Функциональный генератор

СООЗ СОВЕТСКИХсОциАлистическиРЕСПУБЛИК 4 0 я)5 Н РЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТБЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТГНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в качестве задающего генератора в системах управления мощных тиристорных и реобразователей. Цел ь изобретения - расширение рабочего диапазона в область низ. ких частот при одновременном расширении конструкции. Для достижения цели в генератор, содержащий управляемый генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 импульсов, счетчик 3 импульсов, запоминаю Ы 1621150 щие блоки 5, 6, диодно-резестивную матрицу 7, цифроаналоговый преобразователь 8, фильтр 9 низкой частоты, генератор 10 пилообразного напряжения, компаратор 11, Я 5- триггер 12, резисторы 13, 14, конденсаторы 15, 16, кнопку 17 и выключатель 18, введены сумматор 4 и новые связи, Выходной сигнал формируется путем кусочно-линейной аппроксимации, Значения напряжений в узловых точках закодированы в запоминающем блоке 5, а длительности участков между узлами - в запоминающем блоке 6. В пределах каждого участка аппроксимации код адреса на выходах сумматора 4 колеблется между двумя значениями, так как на него поступают импульсы с компаратора 11. При этом в начале участка формируется код, соответствующий начальному узлу участка, а в конце участка - конеч. ному узлу, Изменение скважности импульсов на выходе компаратора 11 обеспечивается подачей на его входы двух пилообразных напряжений с существенно разными частотами.2 ил,Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в качестве задающего генератора в системах управления мощных тиристорных преобразователей для генерирования периодических и одиночных импульсов тока различной формы и длительности в диапазоне от ультразвуковых до инфранизких частот,Целью изобретения является расширение рабочего диапазона в область низших частот при одновременном упрощении конструкции,На фиг,1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Функциональный генератор содержит управляемый генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 импульсов., счетчик 3 импульсов, сумматор 4, первый и второй запоминающие блоки 5, 6, диодно-резистивную матрицу 7, ЦАП 8, фильтр 9 низкой частоты, генератор 10 пилообразного напряжения, компаратор 11, ВЗ-триггер 12, первый и второй резисторы 13, 14 первый и второй конденсаторы 15, 16, кнопку 17 управления, выключатель 18,Выход управляемого генератора 1 соединен через формирователь 2 с входом с:етчика 3, Выходы счетчика 3 соединены поразрядно с адресными входами второго запоминакщего блока 6 и входами первого слагаемого сумматора 4, Вход младшего разряда второго слагаемого сумматора 4 соединен с выходом компаратора 11, а входы остальных разрядов - . с общей шиной, Выходы сумматора 4 соединены поразрядно с адресными входами первоо запоминающего блока 5, а его выходы - с входами ЦАП 8, выход которого через фильтр 9 связан с выходной шиной устройства. Выходы запоминающего блока 6 соединены с входами диодно-резистивной матрицы 7, а ее выход - с управляющим входом управляемого генератора 1, Второй выход управляемого генератора 1 соединен с неинвертирующим входом компаратора 11, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора 10, Входы . В 5-триггера 12 соединены через резисторы 13 и 14 с плюсом источника питания, Вход 5 тригера 12 соединен через конденсатор 15 с старшим разрядом счетчика 3, э вход В через конденсатор 16 и контакты кнопки 17- с общей шиной.Управляемый генератор 1 представляет собой релаксационный генератор, в котором заряд конденсатора осуществляется от источника стабилизированного тока, Вход управления источника стабилизированного тока является входом управляемого генера ратора 1,Запоминающие блоки 5 и 6 представляют собой программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ),Рассмотрим работу устройства на примере кусочной аппроксимации из семи отрезков одиночного импульса, передний и задний фронты которого представляют собой экспоненты с различными постоянными времени, После подачи напряжения питания на выходе триггера 12 устанавливается напряжение, соответствующее "1" (фиг,2 э), Счетчик 3 сбрасывается, на адресных входах второго запоминающего блока 6 устанавливается нулевой адрес, а на входах первого слагаемого сумматора 4 - число ноль. Запоминающий блок 5 программируется на запоминание кодов напряжений для ЦАП 8, соответствующих начальной и конечной точкам аппроксимирующих отрезков, а в запоминающем блоке 6 записываются временные интервалы или продолжительность во времени каждого из аппроксимируемых отрезков. При адресах на входе запоминающего блока 5 "ОООО" и "0001 на его выходе запрограммирован нулевой код, Тогда и напрякение на выходе ЦАП 8 такке равно нулю. При нулевом адресе на входе запоминающего блока 6 на его выходе запрограммировано получение слова "00,010", Т.е, ток на вход управляемого геератора 1 поступает из первого разряда запоминающего блока 6 через резистор и диод первого разряда диодно-резистивной матрицы 7. Резисторы диодно-резистивной матрицы 7 подобраны таким образом, что резистор с минимальным сопротивлением (нулевой на фиг,1) обеспечивает минимальную длительность такта управляемого генератора 1, равную Л, следующий (первый) 2 Л т, затем - 3 Лт и т,д. Если в диоднорезистивной матрице 7 используется 10 резисторов, то с помощью запоминающего блока 6 можно задавать 10 значений длительности такта с шагом 1 Л.После включения питания управляемый генератор 1 генерирует тактовые импульсы длительностью 2 Ьт (фиг, 2 е). В результате сравнения в компараторе 11 пилообразного напряжения на интегрирующем конденсаторе, входящем в состав генератора 1, и пилообразного напрякения повышенной частоты на выходе генератора 10 (фиг, 2 е) на выходе компаратора 11 появляются короткие импульсы прямоугольной формы, На 20 25 30 35 40 45 50 55 тора 1. Выход порогового элемента релаксационного генерагора является первым выходом управляемого генератора 1, а его вход - вторым выходом управляемого гене 1 б 21150510 15 фиг,2 частота генератора 10 показана существенно ниже реальной, чтобы можно было выполнить чертеж. Эти импульсы проходят через сумматор 4 в виде второго слагаемого и появляются на входе запоминающего блока 5 в виде адреса "0001", к которому также соответствует нулевой код на его выходе. Следовательно, выходное напряжение устройства также равно нулю, В таком режиме устройство находится до нажатия кнопки 17, когда триггер 12 переключается, и сигнал "ноль" на его выходе разрешает счетчику 3 переключаться по сигналам формирователя 2.При первом переключении счетчика 3 на его выходе появляется адрес "0001" (фиг, 2 б), по которому из запоминающего блока б выбирается слово "0001000000", т.е, в его шестом разряде появляется "1", Конденсатор в генераторе 1 зарякается через резистор шестого разряда диодно-резистивной матрицы 7, что определяет длительность первого такта как 7 Л 1. В результате сравнения пилообразных напряжений на выходе компаратора 11 появляется последовательность импульсов прямоугольной формы повышенной частоты с линейно возрастающей от 0 до 1 скважностью (фиг. 2 к), Каждый из этих импульсов, складываясь в сумматоре 4 с первым слагаемым "0001", определяет чередование на входе запоминаюцего блока 5 адресов "00,01", "00010". Причем скважность появления адреса "0001"убывает от 1 до О, а адреса "00,010" - возрастает от 0 до 1 (фиг.2 з,и). Адресу "00010" на входе блока 5 соответствует код на его выходе, вызывающий появление на выходе ЦАП 8 напряжения О 1, соответствующего тс чке 1 на фиг, 2 н. Следовательно, в течение первого такта на выходе ЦАП 8 формируется последовательность импульсов прямоугольной формы повышенной частоты с амплитудой О и линейно увеличивающейся от 0 до 1 скважностью, В конце первого такта пилообразное напряжение на конденсаторе в управляемом генераторе 1 сбрасывается (фиг. 2,е), счетчик 3 переключается, и на его выходе устанавливается адрес "00010" (фиг. 2 в), Этому адресу соответствует появление на выходе запоминающего блока 6 слова "000100000, т,е. "1" появляется в его пятом разряде, Конденсатор в генераторе 1 начинает заряжаться быстрее (фиг. 2 е). Во время второго такта в сумматоре 4 к числу адреса "00010" периодически добавляется число "00,001", т.е. на входе запоминающего блока 5 чередуются адреса "00,010" и "00.011", причем скважность появления адреса "00010" убывает от 1 до О, а скваж 20 25 30 35 40 45 50 55 ность адреса "00.011" возрастает от 0 дп 1, Адресу "00011" на входе запоминаощего блока 5 соответствует код на его выходе, вызывающий появление на выходе ЦАП 8 напряжения 02, соответствующего точке 2 на фиг,2 н, Следовательно, в течение второго такта на выходе ЦАП 8 формируется последовательность импульсов прямоугольной формы повышенной частоты с амплитудой О 2 и линейно увеличивающейся от 0 до 1 скважностью, промежутки между которыми заполнены постоянным напряжением с уровнем 01.Операции во свех последующих тактах аналогичны, Отличие состоит в том, что из запоминающимх блоков 5 и б выбираются согласно заложенной в них программе различные коды значений напряжений и длительностей тактов. После оксн ания последнего такта на выходе старшего рязряда счетчика 3 происходит перекло ение с "1" на "0". Дифференцированный импульс через конденсатор 15 перключает по входу Я триггер 12, на его выходе поветс "1-, вызывая сброс счетчика 3 и прекращение счета. Схема воэращается в исходное состояние. Процесс форлирования одиночного импульса закончен.Фильтр 9 отфильтровывает сосгавляощую повышенной частоты выходного напряжения ЦАП 8 и на выходе устройства получается сигнал, показанный на фг, 2 н,Если необходимо формирование няп рякения периодической функции, следугг спользовать выключатель 18, Г 1 ри эал;ыкании его контактов на входе сброса счетчика 3 устанавливается "0" и счетчик начинает считать непрерывно,При необходимости иэменани формы и периода сигнала функционалыого генератора достаточно заленить модуль с запоминающими блоками 5, б, в которых запрограммирован другой сигнал, Наборь таких модулей с ППЗУ, хранящие данные о длительностях и амплитудах аппроксимирующих отрезков, могут быть подкла ены; общим шинам времени и амплитудь ссогветственно, а переход от синала адой формы к другой осуществляетс подачей соответствующих сигналов на разрепаонив входы требующейся пары ПГ 13 У.Упрощение конструкции фукциоального генератора достигается за счет исклочения из его схемы четырех элементов; инвертора, двух электронньх аналоговых ключей и устройства вьборки-хрананя вместо которых вводится цифровой гуматор, Расширение частотного дн, пазов,": в область низших частот достигаес зл с . г ис1 б 21150 Составитель А.СмирновТехред М,Моргентал песивых Редакт орректор М.Шар Заказ 4253 ВНИИПИ Гос Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 ключения из схемы блока выборки-хранения, конденсатор которого при больших длительностях тактов вносит погрешность в форму выходного сигнала иэ-за процесса саморазряда, 5Формула изобретенияФункциональный генератор, содержащий соединенные последовательно управляемый генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов и счетчик им пульсов, последовательно соединенные первый запоминающий блок и цифроаналоговый преобразователь и фильтр низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной, а также второй запоминающий блок, 15 диодно-резистивную матрицу, компаратор, ВЯ-триггер, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, кнопку управления, выключатель и генератор пилообразного напряжения, причем первый и 20 второй входы компаратора соединены соогветственно с вторым выходом управляемого генератора тактовых импульсов и выходом генератора пилообразного напряжения, Я-и й-входы ВБ-триггера подключены через 25 первый и второй резисторы соответственно к шине питания, Я-вход КЯ-триггера через первый конденсатор подключен к выходу старшего разряда счетчика импульсов, а В- вход ЙБ-триггера через второй конденсатор - к первому выводу кнопки управления, второй вывод которой подключен к общей шине, выход ВЯ-триггера подключен к входу сброса счетчика импульсов и через выключатель - к общей шине, входы второго запоминающего блока соединены поразрядно с выходами счетчика импульсов, выходы - поразрядно - с входами диодно-резистивной матрицы, выход которой соединен с управляющим входом генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью расширения рабочего диапазона в область низших частот при одновременном упрощении конструкции, в него введен сумматор, выходы которого соединены поразрядно с входами первого запоминающего блока, входы первого слагаемого соединены поразрядно с выходом счетчика импульсов, входы второго слагаемого, кроме входа младшего разряда, соединенного с выхо- . дом компаратора, подключены к общей шине, причем первый вход компаратора является неинвертирующим, а второй вход - инвертирующим, при этом выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом фильтра низкой частоты.