Функциональный генератор

 

Изобретение относится к генераторам синусоидальных и других сигналов, построенным на базе аналоговых интеграторов. Функциональный генератор позволяет генерировать периодические синусоидальные, пилообразные, квадратичные сигналы, а также сигналы с использованием методов кусочно-ступенчатой, кусочно-линейной и кусочно-квадратичной аппроксимации. Целью изобретения является расширение класса генерируемых генератором функций. Функциональный генератор содержит умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 1, первый интегратор 2, первый выход 3 по напряжению, элемент выборки-хранения 4, первый ключ 5, второй ключ 6, второй интегратор 7, второй выход 8 по напряжению, первый масштабный резистор 9, дифференциальный операционный усилитель (ДОУ) 10, второй масштабный резистор 11, токовый выход 12, третий масштабный резистор 13, пятый масштабный резистор 14, третий ключ 15, четвертый масштабный резистор 16, демпфирующий элемент 17, четвертый ключ 18, пятый ключ 19, шину 20 эталонного напряжения, блок синхронизации 21. Демпфирующий элемент 17 выполнен в виде первого токозадающего резистора 22, двустороннего ограничителя напряжения 23 и второго токозадающего резистора 24. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в генератор пяти ключей, двух масштабных резисторов, элемента выборки-хранения и новым связям между элементами генератора. 1 ил.

Изобретение относится к генераторам синусоидальных и других сигналов, построенным на базе аналоговых интеграторов, и может использоваться в качестве управляемого генератора различных испытательных сигналов при исследовании широкого класса автоматических и радиотехнических систем и их моделей. Целью изобретения является расширение класса генерируемых генератором функций. На чертеже приведена схема генератора. Функциональный генератор содержит умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 1, первый интегратор 2, первый выход 3 генератора по напряжению, элемент выборки-хранения 4, первый ключ 5, второй ключ 6, второй интегратор 7, второй выход 8 генератора по напряжению, первый масштабный резистор 9, дифференциальный операционный усилитель (ДОУ) 10, второй масштабный резистор 11, токовый выход 12 генератора, третий масштабный резистор 13, пятый масштабный резистор 14, третий ключ 15, четвертый масштабный резистор 16, демпфирующий элемент 17, четвертый ключ 18, пятый ключ 19, шину 20 эталонного напряжения, блок синхронизации 21. Демпфирующий элемент 17 выполнен в виде первого токозадающего резистора 22, двухстороннего ограничителя напряжения 23 и второго токозадающего резистора 24. Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии все ключи 5,6,15,18 и 19 разомкнуты, сигналы сброса интеграторов 2 и 7 и сигнал записи в элементе выборки хранения (ЭВХ) 4 отсутствуют. Для генерирования в режиме самовозбуждения синусоидальных сигналов замыкаются ключи 5,6,15,18, на цифровой вход УЦАП 1 из блока синхронизации 21 поступает код, определяющий частоту синусоидального сигнала. При этом коэффициент передачи ДОУ 10 будет определяться формулой U_вых= KU_вх= U_вх (1) где U_вых напряжение на выходе ДОУ 10; U_вх напряжение на входе первого масштабного резистора 9, т.е. на выходе интегратора 7; R₁ сопротивление масштабного резистора 9; R₂ сопротивление второго масштабного резистора 11; R сопротивление параллельно включенных масштабных резисторов 13 и 14; R₄ сопротивление масштабного резистора 16 (влияние демпфирующего элемента 17 при этом не учитывается). Из формулы (1) видно, что коэффициент передачи К усилителя может иметь любой знак в зависимости от величины разности R₁˙R₄ R˙R₂, которая должна быть отличной от нуля для данного режима работы. Знак разности выбирается в зависимости от типа используемых интеграторов. Для инвертирующих интеграторов 2,7 разность R₁˙R₄ -R˙R₂ должна быть положительной, а необходимая величина модуля коэффициента передачиК| ДОУ 10 задается выбором соответствующих номиналов резисторов по формуле (1). Для обеспечения режима самовозбуждения необходимо подать сигнал с выхода интегратора 2 на вход интегратора 7 путем подачи непрерывного сигнала записи в ЭВХ 4. При этом сигнал на выходе ЭВХ 4 с несущественной задержкой будет повторять сигнал на его входе. В режиме генерации на выходе 3 пилообразного напряжения и на выходе 8 напряжения с квадратичной зависимостью от времени замыкаются ключи 6,19, на вход управления записью в ЭВХ 4 непрерывно подается сигнал записи. При этом напряжение на выходе ДОУ 10 определяется соотношением U_вых= KU_вх= U_вх (2) где U_вх,U_вых,R₁,R₂,R₄ то же, и в формуле (1); а R₃ величина сопротивления резистора 13. При выполнении равенства R₁˙R₄R₃˙R₂ ДОУ 10 работает фактически в режиме компаратора: выдает на выходе максимальное положительное напряжение при отрицательном напряжении на выходе интегратора 7 и минимальное (отрицательное) напряжение при положительном напряжении на выходе интегратора 7. Поэтому если, например, на выходе интегратора 2 положительное напряжение, которое (интегрируемое инвертирующими интегратором 7) привело к отрицательному напряжению на выходе интегратора 7, то на выходе ДОУ 10 установится положительное (максимальное) напряжение. Это напряжение, поступая через ключ 18 и УЦАП 1 на вход интегратора 2, вызовет линейное уменьшение напряжения на выходе интегратора 2, что, в свою очередь, приведет к квадратичному закону увеличения напряжения на выходе интегратора 7 и новому переключению сигнала на выходе ДОУ 10 до максимального по модулю отрицательного значения. Цикл работы генератора повторяется. Включение демпфирующего элемента 17 при замыкании ключа 5 не изменяет существенно характер работы генератора в данном режиме. Для работы генератора в режимах кусочно-линейной и кусочно-квадратичной аппроксимации функциональных зависи- мостей напряжения на выходах 3 и 8 соответственно (в функциях времени) замыкаются ключи 6,19, на вход управления записью ЭВХ 4 непрерывно подается сигнал записи, на входы информации УЦАП 1 подаются последовательно коды, соответствующие различным участкам аппроксимации. Эталонное напряжение, поступающее через ключ 19 на аналоговый вход УЦАП 1, умножается в соответствующем масштабе на входной код УЦАП 1 и интегрируется интегратором 2, на выходе которого формируется очередной линейно изменяющийся участок аппроксимируемого сигнала. Одновременно этот линейно изменяющийся сигнал поступает через ЭВХ 4 и замкнутый ключ 6 на вход интегратора 7, на выходе которого формируется сигнал с квадратичной зависимостью напряжения от времени. Для переключения характера изменения сигнала на выходе интегратора 7, т.е. для изменения типа функциональной зависимости его выходного сигнала с квадратичной на линейную, в соответствующий момент времени сигнал записи в ЭВХ 4 снимается, на выходе ЭВХ 4 напряжение перестает изменяться, в результате чего напряжение на выходе интегратора 7 либо продолжает изменяться по линейному закону (если сигнал с выхода ЭВХ 4 отличен от нуля), либо остается неизменным (если в момент окончания сигнала записи в ЭВХ 4 напряжение на выходе ЭВХ 4 было равно нулю). Таким образом, генератор в рассмотренном режиме может генерировать на одном и том же выходе два типа функциональных зависимостей напряжения от времени: квадратичную и линейную. Для сброса интегратора 2 и 7 в исходное состояние на соответствующие входы интеграторов подаются сигналы сброса. Для съема токового сигнала, функциональная зависимость которого от времени совпадает с функциональной зависимостью сигнала на выходе интегратора 7, приемник токового сигнала включается между выходом генератора 12 и шиной нулевого потенциала, а сам генератор включается в рассмотренный ранее режим работы для случая кусочно-линейной или кусочно-квадратичной аппроксимации генерируемых сигналов. При выполнении того же самого соотношения R₁˙R₄ R₃˙R₂, что и для формулы (2), выход 12 генератора работает как источник вытекающего тока I: l -U_вх= где U_вх,R₁,R₂,R₄ то же, что и для формулы (2). Возможны также другие режимы работы генератора, получаемые путем различных комбинаций рассмотренных трех основных режимов.

Формула изобретения

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий умножающий цифроаналоговый преобразователь, первый и второй интеграторы, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами генератора по напряжению, блок синхронизации, дифференциальный операционный усилитель, первый, второй и третий масштабные резисторы и демпфирующий элемент, выполненный в виде последовательно включенных первого токозадающего резистора, двухстороннего ограничителя напряжения и второго токозадающего резистора, причем свободные выводы первого и второго токозадающих резисторов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального операционного усилителя, первый и второй масштабные резисторы включены между инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя и выходами соответственно второго интегратора и дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен через третий масштабный резистор к шине нулевого потенциала, цифровой вход умножающего цифроаналогового преобразователя подключен к группе выходов блока синхронизации, а его выход соединен с информационным входом первого интегратора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса генерируемых функций, в него введены первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи, четвертый и пятый масштабные резисторы и элемент выборки хранения, информационный вход которого подключен к выходу первого интегратора и через первый ключ к объединенным выводам первого токозадающего резистора и двухстороннего ограничителя демпфирующего элемента, вход записи считывания элемента выборки хранения соединен с соответствующим выходом блока синхронизации, а выход через второй ключ подключен к информационному входу второго интегратора, четвертый и пятый масштабные резисторы соединены одними выводами с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и с токовым выходом генератора, а другими выводами подключены соответственно к выходу дифференциального операционного усилителя и через третий ключ к шине нулевого потенциала, аналоговый вход умножающего цифроаналогового преобразователя подключен через четвертый и пятый ключи соответственно к выходу дифференциального операционного усилителя и к шине эталонного напряжения, управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого ключей и входы сброса первого и второго интеграторов соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---