ал- 40 гебраической сумме укаэанных напряжений, которое заряжает конденсатор 37 третьего запоминающего элемента 6, так как его ключи 36 также замкнут сигналОм управления пОступающим с 45 четвертого выхода генератора 20 через первый элемент ИЛИ 21. Результирующее напряжение, получаемое на выходе третьего запоминающего элемента

6, ассчитыв ется п л

P а о форму е

Пээрн = "зэ4 К8 + !1зэ1 " э К4 (6) В пятом такте работы формирователя, соответствующем наличию импульса по пятому выходу генератора 20 (фиг.2д), выходные ключи 9, 12, 17 и

55 ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкается, а третий выходной ключ 1.1 замыкается управляющим сигналом, поступающим через второй элемент

ИЛИ 22 от тактового генератора 20.

При этом на выходе третьего запоминающего элемента 6 сохраняется напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый третий выходной ключ 11 поступает на первый вход сумматора 3, имеющий коэффициент передачи I, Этот сигнал устанавливается на выходе первого запоминающего элемента 4, так как в пятом такте замыкается его ключ 36 и заряжается конденсатор 37. Напряжение рассчитывается по формуле где U найдено по формуле (6).

В шестом такте, соответствующему наличию импульса по шестому выходу генератора 20 (фиг.2е), выходной ключ

11 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкаются, а второй

10, пятый 13 и шестой 14 выходные ключи замыкаются, подключая к первому, четвертому и пятому входам сумматора 3 соответственно выходы второго 5 и первого 4 запоминающих элементов. На выходе сумматора 3 образуется напряжение. равное алгебраической сумме указанных напряжений, которое заряжает конденсатор 37 третьего запоминающего элемента 6, так как его ключ 36 также замкнут сигналом управления, поступающим с шестого выхода генератора 20 через первый элемент ИЛИ 21. Результирующее напряжение, получаемое на выходе третьего запоминающего элемента 6, рассчитывается по формуле

В седьмом такте работы, соответствующем наличию импульса по седьмому выходу генератора 20 (фиг.2ж), выходные ключи 10, 13 и 14 и ключ

36 третьего запоминающего элемента 6 размыкаются, а третий выходной ключ

ll замыкается управляющим сигналом, поступающим через второй элемент

ИЛИ 22 от тактового генератора 20, При этом на выходе третьего запоминающего элемента 6 сохраняется напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый третий выходной ключ 11 поступает на первый вход сумматора 3, имеющий коэффициент передачи 1. Этот сигнал устанавливается на выходе второro запомина9

152 ющего элемента 5, так как в седьмом такте замыкается его ключ 36 и заряжается конденсатор 37. Напряжение рассчитывается по формуле

4165

Т = — (13) Т н 2 КЗ

К . — (12);

К7 и 2 КЗ (9) "392 — "ЗЭЗ

Выбирая различные значения коэффициентов передачи К2-К9 или варьируя периодом повторения цикла решения Т, можно изменять параметры колебательного звена в широких пределах. При этом точность реализуемых параметров определяется только точностью выполнения коэффициентов передачи сумматора 3 периода повторения цикла ре1 шения Т и не зависит от параметров конденсаторов запоминающих элементов (формулы 10-17).

Если входной сигнал подавать на входы других ключей, а выходной сигнал снимать с других запоминающих элементов, то формирователь может выполнять функцию одного или нескольких простых инерционных звеньев или двойного инерционного звена. Если выбрать равными нулю коэффициенты передачи по третьему, четвертому и шестому входам сумматора 3 (К3, К4, К6), то формирователь может выполнять функции одного или нескольких интеграторов (формирователей линейно нарастающего напряжения) при подаче входных

40 сигналов на вход соответствующего ключа устройства.

Схемой формирователя (фиг,1) однозначно определяется соответствие запоминающих элементов (ЗЭ) функциональным узлам эквивалентной схемы колебательного звена (фиг.4) °

Так, информация сумматора .(фиг.4) содержится в пятом запоминающем элег менте 8 (фиг.1),первого инерционного звена ИЗ < (фиг ° 4) — в четвертом запоминающем элементе 7, второго инерционного звена ИЗ (фиг.4) — в первом запоминающем элементе 4, третьего инерционного звена ИЗ (фиг.4) — во втором запоминающем элементе 5. Третий запоминающий элемент 6 используется многократно для формирования функции инерционного звена для ИЗ, ИЗ, ИЗз. В первом такте работы устройства формируется функция суммирования, во втором и третьем — функция

ИЗ,, в четвертом и пятом — функция

ИЗ, в шестом и седьмом — функция

ИЗ . где U» найдено по формуле (8).

На этом первый цикл работы формирователя заканчивается. Далее цикл повторяется с периодом Т в соответствии с работой тактового генератора

20 ° Если на вход тактового формирователя подать единичный скачок напряжения, то на его выходе формируется напряжение с переходной характеристикой колебательного звена (фиг.3).

Переходная характеристика колебательного звена обеспечивается за счет того, что оно является дискретно-аналоговым эквивалентом колебательного звена на операционных усилителях (фиг.4). В состав схемы колебательного звена входят три инерционных звена и сумматор. Обычно колебательное звено формируют на модели путем охвата отрицательной обратной связью инерционйого интегрирующего звена. Введение в контур обратной связи еще одного инерционного звена обеспечивает формирователю дополнительные свойства фильтрации, Параметры колебательного эвена-. рассчитываются по следующим формулам.

K = — (14); T и, = —, (15) и К4 и К4

К = К2 (16); К = К9. (17) 1Технический эффект от использования предлагаемого формирователя зак 45 лючается в том, что по сравнению с известным он обеспечивает не только формирование двух независимых высокостабильных ступенчатых напряжений, нарастающих по линейному или экспоненциальному законам, или формирование высокостабильного ступенчатого напряжения с переходной характеристикой двойного инерционного звена, но и формирование высокостабильного ступенчатого напряжения с переходной

I характеристикой колебательного звена.

Сформированные ступенчатые напряжения отличаются высокой стабиль! 524165

12 костью, так как их параметры определяются только суммарной нестабильностью коэффициентов передачи сумматора 3 и периода повторения цикла решения Т. При использовании н схеме формирователя ступенчатого напряжения высокоточных резисторон легко достижима суммарная нестабильность коэффициента передачи, не превышающая

IX. Стабильность периода повторения может быть получена не хуже 0,017 при использовании в тактовом генераторе

20 задающего кнарценого генератора.

В формирователе полностью исключены изменения параметров, обусловленные нестабильностью и начальными разбросами емкости конденсаторов, что позволяет более чем на,порядок понь»сить точность и стабильность параметров выходного сигнала формирователя, а также обеспечить микроминиатюризацию устройства при реализации характеристик в области низких и инфранизких частот.

Формула изобретения

Формирователь ступенчатого напряжения, содержащий первый, второй и третий ныходные ключи, входы которых соотнетственно подключены к выходам первого, второго и третьего запоминающих элементов, а выходы подключены к первому входу сумматора, второй вход которого через входной ключ соединен с входной шиной, выход сумматора подключен к входам первого, второго и третьего запоминающих элементов, тактовый генератор, первый выход которого подключен к управляющему входу входного ключа, первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соответственно соединены с управляющими входами третьего запоминающего элемента и третьего выходного ключа, четвертый и пятый выходные ключи, нходы которых соответственно подключены к выходам первого и второго запоминающих элементов, а выходы подключены соответственно к третьему и

5

40 четвертому входам сумматора, а также шестой выходной ключ, нход которого соединен с выходом первого запоминающего элемента, а выход соединен с пятым входом сумматора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности формирования ступенчатого напряжения с характеристикой колебательного звена, в него введены с седьмого по одиннадцатый выходные ключи и четвертый и пятый запоминающие элементы, входы которых подключены к выходу, сумматорам причем выход четвертого запомиУ нающего элемента соединен с выходной шиной устройства и через седьмой, восьмой »» девятый выходные ключи соединен соответственно с первым, шестым и седьмым входами сумматора, выход пятого запоминающего элемента через десятьп» выходной ключ соединен с восьмым входом сумматора, вход одиннадцатого выходного ключа соединен с выходом второго запоминающего элемента, а выход — с девятым входом. сумматора, при этом первый выход тактового генератора соединен с управляющими входами пятого запоминающего элемента и одиьнадцатого выходного ключа, второй выход — с упранляющими входами седьмого, восьмого, десятого выходных ключей и с первым входом первого элемента ИЛИ, третий выход— с управляющим входом четвертого запоминающего элемента и с первым входом второго элемента ИЛИ, четвертый выход — с управляющими входами первого, четвертого, девятого выходных ключей и с вторым входом первого элемента ИЛИ, пятый ныход — с управляющим входом первого запоминающего элемента и с вторым входом второго элемента ИЛИ, шестой выход — с управляющ»»ии входами второго, пятого,шестого;выходнь»х ключей и с третьим входом первого элемента ИЛИ, седьмой выход— с управляющим входом второго запоминающего элемента и с третьим входом второго элемента ИЛИ.

1524165

Фие. 4