Формирователь напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< >841094

АФ+

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 181078 (21) 2677395/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 23Я681 Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 2306.81 (51)М. Кл.

Н 03 К 5/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 374 (088.8) (72) Автор изобретения

Ю.Н.Родионов i

I

t 1

Особое конструкторское бюро технической кибернетимн- — — .

Ленинградского политехнического института им. М.И.Калинина (71) Заявитель (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ НАПРЯ)ХЕНИЯ

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для получения, периодических электрических колеба- ний заданной формы или заданного гармонического спектра с регулируемой частотой повторения и может быть использовано в измерительных, вычислительных и индикаторных устройствах, в устройствах автоматики, анализа и синтеза речевых и музыкальных сигналов.

Известны формирователи напряжения заданной формы или заданного гармонического спектра, в которых частота повторения выходного напряжения задается частотой повторения периодического управляющего сигнала, содержащие два гетеродинных задающих генератора (фиксированной частоты и переменной частоты) с умножителями частот, смесители частот соответствующих гармоник задающих генераторов, полосовые фильтры и регуляторы амплитуды гармоник 1).

Недостатком таких устройств, затрудняющих их практическую реализацию, является необходимость очень высокой стабильности частот обоих задающих генераторов для получения стабильной частоты повторения выходного сигнала, которая обуславливается тем, что частота выходного сигнала равна разности частот задающих генераторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, в котором производится стробоскопическое преобразование сигнала, вырабатываемого генератором напряжения заданной формы фиксированной частоты. Выходной сигнал формируется непосредственно из напряжения этого генератора путем многократной записи в первый аналоговый элемент памяти его мгновенных значений, равномерно сдвинутых по,фазе. Закон построения записывающих импульсов (поступакнцих на управляющий вход элемента памяти) определяется элементом сравнения, который сравнивает пилообразное напряжение (синхронное с напряжением заданной формы) со ступенчатым напряжением, формируемым из периодического управляющего сигнала при помощи счетчика импульсов и преобразователя код-напряжение. Выравнивание по длительности мгновенных значений напряжения, записанного в первом элементе памяти, производится путем перезаписи его

841094 во второй аналоговый элемент памяти по командам из блока синхронизации, содержащего четыре одновибратора и обеспечивающего временное согласование работы всех функциональных узлов формирователя напряжения (2) .

Недостатком известного формирователя являются нелинейные искажения выходного напряжения, объясняемые

p ем, что для нормального функционирования формирователя необходимо !

О обеспечить линейный закон изменения фазового сдвига записывающих импульсов при переходе ступенчатого напряжения с каждого уровня на последующий. При отсутствии взаимной стабилизации амйлитуд сравниваемых напряжений (пилообразного и ступенчатого), линейность в указанном выше смысле изменения фазового сдвига может нарушаться.

При амплитуде пилообразного напря- 20 жения, значительно большей амплитуды ступенчатого, скорость нарастания фазового сдвига моментов сравнения напряжений и, следовательно, записывающих импульсов падает до нуля во временной области экстремальных зна,"," чений ступенчатого напряжения и возрастает в остальную часть его периода.

Если соотношение амплитуд обратное, то появляются непредусмотренные пропуски записывающих импульсов в указанI ной временной области, а в остальную часть периода скорость нарастания фазового сдвига падает.

Кроме того, при отсутствии стаби35 лизации нулевого уровня элемента сравнения также может нарушаться линейность изменения фазового сдвига записывающих импульсов, так как смещение нуля элемента сравнения экви- 4О валентно взаимному смещению кривых пилообразного и ступенчатого напряжений по оси напряжений. Если, например, кривая пилообразного напряжения значительно смещена вверх, то ско- 4 рость нарастания фазового сдвига падает до нуля во временной области максимальных значений ступенчатого напряжения, и появляются непредусмотренные пропуски записывающих импульсов во временной области минимальных значений ступенчатого напряжения. Нелинейность изменения фазового сдвига записывающих импульсов в течение лерид а ступенчатого напряжения и непредусмотренные пропуски их привоцят к нарушениям и сбоям в работе первого элемента памяти, а это проявляется в виде нелинейных искажений выходного напряжения, причем при незначительном отличии амплитуд срав- 60 ниваемых напряжений и незначительном смещении нулевого уровня элемента сравнения нелинейные искажения соот ветственно уменьшаются, но полностью не устраняются. 65

Бель изобретения — уменьшение нелинейных искажений формирователя.

Указанная цель достигается тем,. что в формирователь напряжения, содержащий первый элемент памяти, вход которого соединен с выходом генератора напряжения заданной формы, а выход соединен со входом второго аналогового элемента памяти, выход которого соединен со входом фильтра ниж,них частот, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а выходы соеди нены с управляющими входами элементом памяти, и первый счетчик импульсов, введены второй счетчик импульсов, генератор импульсов и элемент запрета первого импульса, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через первый счетчик импульсов — со входом генератора напряжения заданной формы, управляющий вход соединен с выходом блока управления, а выход — через второй счетчик импульсов — со вторым входом блока синхронизации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного формирователя . на фиr. 2 — временные диаграммы сигналов в различных цепях функциональной схемы.

Предлагаемый формирователь содержит генератор .1 напряжения заданной формы, выход которого подключен ко входу первого аналогового элемента

2 памяти, выход которого подключен ко входу второго аналогового элемента 3 памяти, выход которого подключен ко входу фильтра 4 нижних частот, выход 5 которого является выхо- дом формирователя. Блок б управления подключен к первому входу блока 7 синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами элементов 2 и 3 памяти. Вход элемента 8 запрета первого импульса объединен со входом первого счетчика 9 и соединен с выходом генератора 10 импульсов.

Выход счетчика 9 соединен со входом генератора 1. Выход элемента 8 соединен со входом второго счетчика 11, выход которого подключен ко второму входу блока 7. Управляющий вход элемента 8 соединен с выходом блока б.

Формирователь работает следующим образом.

Генератор 10 вырабатывает последовательность импульсов напряжения (кривая 12, фиг.2) с постоянной высокой частотой повторения, которые поступают непосредственно на вход счетчика 9 и через элемент 8 на вход счетчика 11. Идентичные счетчики 9 и 11 пересчитывают эти импульсы, периодически переполняясь, в результате чего на выходе счетчика 9 формируется последовательность импульсов напряжения (кривая 13) с

841094 постоянной низкой частотой повторе ния, которая синхронизирует генератор 1.

Генератор 1 вырабатывает периодическое напряжение (кривая 14), имеющее заданную форму и период повторения, равный периоду повторения им5 пульсов (кривая 13) на выходе счетчика 9.

Блок 6 управления содержит генератор, который вырабатывает последовательность импульсов напряжения (кривая 15) с медленно изменяемой по заданному закону частотой повторения. Эти импульсы поступают на управляющий вход элемента 8. Он запрещает прохождение из генератора 10 15 в счетчик 11 одного (первого по сче- ту после положительного фронта импульса генератора блока 6) импульса (отмечены крестиком на кривой 12) .

В результате на выходе счетчика 11 Щ формируется последовательность импульсов напряжения (кривая 16), которые с течением времени равномерно сдвигаются (отстают) по фазе относительно импульсов на выходе счетчика 9 (кривая 13).

Из импульсов счетчика 11 блок 7 синхронизации формирует короткие записывающие импульсы напряжения (кривая 17), которые на время своего действия переключают элемент 2 памяти из режима хранения напряжения в режим записи напряжения. Во время за. писи элемент 2 запоминает и затем хранит до следующего записывающего импульса мгновенные значения напряже- З5 ния (кривая 14) на выходе генератора 1.

Таким. образом, в элементе 2 запоминается последовательный ряд (кри-, вая 18) мгновенных значений выходного 40 напряжения генератора 1, считанный на протяжении его периода через равные его части.

Однако выходное напряжение элемента 2 непригодно для формирования.вы- 45 ходкого напряжения устройства, так как длительности его ступенек вследствие несинхроннссти генератора блока 6 управления и генератора 10 не равны периоду повторения импульсов (кривая 15) генератора блока 6, и для их выравнивания напряжение (кривая

18) с выхода элемента 2 памяти переписывается в элемент 3 памяти при помощи коротких переписывающих импульсов напряжения (кривая 19), которые подаются на управляющий вход элемента 3. Они вырабатываются блоком 7 из импульсов генератора блока 6 и имеют их частоту повторения.

Таким образом, в элементе 3 после- 60 довательно друг за .другом на интервалы времени между импульсами генератора блока 6 запоминается ряд мгновенных значении (кривая 20) выходно,го напряжения генератора 1 (кривая б5

14), при этом фильтр 4 нижних частот пропускает на выход 5 все частоты, которые меньше частоты повторения импульсов генератора блока 6. На выходе 5 выделяется напряжение (кривая 21), период повторения которого точно равен К периодам повторения импульсов (кривая 15) генератора блока 6 управления (К вЂ” коэффициент пересчета счетчиков 9 и 11), а форма (при выполнении оговоренных ниже условий) точно соответствует форме напряжения (крнвая 14) заданной формы на выходе генератора 1.

Блок 7 синхронизации исключает воэможность существенных искажений выходного сигнала формирователя, обусловленных несинхронностью генератора 10 и генератора блока 6 управления. Из-за их несинхронности в отсутствие блока 7 некоторые записывающие импульсы могут полностью или частично совпадать во времени с переписывающими импульсами, что приводит к искажению сигналов в элементе 3 памяти. Блок 7 обеспечивает также запрет формирования записывающих импульсов в течение некоторых интервалов времени { кривая 22) с момента начала каждого импульса генератора блока 6, при этом длительность запрета должна быть не меньше суммы длительностей записывающего и переписывающего импульса, что исключает возможность даже частичного совпадения последних и сохраняет неизменным напряжение на выходе элемента 2 памяти при перезаписи его в элемент

3 памяти.

Кроме того, блок 7 обеспечивает задержку начала переписывающих им-— пульсов относительно начала импульсов генератора блока 6, при этом длительность задержки (кривая 23) должна быть не меньше длительности записывающих импульсов, что исключает возможность совпадения записывающего и перезаписывающего импульсов, даже если их формирование началось непосредственно перед началом запрета.

В этом случае записывающий импульс успевает закончиться до начала переписывающего.

Для обеспечения, по крайней мере, одного записывающего импульса в течение каждого периода повторения генератора блока 6 необходимо, чтобы он был больше сумьж длительности периода повторения импульсов счетчика 9 и длительности запрета (кривая 22).

Таким образом, на выходе формирователя напряжения формируется перио, — . дическое напряжение, частота повторения которого соответствует значению частоты повторения импульсов генератора блока 6 управления, а форма соответствует форме, заданной напряжению генератора 1.

841094

Точное соответствие формы напряжений (кривые 21 и 14) на выходе 5 формирователя и выходе генератора 1 наблюдаются в случае, если, во-пер вых, ограничен спектр напряжения заданной формы на выходе генератора

1, во-вторых, количество уровней ступенчатого напряжения (кривая 20), на выходе элемента 3 памяти (оно равно коэффициенту пересчета счетчиков) доджно быть не менее 2п, где

n — номер высшей гармоники напряжения генератора 1.

Указанные условия практически выполнимы»

По сравнению с известными формирователями напряжения в предлагаемом >5 формирователе выходное напряжение ,в принципе точно, без нелинейных искажений, воспроизводит заданную форму и заданный гармонический спектр при увеличении частоты выходного напряже- Щ ния и числа содержащихся в нем гармоник. При Этом требования к стабильности и точности частоты генератора блока управления не превышают аналогичные требования к выходному напряжению.

Кроме того, сложность устройства существенно снижена, так как функ;ии многоэлементных запоминающих устройств выполняют всего два элемента памяти, а стабилизаторы напряжения не используются.

Таким образом, в предлагаемом формирователе напряжения улучшена одна из важнейших метрологических характеристик — его погрешность, а так- 5 же уменьшены его сложность, габариты и масса.

Формула изобретения

Формирователь напряжения, содержащий первый элемент памяти, вход которого соединен с выходом генератора напряжения заданной формы, а выход соединен со входом второго аналогового элемента памяти, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а выходы соединены с управляющими входами элементов памяти, и первый счетчик импульсов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, в него введены второй счетчик импульсов, генератор импульсов и элемент запрета первого импульса, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через первый счетчик импульсов — co входом генератора напряжения заданной формы, управляющий вход соединен с выходом блока управления, выход — через второй счетчик импульсов — со вторым входом блока синхронизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9130980, кл. Н 03 К 5/00, 1952.

2. Волошин В.И. и др. Электромузыкальные инструменты. М., "Энергия", 1971, с. 64.

841094

72.73

23

Редактор С.Родикова

Заказ 4800/82 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

19

Составитель Л. Колосков

Техред С. Мигунов а . Корректор M.дем iи к

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4