Генератор сигналов сложной формы

 

Генератор сигналов сложной формы содержит источник опорных напряжений, мультиплексоры, счетчик, дешифратор, интегратор, амплитудные компараторы, элемент совпадения, одновибратор, элемент ИЛИ, сумматор, блок выделения разности, аналоговые ключи, оконечный усилитель, повторители, блок времязадающих переменных сопротивлений. 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике.

Известно устройство для формирования импульсов сложной формы, включающее источник входного сигнала, коммутатор, преобразователи временного масштаба, делители напряжения, линию задержки и сумматор.

Недостатком известного устройства является относительная жесткость в формировании сложного сигнала, что сужает диапазон его применения.

Известен генератор сигналов сложной формы, содержащий блок формирования длительности сигнала, блок формирования фронтов сигнала, формирователь формы сигнала, амплитудный компаратор, конденсатор, разрядную цепь, делитель, ключ и перестраиваемый элемент задержки.

Известный генератор также обладает недостатком предыдущего аналога, т. е. имеется недостаточная универсальность и гибкость в построении сложного сигнала, однако по функциональным признакам он несколько ближе к заявленному устройству.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора путем обеспечения оперативного изменения формы сложного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что генератор сигналов сложной формы, содержащий амплитудный компаратор и аналоговый ключ, снабжен формирователем опорных напряжений, мультиплексорами, счетчиком, дешифратором, интегратором, амплитудным компаратором, элементом совпадения, одновибраторами, схемами запуска, ИЛИ и выделения разности, оконечным усилителем, повторителями, сумматором и времязадающими сопротивлениями, при этом выходы формирователя опорных напряжений соединены с информационными входами двух мультиплексоров, адресные входы которых соединены с выходами счетчика, адресными входами третьего мультиплексора и дешифратора, а выход последнего подключен к входу сброса в ноль счетчика, при этом счетный вход счетчика соединен с тактовым входом схемы запуска, выходом одновибратора и входом схемы ИЛИ, выходы первого и второго мультиплексоров соединены соответственно с входами повторителей, выход одного повторителя соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого подключен к первому аналоговому ключу, выход сумматора соединен с входом оконечного усилителя и с одним из входов выделителя разности, второй вход которого соединен с выходом другого повторителя, выход схемы выделения разности соединен с одним из входов каждого из амплитудных компараторов, при этом вторые их входы соединены соответственно с источниками опорных напряжений, выход одного из амплитудных компараторов соединен с одним из входов второго ключа, второй вход последнего подключен к другому одновибратору, а объединенный выход второго ключа соединен с входом времязадающих сопротивлений, выход которых соединен с информационными входами третьего мультиплексора, выход которого подключен к объединенным входам третьего ключа, один из выходов последнего соединен с одним из входов другого одновибратора, второй выход ключа соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу первого ключа, выход другого компаратора соединен с вторым входом схемы совпадения, выход которой соединен с одним из входов одновибратора и информационным входом схемы запуска, выход которой соединен с входом третьего одновибратора, а выход последнего соединен с другим входом схемы ИЛИ, с вторым входом первого одновибратора и с входами управления второго и третьего ключей, выход схемы ИЛИ соединен с входом управления первого ключа и входом сброса в ноль генератора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - циклограммы сложных сигналов.

Генератор состоит из формирователя 1 опорных напряжений, мультиплексоров 2-4, счетчика 5, дешифратора 6, интегратора 7 с элементом сброса в амплитудных компараторах 8.1 и 8.2, элемента 9 совпадения, одновибратора 10, элемента 11 запуска, одновибратора 12, элемента ИЛИ 13, сумматора 14, блока 15 выделения разности, аналоговых ключей 16-18, оконечного усилителя 19, повторителей 20 и 21, блока 22 времязадающих переменных сопротивлений. Выходы формирователя 1 соединены с информационными входами мультиплексоров 2 и 3, адресные входы которых соединены с выходами счетчика 5, адресными входами мультиплексора 4, дешифратора 6, выход дешифратора 6 подключен к входу сброса в ноль счетчика 5, а счетный вход счетчика 5 соединен с тактовым входом элемента 11 запуска, выходом одновибратора 10 и входом элемента ИЛИ 13, выход мультиплексора 2 соединен с входом повторителя 20, выход которого соединен с одним из входов сумматора 14, второй вход сумматора 14 подключен к ключу 16, выход сумматора 14 соединен с входом оконечного усилителя 19 и с одним из входов блока 15 выделителя разности, второй вход которого соединен с выходом повторителя 21, вход повторителя 21 соединен с выходом мультиплексора 3, выход выделителя разности 5 соединен с одним из входов компараторов 8.1 и 8.2, вторые входы компараторов 8.1 и 8.2 соединены с источниками опорного напряжения, выход компаратора 8.1 соединен с одним из входов ключа 17, второй вход ключа 17 подключен к одновибратору 12, а объединенный выход ключа 17 соединен с входом блока 22 времязадающих сопротивлений, выход которого соединен с информационными входами мультиплексора 4, выход которого подключен к объединенным входам ключа 18, один из выходов которого соединен с одним из входов одновибратора 12, второй выход ключа 18 соединен с входом интегратора 7, выход которого подключен к входу ключа 16, выход компаратора 8.2 соединен с вторым входом элемента 9 совпадения, выход которой соединен с одним из входов одновибратора 10 и информационным входом схемы 11 запуска, выход схемы 11 запуска соединен с входом одновибратора 12, а выход последнего соединен с другим входом элемента ИЛИ 13, с вторым входом одновибратора 10 и с входами управления ключей 17 и 18, выход элемента ИЛИ соединен с входом управления ключа 16 и с входом сброса в ноль интегратора 7.

Принцип действия генератора основан на поочередном формировании ступеней, форма которых зависит от соотношения опорных напряжений и от установки величин времязадающих переменных сопротивлений.

Генератор работает следующим образом.

Формируемый сложный сигнал состоит из ступеней I-VIII, уровень, время и скорость изменения которых можно менять с помощью переменных резисторов, входящих в состав формирователя 1 и времязадающих сопротивлений 22. Формируемые опорные напряжения U_n, где n = 1,8, с формирователя 1 подаются соответственно на информационные входы D_nмультиплексора 2, а на информационные входы D_n мультиплексора 3 подаются опорные напряжения U_n+1. Адреса открытых каналов мультиплексоров 2 и 3 в любой момент времени совпадают и определяются состоянием счетчика 5, поэтому напряжение на выходе мультиплексора 2 будет U_n, а на выходе мультиплексора 3 U_n+1.

Напряжение U_n с выхода мультиплексора 2 подается через повторитель 19 на один из входов сумматора 14, а на второй вход сумматора через аналоговый ключ 16 может подаваться линейно изменяющееся напряжение с интегратора 7. Суммированный сигнал с выхода сумматора 14 подается на вход оконечного усилителя, один из входов выделителя 15 разности, на второй вход которого подается напряжение U_n+1 с выхода мультиплексора 3 через повторитель 21.

С выхода выделителя 15 разности аналоговый сигнал ΔU= U_n+ U_инт-U_n+1, где U_инт - сигнал, формируемый интегратором 7, поступает на одни из входов амплитудных компараторов 8.1 и 8.2. На другие входы компараторов 8.1 и 8.2 в качестве опорных подаются напряжения соответственно +U_оп и -U_оп, величина которых выбирается близкой к нулю. На выходе компаратора 8.1 будет уровень, либо плюс 15 В, если Δ U> U_оп, либо минус 15 В, если ΔU< U_оп, который через один из входов аналогового ключа 17 подается на времязадающие переменные сопротивления 22, одно из которых через открытый канал мультиплексора 4 и далее через один из входов аналогового ключа 18 подключается к входу интегратора 7, определяя величину и знак тока последнего, а значит скорость и знак изменения его выходного напряжения.

Линейное изменение выходного напряжения интегратора 7 происходит таким образом, что величина напряжения на выходе выделителя 15 разности уменьшается до тех пор, пока она не находится внутри интервала напряжений ±U_оп, подаваемых на амплитудные компараторы 8.1 и 8.2.

Таким образом, имитирована динамическая ступень. В момент времени, когда -U_оп< Δ U< + U_оп, на выходе компаратора 8.1 появляется уровень +15 В, который подается на один из входов элемента 9 совпадения, на выходе компаратора 8.2, элемента, и на выходе схемы совпадения появляется уровень логической "1".

Положительный фронт с выхода элемента 9 запускает первый одновибратор 10, который вырабатывает импульсы положительной полярности. Одновибратор 10 передним фронтом переключает счетчик 5 по счетному С-входу в следующее состояние, в результате чего открываются следующие каналы мультиплексоров 2-4, содержание которых определяет следующую ступень.

Вырабатываемый импульс одновибратора 10 через схему 13 совпадения сбрасывает интегратор 7 в нулевое состояние и отключает его аналоговым ключом 16 от входа сумматора 14. Так как счетчик уже переключился, то выходное напряжение с мультиплексора 2 через повторитель 20 и сумматор 14 подается на оконечный усилитель 19.

Следовательно, при переходе с одной ступени на другую не будет скочка выходного напряжения оконечного усилителя 19, так как последующее выходное напряжение с мультиплексора 2 равно предыдущему выходному напряжению мультиплексора 3. Длительность импульса одновибратора 10 определяет время паузы между ступенями.

По окончании импульса одновибратора 10 начинается формирование следующей ступени. Если разность выходного напряжения мультиплексоров 2 и 3, подаваемых на выделитель разности, отличаются друг от друга на величину, большую |U_оп|, т.е. ΔU>|U_оп|, то происходит формирование динамической ступени аналогично описанному выше.

Если ΔU<|U|, то формируется статическая ступень.

Статическая ступень формируется следующим образом.

Так как ΔU<|U|, то на выходах амплитудных компараторов 8.1 и 8.2 уровни +15 В, что соответствует уровню логической "1" и на выходе элемента 9 будет уровень логической "1", который подается на информационный D-вход схемы 11 запуска. По заднему фронту импульса одновибратора 10 срабатывает схема 11 запуска, которая запускает одновибратор 12. На выходе одновибратора 12 вырабатывается импульс положительной полярности, который через элемент ИЛИ 13 держит в сброшенном в ноль и отключенном ключом 16 от входа сумматора 14 интегратор 7. Одновременно выходной импульс одновибратора 12 синхронно переключает аналоговые ключи 17 и 18 и тем самым подключает к себе мультиплексор 4 с времязадающими резисторами 22.

Величина сопротивления, соответствующая открытому каналу мультипликатора 4, определяет длительность импульса одновибратора 12. Во время работы одновибратора 12 на вход оконечного усилителя поступают через повторитель 20 и сумматор 14 напряжения с мультиплексора 2. По заднему фронту выходного импульса одновибратора 12 запускается одновибратор 10, переключает счетчик в следующее состояние и начинается формирование следующей ступени. После формирования последней ступени дешифратор 6 переключает счетчик 5 по R-входу сброса в нулевое состояние и цикл формирования сигнала повторится.

Таким образом, за счет обеспечения построения отдельных участков (ступеней) с различными уровнями и скоростями нарастания напряжения происходит формирование сложных сигналов, влияющих на расширение функциональных возможностей генератора.

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ, содержащий первый амплитудный компаратор и первый аналоговый ключ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем оперативного изменения формы сложного сигнала, в него введены формирователь опорных напряжений, три мультиплексора, счетчик, дешифратор, интегратор, второй амплитудный компаратор, элемент совпадения, два одновибратора, элемент запуска, элемент ИЛИ, блок выделения разности, оконечный усилитель, сумматор, два повторителя, блок времязадающих сопротивлений, второй и третий аналоговые ключи, при этом выходы формирователя опорных напряжений соединены с информационными входами первого и второго мультиплексоров, адресные входы которых соединены с выходами счетчика, адресными входами третьего мультиплексора и входами дешифратора, выход которого соединен с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с тактовым входом элемента запуска, с выходом первого одновибратора и с первым входом элемента ИЛИ, причем выходы первого и второго мультиплексора соединены с входами соответственно первого и второго повторителей, выход первого из которых соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого аналогового ключа, выход - через оконечный усилитель с выходной шиной и с первым входом блока выделителя разности, второй вход которого соединен с выходом второго повторителя, выход - с первыми входами первого и второго амплитудных компараторов, при этом вторые их входы соединены соответственно с источниками опорных напряжений, выход первого амплитудного компаратора соединен с первым входом второго аналогового ключа, второй вход которого соединен с первым входом второго одновибратора, а объединенный выход второго аналогового ключа соединен с входом блока времязадающих сопротивлений, выход которого соединен с информационным входом третьего мультиплексора, выход которого соединен с объединенными входами третьего аналогового ключа, первый выход которого соединен с вторым входом второго одновибратора, второй выход - с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом первого аналогового ключа, второй вход которого соединен с входом сброса интегратора и с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом первого одновибратора, с входом третьего аналогового ключа, с третьим входом второго аналогового ключа и выходом второго одновибратора, третий вход которого соединен с выходом элемента запуска, информационный вход которого соединен с вторым входом первого одновибратора - и с выходом элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом второго амплитудного компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2