Резервированный генератор импульсов

 

Изобретение относится к генераторам биполярных импульсов, обладающих высокой надежностью и работающих синхронно Цель изобретения - повышение точности при формировании биполярных выходных импульсов. Генератор содержит первый и второй операционные усилители 1 и 2, мажоритарный элемент 3 на 2n i- 1 входа, конденсатор 4 цепи емкостной обратной связи, резисторы 5-9, первый 10 и второй 11 задающие блоки и задающий блок 12 - (2 п н-1), где ,2,3... 1 табл., 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s Н 03 К 3/281

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4339193/21 (22) 04.12.87 (46) 15.05.91. Бюл, М18 (72) В.Г.Кузнецова и Г.Я.Леденев (53) 621.373 (088.8) (56) Дж.Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей, М.: Мир, 1974, с.407.

Дж.Ленк. Руководство для пользователей операционных усилителей, М., С, 1978, с.187, рис.3.54.

Авторское свидетельство СССР

М 1153390, кл. Н 03 К 3!281, 16.11.83.

Изобретение относится к устройствам генерирования прямоугольных импульсов, в частности к генераторам биполярных импульсов, обладающих высокой надежностью и работающим синхронно.

Цель изобретения — повышение точности при формировании биполярных выходных импульсов.

На фиг.1 изображена функциональная схема генератора; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Генератор содержит первый операционный усилитель 1, второй операционный усилитель 2, мажоритарный элемент 3 на (2п+1) вход, конденсатор емкостной обратной связи 4, соответственно первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 резисторы, первый задающий блок 10, второй задающий блок 11, (2п+ 1) задающий блок 12 (n 1,2,3...).

Инверсный выход мажоритарного элемента 3 первого задающего блока 10 соединен с резисторами 6 и 7, подключенными

„„Я3„„1649641 А1 (54) РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР

ИМПУЛ Ь СОВ (57) Изобретение относится к генераторам биполярных импульсов, обладающих высокой надежностью и работающих синхронно.

Цель изобретения — повышение точности при формировании биполярных выходных импульсов. Генератор содержит первый и второй операционные усилители 1 и 2, мажоритарный элемент 3 на 2n + 1 входа, конденсатор 4 цепи емкостной обратной связи, резисторы 5 — 9, первый 10 и второй 11 задающие блоки и задающий блок 12 — (2n+ 1), где п=1,2,3... 1 табл„2 ил. соответственно к инвертирующим входам первого операционного усилителя 1 и второго операционного усилителя 2. Неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей 1 и 2 соответственно через резисторы 8 и 9 соединены с нулевой шиной питания. Первый операционный усилитель 1 охвачен емкостной обратной связью через конденсатор 4, а выход этого усилителя через резистор 5 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом мажоритарного элемента 3 всех задающих блоков. Выход второго операционного усилителя 2 второго задающего блока 11 соединен со вторыми входами мажоритарного элемента 3 всех задающих блоков, выход второго операционного усилителя 2 (2п+1) задающего блока 12 соединен с (2n+1) входами всех задающих блоков.

Ои, Оа, Огз — выходной сигнал первого операционного усилителя 1 соответственно

1649641 первого, второго и третьего задающих блоков.

F м1, F M2, F мз — выходной сигнал мажоритарного элемента 3 соответственно первого, второго и третьего задающих блоков (неинверсные выходы).

Схема Работает следующим образом, Рассмотрим вначале отдельно работу задающего блока, предполагая, что он не содержит мажоритарного элемента и выход "0 второго операционного усилителя 2 соединен через инвертор с общей точкой резисторов 6 и 7 (см,фиг,1). Работа такого генератора описана в (2).

На фиг,2 приведены диаграммы изменения сигналов UII, Ulg, 0ц (выходной сигнал первого операционного усилителя первого, Второго и третьего задающих блоков соответственно) и выходных сигналов

F>, Fz, Гз(выходной сигнал второгаоперационного усилителя первого, второго и третьего задающих блоков) и выходных сигналов

F м1, Г мз, F мз (обозначены пунктиром, выходные сигналы мажоритарных элемен«ов первого, второго и третьего задающих блоков соответственно, неинверсные выходы)

Для упрощения рассуждений рассмотрим работу генератора синхронизиРОванных биполярных импульсов предполОжении, чта OH содержит TpN задаю цих блока.

Частоту выходных сигналов fl, 1г и fa соответственно первого, второго и третьего задающих блоков в отсутствии мажоритар- 35 ного элемента будем называть собственной частотой задающего блока, Как следует из схемы (см.фиг.1), второй операционный усилитель 2 может находиться в одном иэ двух состояний; 1) выходной сигнал имеет высокий уровень (будем обозначать его "+1"); 2) выходной сигнал имеет низкий уровень (будем обозначать его "-1").

Второй операционный усилитель 2 каждого задающего блока представляет собой ре- 45 лейный элемент (отсутствует отрицательная обратная связь) с уровнем переключения, равным 0 вольт. Далее, если элементы 2 и 3

cxeMt4 каждого задающего 61IoKB H8xopRTGA в состоянии, которому соответствует высо- 50 кий уровень выходного напряжения. m это состояние будем обозначать "+1I". Если эти элементы находятся в состоянии, которому соответствует низкий уровень выходного напряжения, m это состояние будем обоз- б5 начать "-1".

Пусть в начальный момент оперециоииый усилитель 2 (рассматриваем работу первого задающего блоке) находится в состоянии "-1" и Ull(0) — - Ua (О; — значение сигнала, подаваемого на инвертирующий вход операционного усилителя 2). В этом случае напряжение на выходе операционноI.o усилителя 1 возрастает и при UII = 0о (момент времени т11, см.фиг.2б) произойдет переход операционного усилителя 2 из состояния "-1" в состояние "+1". Предположим, что выходной сигнал операционного усилителя в состоянии "+1" соответствует напряжению Ua, а в состоянии "-1" — напряжению "-Ua", причем считаем, что значение резисторов 5 и 6 равны, т.е. R> = Rz. В этом случае переход операционного усилителя 2 из одного состояния в другое происходит при Ul> = Ua (или при Uli =- -0,).

После перехода операционного усилителя 2 в состояние " 1" выходное напряжение операционного усилителя 1 начинает

УМЕНЬШатЬСЯ И ПРИ Ul> = -Ua ПРОИЗОйДЕт очередной переход операционного усилителя в другое состояние (момент времени tIz) и далее процесс повторяется.

На фиг.2в,г,д,е приведены диаграммы изменений напряжений второго и третьего задающих блоков.

Рассмотрим теперь работу генератора

/ при использовании мажоритарного элемента 3 в каждом задающем блоке. Предположим, что в начальный момент времени операционные усилители 2 каждого задающего блока находятся в состоянии "-1" и

UI3(0) = UI2(0) = UI3(0) =- -Ua, с этого момента времени начинает увеличиваться выходное напряжение иа операционных усилителях 1 всех задающих блоков (операционные усилители 1 охвачены емкостной обратной связью через конденсатор 4 (С) и поэтому представляют собой интеграторы).

Приведена таблица состояний мажоритарного элемента 3 на три входа.

В этой — àáëèöå "Вход 1" — выходной сигнал операционного усилителя 2 первого задающего блока. "Вход 2" — выходной сигнал операционного усилителя 2 второго задающего блока, "Вход 3" — выходной сигнал операционного усилителя 2 третьего задающего блока, Рм — выходной сигнал мажоритарного элемента.

В момент t>< меняет своесостояние операциоиный усилитель 2(1) (a скобках указывается номер задающего блока). Выходной сигнал этого операционного усилителя (Вход 1) 2(1) - +1. (Запись. например

2(1) - +1/ Означает: операционный усилитель 2 первого задающего блока находится в состоянии +1), Выходные сигналы операционного усилителя 2(2) (Вход 2) 2 (2) -«-1, операционного усилителя 2(3) (Вход 3) 50

2 (3) - -1. В соответствии с таблицей состояний выходной сигнал мажоритариага элемента каждого задающего блока FM - +1 (комбинация 4), и, следовательно, выходной сиГнэл каждоГО задающеГo б IDKB м, " м2, M3 "-+1.

Так как входные сигналы всех мажоритарных элементов одни и те же, та и выходные сигналы мажоритарных элементов будут одинаковые, Поэтому сигнал FM будет определять состояние всех мажоритарных элементов, В момент времени tt изменяется состояние операционного усилителя 2(2) — «+1. В соответствии с комбинацией 7 таблицы состояний C2(1} — +1, 2(2) - +1, 2(3) -"-1). С этого момента времени выходной сигнал всех операционных усилителей 1 начинает уменьшаться,. От мОГлента времени е ; да т1 выходное напряжение операционного усили телЯ 1(1) пОсле изменениЯ состаЯниЯ one рационнаго усилителя 2(1) продолжает увеличиваться до значения 41 (линия 1, 1 см,фиг,2а). В момент времени ti выходное

НаПряжЕНИЕ 0 3 = U a3 (СМ.фЛГ.2д), ПРИЧЕМ

U a3 < 0а (считаем, что выхсДной сигнал мажоритарного элемента 3 принимает значеiIvs +Lla или -Lla) и ог еРаЦиониый Усилитель

2(3} остается в том же состоянии (2(3) - -1).

Хак следует из графиков 2а, 2в и 2д сигналы

UI1. UI2, Ui3 достигают значения -Ua (уровня изменения состояния ог|ерациснного усилителя 2) практическл одновременно в момент времени t2. В этот момент времени

2(1) -« -1, 2(2) = -1, 2(3) >+1. В соответствии с комбинацией 2 таблицы состояний Гм -1.

Далее процесс повторяется аналогично уже описанному. Таким образам„изменение сигнала UII происходит в саатвстствии с графиком 1, Uiz — в соответствии с гра-! фикс!л 2, UI3 — в соответствии с Графиком 3. Вых — äíûå сигналы генератора

Г Mt, F Mz u F мз изменя стся синхронно в соответствии с графиком фиг.2r, при этом операционный усилитель 2(1) - -1 в интервале времени (Од11}, (12 t3) и т.д, 2(1) - +1 в интервале времени (1ц tt3). (t3.ì) и т.д„операционный усилитель 2(2) переключается в соответствии с фиг.2г, операционный усилитель 2(3) -1 в течсние всего времени.

Таким образом, выходные сигналы генератора Е м, F м2 и F мз изменяются синхронно с частотой, опредсляемой собственной частотой f второго àäàþùåãî блока, являющейся средней из трек частот f>.

f2, f3

Если генератор содержит (2п+1) задающих блока, та проведя аналогичные рассуждения„придем к вь.воду, - та все сигналы

FMI., FMz.„FMð, -,) изменяются синхронна с частотой fn, определяемой собственнои частотой сигнала Fn-го задающего блока, являющеЙся средней частотой из

ВСЕХ ЧЭСтат fI fZ,... fzn+I (ПрвдПОЛаГаЕтСЯ

f» т2» ., т2л I).

Покажем, чта рассматриваемый генератор (и+ 1) сохраняет свою работоспособность при одном любом отказе (под отказом генератора будем понимать отсутствие правильной информации на /и+1/ выходе: для п=1 под Отказом генератора понимаем нарушение работоспособности двух задающих блоков}.

Пусть, например, произошел отказ время задающей цепи (Кз, С, RI, Rz) первого задающего блока. а} Предположим вначале, что собственная частота II первого зада ощего блока резко возросла. Работа rei-Iepaтора в этом случае буде происходить следующим образом. Сигнал Uii достигает значения 0 значительно раньше времени т11. В этот момент времени 2(1) - 1

2(2) - -1, 2(3) - -1. В соответствии с комбинацией 4 таблицы состояний FM — 1. Такое состояние будет сохраняться да момента времени tI (сигнал UII до этого моглента времени может достичь значения, значительно большего Uia).

В tÿoìeíò вре;лени tI 2(1) -+ 1, 2(2) - «1, 2(3) - -1. В соответствии с комбинацией 7 таблицы состояний FM - -1. Все мажоритарнь,*е элеме ты изменяют свае состояние. ". i налы UIIt, Uiz, Ui3 начинают уменьшаться и в момент времени tz сигналы

UII UiZ, ) З дОС-.ИГЭЮт ЗиаЧЕНИя -Ua, ПрИ котором Г1раисходит переход всех Операционных усилителей 2 в другое состояние. В этот момент времени 2(1) -1, 2(2) -«-1, 2(3} - -1 и процесс повторяется. Таким образом, частота переключения сиГналов

F м1, F Mz . 1- ., 3 Определяется частотой

fz второго задающего блока. являющейся средней из частот f; fz и f3с учетом рассмотренного отказа. б} Отказал операционный усилитель 1 или 2 в одном, например, в первом задающем блокс. Пусть 2(1) - -1 в течение всего времени. В этом случае в ма еит вре. ",ени т

2(1) - -1, 2(2} -«+ 1, 2(3) -- -1. FM =- +1. Б I«омент времени t3t 2(1) — >-1, 2(2) — + 1, 2(3) -««1. В соответствии с комбинацией 5 таблицы состояний FM -1. Далее процесс будет повторяться аналогично уже о-.исакному выше. В рассматриваемом случае изменение сигналов F Mt, F Mz, F мз будет происходить с частотой f3 исправна оаботающега третьего задающего блока.

1649641

30 в) Отказал один из трех мажоритарных элементов (например. 3(1). В этом случае (пусть, например. 3(1) -«-1) операционный усилитель 1(1) достигнет насыщения (сигнал

Ui> имеет граничное значение) и операци- 5 онный усилитель 2(1) - -1 в течение всего времени. Этот случай аналогичен уже рассмотренному случаю (б) и с той лишь разницей, что исправно будут работать два из трех мажоритарных элемента (3(2) и 3(3)). 10

Аналогичные рассуждения можно привести и для других и> 1. В этом случае генератор импульсов остается работоспособным (исправно работают, по крайней мере и+1) задающих блока при и отказах в 15 различных задающих блоках, а частота гене ратора определяется собственной частотой одного из исправно работающих задающих блоков.

Формула изобретения

Резервированный генератор импульсов. содержащий (2n+ 1) канал (n=1,2,3...), каждый из которых включает времязадаю- 25 щую последовательно соединенную RCцепь и мажоритарный элемент íà (2п+ 1) вход, при этом соответствующие входы мажоритарного элемента обьединены между собой, отличающийся тем, что. с целью повышения точности при формировании биполярных выходных импульсов, в каждый канал введены последовательно соединенные через первый резистор первый и второй операционные усилители и второй резистор, подключенный между инвертирующим входом второго операционного усилителя и инверсным выходом мажоритарного элемента, соединенным с резистором времязадающей цепи, к средней точке которой подключен инвертирующий вход первого операционного усилителя, выход которого соединен с конденсатором времязадающей цепи, при этом неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соответственно через четвертый и пятый резисторы подключены к нулевой шине питания, выводы питания мажоритарного элемента подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам, а выход второго операционного усилителя каждого канала соединен с соответствующими объединенными входами мажоритарных элементов, инверсный выход каждого из которых является одним из (2п -1) независимых выходов генератора импульсов.

Составитель В,Якимов

Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняк

Редактор С.Рекова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 1872 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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