Управляемый генератор ступенчатого напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1и953705 (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 11. 08.80 (21) 2971248/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

Н 03 К 4/02

3Ъеударстеенный камнтет

СССР ню денем нзебретеннй н отерытнй

Опубликовано 23.08.82, Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 25. 08 .82 (53) УДК 621.

° 373(088.8) (72) Автор изобретения

А.А. Гибадуллин

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики металлов Уральского научного центра АН СССР (71) Заявитель (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СТУПЕНЧАТОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к импульсной технике.и может быть использовано, например, в качестве формирователя ступенчатого напряжения в целях развертки аналоговых величин, Известен генератор ступенчатого напряжения, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик, триггер, коммутатор и цифро-аналоговый преобразователь.

Переключение с восходящей ветви напряжения на нисходящую осуществляется тем, что коммутатор, управляемый триггером, подключает входы цифро-аналогового преобразователя либо к прямым выходам счетчика, либо к инверсным 1).

Недостатками указанного генератора являются отсутствие регулировок высотой ступенек на обоих ветвях напряжения, невозможность задать, кроме линейного, другого закона изменения выходного напряжения, а также ограниченность функционального ис2 пользования содержащихся в нем блоков.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода, первый и второй источники напряжения, первые разнополярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напряжения (2).

Недостаток устройства - ограниченность диапазона управления законом изменения выходного напряжения.

Целью изобретения является расширение диапазона управления законом изменения выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования, первый и

953705 второй источники напряжения, первые разнополярные выходы которых обьединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напряжения, введен аттенюатор, вход которого подключен к выходу блока двойного преобразования, выход - к входу

Ю переключателя напряжения, первые разнополярные выходы первого и второго !0 источников напряжения подключены к входу блока двойного преобразования.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит блок 1 двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода; первый и второй источники 2 и 3 напряжения, переключатель 4 напряжения, аттенюатор 5. Блок 1 двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода содержит, например, входной элемент 6, источник 7 опорного напряжения, переключател 8 рода измерения, усилитель 9 постоянного тока, сигнальный и нулевой компараторы 10 и 11, логический элемент 12, счетный блок 13, блок 14 зо памяти кода, элемент 15 стробоскопической индикации, хронизатор 16, блок l7 автоматики, генератор 18 пилообразного напряжения, генератор 19 счетных импульсов, формирователь 20 импульсов памяти и сброса, элемент

21 определения полярности и перегрузки, цифро-аналоговый преобразователь 22.

Устройство работает следующим об- gp разом.

Рассмотрим вначале работу блока 1 двойного преобразования аналог-коданалог.

Входное напряжение, поступающее на вход входного элемента 6, приводится в нем к номинальному пределу и в нормализованном виде подводится к переключателю 8 рода измерения, к которому также подведено напряжение калибровки с источника 7 опорного напряжения. Напряжение, снимаемое с выходного контакта переключа- зля 8 рода измерения, усиливается усилителем 9 постоянного тока и с выхода его поступает на один из входов сигнального компаратора 10. В нулевом же компараторе 11 на одном из входов поддерживается напряжение нулевого уровня. На другие входы компараторов

10 и 11 с выхода генератора 18 подводится напряжение пилообразной формы с частотой 500 Гц. Генератор 18 пилообразного напряжения управляется импульсами разряда, поступающими из блока 17 автоматики с частотой 50 Гц и скважностью 10 синхронно с частотой сети.

Логический элемент 12, представляющий собой схему совпадения, пропускает на счетный блок 13 тактовые импульсы с выхода генератора 19 счетных импульсов лишь тогда, когда на всех трех входах логического элемента 12 одновременно появится нулевой уровень. На двух входах, связанных с выходами компараторов 10 и 11, одновременное наличие нулевых уровней возникает в момент достижения пилообразного напряжения на входе нулевого компаратора i нулевого потенциала и продолжается до момента достижения пилообразного напряжения уровня сигнала. Таким образом, длительность одновременного наличия нулевых уровней на выходах компараторов 10 и 11 является линейной функцией от уровня измеряемого напряжения. На третьем же входе логического элемента 12, соединенном с выходом блока 17 автоматики, импульс нулевого уровня появляется лишь после прихода из хронизатора 16 в блок 17 автоматики импульса цикла измерения, которые при автоматическом режиме работы хронизатора 16 следуют с периодом Т (0,1-5) с. При этом блок 17 автоматики на своем выходе, связанном с входом логического элемента 12, формирует лишь один импульс нулевого уровня длительностью 2 мс, действующий в течение прямого и обратного хода пилообразного напряжения. Таким образом, после действия на входе блока 17 автоматики импульса цикла измерения, логический элемент 12 пропустит из генератора 19 в счетный блок 13 одиночный пакет счетных импульсов, число в котором линейно зависит от измеряемого напряжения.

На выходе счетного блока !3 появится код поступившего числа импульсов. Этот код поступает на вход блока 14 памяти кода. По окончании счета блок 17 автоматики запускает формирователь 20 импульсов памяти и сброса, который вначале выдает в блок

14 памяти кода импульс памяти, а за953705 6 тем в счетный блок 13 - импульс сброса. Таким образом, вначале в блок 14 памяти записывается информация о состоянии счетного блока 13, который затем импульсом сброса устанавливается в исходное состояние.

Блок 14 памяти хранит информацию не только между циклами отсчета, но и во время счета, поскольку импульс памяти поступает в блок 14 памяти во 1о время обратного хода пилообразного напряжения, когда уже счет закончился.

Выходной код блока 14 памяти кода поступает в элемент 15 стробоско- 15 пической индикации, управляемый блоком 17 автоматики и элементом 21 определения полярности и перегрузки, который следит за состоянием счетного блока 13. Выходы блока 14 памяти щ кода подведены также на входы цифроаналогового преобразователя 22, на выходе которого появляется напряжение, величина которого пропорциональна напряжению на входе входного 25 элемента 6 и совпадающее с ним по полярности. Аттенюатор 5 приводит напряжение, снимаемое с выхода цифроаналогового преобразователя 22, к необходимому уровню. Блок 1 двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода формирует выходное напряжение 0 „ „ которое отличается от измеренного U на множитель К, равный коэффициенту преобра- 35 зования всего блока: 0Вь,х — — К . 0вх.

Формирование ступенчатого напряжения с различными законами изменения происходит при образовании положительной обратной связи между выходом 40 и входом преобразователя. Включение в цепь обратной связи разнополярных источников напряжения позволяет изменять высоту ступенек, а регулировка коэффициента преобразования К обеспечивает тот или иной закон изменения ступенчатого напряжения.

Рассмотрим процесс формирования ступенчатого напряжения при коэффициенте преобразования К = 1.

Пусть выход аттенюатора 5 соединен через переключатель 4 напряжения с отрицательным- полюсом источника

2 напряжения (фиг. 1), с выходов которого снимается напряжение Е . Пред55 положим также, что к первому рассматриваемому моменту времени (фиг. 2а,б) в блоке 14 памяти кода (фиг. 1) записан код нуля. В этот момент на выходе аттенюатора 5 будет 0 „,„ = О (фиг. 26), а на входе преобразователя аналог-код-аналог будет действовать напряжение U ах (фиг. 2а) .

В интервале t -t< происходит первый рассматриваемый цикл преобразования аналог-код, в течение которого блок 14 памяти кода хранит ранее записанный код нуля. Поэтому входное и выходное напряжения всего устройства остаются в интервале (фиг. 2а.б) неизменными и равными

0Вь,х — — О, U px — — Е . В момент времени

t2 (фиг. 2а,б), являющийся концом первого рассматриваемого цикла преобразования, в блоке 14 памяти кода произойдет перезапись информации и запишется код напряжения Е, которое после преобразования цифро-аналоговым преобразователем 22 выделится на его выходе в аналоговом виде. Поскольку цифро-аналоговый преобразователь 22 осуществляет преобразование практически мгновенно, то интервал t t (фиг. 2а,б) является циклом двойного преобразования аналогкод-аналог. Так как с помощью аттенюатора 5 коэффициент преобразования К установлен равным единице, то на его выходе появится напряжение 0Вь,„= 1 (фиг. 26). Это приведет к тому, что напряжение 0вх изменится и станет равным U <х — — 2Е (фиг. 2а).

Интервал и - (фиг. 2а,б) является регулируемым временем покоя, которое совместно с последующим временем

-t4 (фиг. 2а,б) преобразования аналог-код образует время индикации и определяет длительность горизонтальной площадки ступенчатого напряжения. В течение всего времени индикации t -t (фиг. 2а,б) блок памяти кода храйит записанную информацию, поэтому напряжения остаются равными:

0Вых = E, 08x = 2E (4 v

По окончании второго цикла преобразования t (фиг. 2а,б) на выходе аттенюатора 5 появится напряжение

0вь,х — — 2Е (фиг. 26), ранее действующее на входе блока двойного преобразования. На входе при этом окажется напряжение на величину Е больше> чем 0вь1 т ° e° . U вх = 3E (фиг. 26) .

Из изложенного ясно, что после каждого цикла преобразования величины

0 ь,х и USx 6óäóò возрастать на величину Е. В этом случае напряжение ап-, проксимируется линейной функцией.

8 и U в этом случае будут уменьшаться на величину Е2, т.е. при этом будут формироваться нисходящая ветвь ступенчатого напряжения с линейной аппроксимацией, Независимая регулировка напряжений Е„ и Е, снимаемых с источников 2 и 3, позволяет изменять высоту ступенек на восходящей и нисходящей ветвях напряжения независимо друг от друга, причем высоту ступенек можно устанавливать равными 1,2,...,й, высоту единичной ступеньки.

Рассмотрим процесс формирования напряжения при К Ф 1.

Предположим, что выходное напряжение зафиксировано на уровне U b»

= U0 (t фиг. 2в), а переключатель ч напряжения находится в левом положении (фиг. 1). Установим Е„= О и

К = 1, При этом О х = U <»„— О р Пос ле запуска преобразователя напряжение с его выхода передается на вход !

Если по достижении на выходе заданного напряжения Ов (фиг. 2а,б) установить Е = О, то будет иметь место равенство Ugх = Ugых = Оо . рое в продолжении следующих циклов преобразования будет оставаться неизменным. Генератор B этом случае генерирует постоянный уровень. Кроме того, фиксирование выходного напряжения на заданном уровне можно произвести путем отключения автоматического запуска аналого-цифрового преобразователя. Наличие кнопки ручного одиночного запуска позволяет изменять выходное напряжение на одну ступеньку, !5

Если в момент t, находящийся в пределах какого-либо интервала покоя (фиг. 2а.б) переключателем 4 напряжени я (фи г. 1 ) подключить к выходу аттенюатора положительный полюс источника 3 с напряжением Е, то напряжение на выходе аттенюатора 5 останется прежним, т. е. равным 0 р (фи г. 26), а на входе блока двойного перобразования напряжения станет рав- 25 ным Uex — — 0 o —— Е > (фиг. 2а) . Эти напряжения останутся неизменными до конца последующего цикла преобразования аналог-код-аналог, происходящего в интервале и -t> (фиг. Za,б) . В момент t окончания этого цикла произойдет изменение этих напряжений„ которые станут равными 0>»„

Оо- Е (фиг. 2б), Овх= 00 (фиг. 2а) . Ясно, что после каждого цикла преобразования напряжения U ц, аттенюатора уменьшенным. При этом формируется нисходящая ветвь по показательному закону О,„= 0 К, где n — номер цикла преобразования.

Если в момент t < (фиг. 2в) установ.лен К > 1, то выходное напряжение с каждым циклом преобразования возрастает в К раз, т.е. формируется восходящая ветвь по показательному закону

О, -К . На фиг. 2 в приведены эпюры с гупенчатого напряжения с показательным законом изменения для К = 1/2 (нисходящая ветвь) и К = 2 (восходящая ветвь) . формирование ступенчатого напряжения по закону геометрической прогрессии при К Ф 1 происходит в том случае, если напряжение 0

Пусть в течение первого рассматриваемого цикла преобразования аналогкод-аналог (t<<-t«, фиг. 2г,д,е,ж)

00,ь „-— 0 (фиг. 2д,ж) . При этом Uqx ——

E,„(фиг. 2г,e) . По окончании первого цикла измерения (t <<, фиг. 2г,д, е,ж) на выходе появляется напряжение U s»x = КЕ1 (фиг. 2д,ж), а на входе - напряжение Овх = Ugb> +

+ E„= КЕ1+ Е = Е {1 + К) (фиг.2г,е).

После второго цикла преобразования напряжения станут следующими: u8b1x—

Е„К(1 + К) = КЕ + К Е (фиг.2д,ж), U+„= Е + КЕ„+ К Е (фиг. Zr,е).

Из дальнейшего рассмотрения легко видеть, что оба напряжения изменяются по закону геометрической прогрессии, причем Ugx — Е„(1 + К + К +

+ + К ) ю 0 gbtx Е1 К(! + К +> ° ° ° +

+ к" "

+ K ), где n = 1,29... -. номер цикла преобразования.

При К ) 1 напряжение определяется суммой расходящегося ряда геометрической прогрессии (фиг. 2г,д; К = 2)

> при К (1 - суммой сходящегося ряда (фиг. 2е,ж; К = 1/2) .

Предла гаемое устрой ство поз воляет сформировать ступенчатое напряжение, величина которого может быть представлена как разность двух величин, одна из которых изменяется по закону показательной функции, а другая суммой ряда геометрической прогрессии. Для этого при К Ф 1 и при наличии Ueb,„ — = 00 необходимо пронести переключатель напряжения в правое положение.

Формула изобретения

953705

ЛвалюгМЫ йиФ

Ер

Управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования, первый и второй источники напряжения, первые разнополярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напря- 1о жения,,о т л и чающий с я тем, что, с целью расширения диапазона управления законом изменения выходного напряжения, в него введен аттенюа10 тор, вход Которого подключен к выходу блока двойного преобразования, выход - к входу переключателя напряжения, пер вые ра знополя р ные выходы первого и второго источников напряжения подключены к входу блока двойного преобразования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

687571, кл. H 03 К 4/02, 20.01.77.

2. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., "Энергия", 1976, рис. 4-34.

953705 кЕ) bet)1

) tp tg C)) Составитель А. Горбачев

Редактор P. Цицика Техред Ж. Кастелевич Корректор ". КоРол

Заказ 6292/S0

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

ЕЕ)

f) вайа

Тираж 959 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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