Функциональный генератор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) фуНКцИОНАЛЬНЦЯ ГЕНЕРА низкаявленныеачительх источИзобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой вычислитель.ной технике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в напряжение переменного тока.Известен функциональный генератор, содержащий последовательно соединенные через тиристоры источники весовых напряжений, инверторные ячейки, выполненные на ключах и трансформаторах (1. Недостатком его являетсяточность и сложность, обусло необходимостью применения зн ного количества изолированны ников весовых напряжений.Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, блок памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, блок согласующих усилите.-. лей, входы которого соединены с информационными выходами блока памяти,. источники напряжения, е инверторныхячеек, каждая из которых содержит трансформатор; первый и второй ключи, включенные между соответствующи ми выводами первичной обмотки трансформатора и отрицательным выводомисточника напряжения, первый и втоРой шунтирующие диоды, управляющиевходы первого и второго ключей каждой инверторной ячейки соединены ссоответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой и а-ной инверторных ячеек являются выходами функцк.онального .генератора, средний вывод 15 первичной обмотки трансформаторакаждого инвертора соединен с положительным выводом источника напряжения,первый и второй шунтирующие диоды,кажцой инверторной ячейки подключены параллельно первому и второму ключам, первичная обмотка трансформатора каждой инверторной ячейки имеетдве группы отводов соединенных черезпоследовательно включенные раздели,тельный диод и дополнительный ключс отрицательным выводом источниканапряжения, дополнительная вторичнаяобмотка трансформатора каждой инвер..торной ячейки зашунтирована диодным ЗО мостом и подключена первым выводомк отрицательному выводу источниканапряжения непосредственно, а вторымчерез шунтирующий ключ, управляющиевходы дополнительных и шунтирующегоключей соединены с соответствующимивыходами блока согласующих усилителей ) 21,Недостатком известного функционального генератора является ограниченная точость, обусловленная принятой в нем системой счисления, исложность структуры инверторной ячейки.Цель изобретения - упрощение структуры генератора и повышение точностиформирования периодических сигналов.Цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик, счетныйвход которого соединен с выходомгенератора фймпульсов, блок памяти,адресные входы которого соединеныс соответствующими выходами счетчика, блок согласующих усилителей,входы которого соединены с информационными выходами блока памяти, источник напряжения, в инверторныхячеек, каждая из которых, содержиттрансформатор, первый и второй ключи, включенные между соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора и выводом отрицательнойполярности источника напряжения,первый и второй шунтирующие диоды,управляющие входы ключей каждой инверторной ячейки соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмоткитрансформаторов инверторных ячеексоединены последовательно, свободныевыводы вторичных обмоток трансформаторов первой и в-ной инверторныхячеек являются выходами функционального генератора, дополнительно содер=жит источник весового напряжениямладшего двоичного разряда, а в каждой из инверторных ячеек - и источников весового напряжения двоичныхразрядов, и+1 дополнительных ключейи и+1 дополнительных шунтирующихдиодов, соединенных согласно и пооледовательно, причем катод первогодополнительного шунтирующего диодакаждой инверторной ячейки соединен.со средним выводом первичной обмоткитрансформатора этой инверторнойячейки, а анод (и+1)- го дополнительного шунтирующего диода - с выводомположительной полярности источниканапряжения и с выводом отрицательнойполярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда,анод каждого дополнительного шунтирующего диода, кроме и+1- го в каждойинверторной ячейке соединен с выводом отрицательной полярности соот.-.ветствующего по номеру источникавесового напряжения двоичных разря бО ние которых обеспечивает заданный уровень напряжения на выходе генератора.Для пояснения работы генератора рассмотрим представление целых натуральных чисел с помощью нечетного дов, вывод положительной полярности которого через соответствующий дополнительный ключ соединен с катодом этого же дополнительного шунтирующего диода, катоды (и+1) -ых допол нительных шунтирующих диодов каждойинверторной ячейки через (и+1) -ые дополнительные ключи соединены с выводом положительной полярности источника весового напряжения младшего 10 двоичного разряда, управляющие входыдополнительных ключей инверторных ячеек соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, катоды первых и вторых основных 15 шунтирующих диодов каждой инвертор-ной ячейки соединены с выводом отрицательной полярности источника напряжения, а их аноды - с соответствующими выводами первичной обмоткитрансформатораНа чертеже приведена блок-схемафункционального генератора.Функциональный генератор содержит генератор импульсов 1, счетчик 2,блок памяти 3, блок согласующих усилителей 4, источник напряжения 5,источник весового напряжения младшего двоичного разряда б, в инверторных ячеек 7, 7, каждая.иэ которых содержит трансФорматор 8,8 и первый и второй ключи 99 и 10 10, первый и второйшунтирующие диоды 11 11, и12, 12 щ , и источников весово-го напряжения двоичных разрядов 13,., 131, , 13 и 13 и+1 доЩР Уполнительных лючий 14 н 14(и+И14 , , 14 (, , и+1 дополнительных шунтирующих диодов 15+,15 , ) 15,ц 15,(д+1, При 40 этом соотношения между количествомвитков вторичных обмоток трансформаторов инверторных ячеек соответствует закону геометрической прогрессии со знаменателем, равным (2 иф -1).,М 2 45 Функциональный генератор работает следующим образом.Импульсы с выхода генератора импульсов 1 с частотой у = 4 В, гдеК - количество ступенек в четвертипериода воспроизводимых кривой, поступает на счетчик 2. С выходов счетчика 2 импульсы поступают на адре;ные входы блока памяти 3, Блок памяти 3 заранее программируется, например под синусоиду.С информационных выходов блокапамяти 3 импульсы через блок согласующих усилителей 4 поступают на.входы тех ключей 9, 10 и 14, включесимметричного относительно нуля кода.Любое целое положительное илиотрицательное число ( й) можно представить с помощью нечетного симметричного кода следующим образомй = /0,1+2,+ +и/(.2 п+1)ф + /О,1,+2, +п/ .2 п+1,) + /О,+1,2,+ и/ ( 2 и+1) +/О, +1,+2, + + /- максимальный разряд системы,выражение /О,+1,+2,+ +п/,оэ-,5начает,что выбирается одно изчисел в каждом разряде положительное или отрицательное дляпредставления какого-либо конкретного числа. 20Пусть необходимо представить чис-.ло й = 273 в семиричной системе:счисления, т.е. 2 п+1=7, п=З, следовательной=/0,11,т 2,+3/7 +/О 1,+2,+3/7,+/О,+1,+2+3/7виднб,.что3 2 4 о273 = 17 -17 -3 ф 7 +О 7код 1/-1/ /-3/ /О/.Для девятиричной, симметричной системы счисления273 = 39 +3 9 +3 9 ; код 333.Для пятиричной симметричной системысчисления273 = 3 5 + 1 ф 5 +О 5 - 2 5код 310/-2/.В предлагаемом генераторе каждаяиз инверторных ячеек 7, 7,реализует один разряд системы счисления, 40Таким образом, если использовать, например, семирмчный код для построения генератора, состоящего из последовательно соединенных в=1+1 инверторных ячеек 7 7 необходимо обеспечить соотношение выходных сигналов между соседними инверторными ячейками 7 , 7 (при одном и том же числе кода),равное семи. Каждая из инверторных ячеек 77 долж Ы на обеспечить семь уровней сигнала, относящихся между собой как числа натурального ряда, 0,.1,+2,+3. Каждая из инверторных ячеек 7 7, должна иметь устройство для смены 55 знака кода, а их количество а выбирается из необходимой цифровой емкос. ти /5/ генератора, определяемой заданной точностью Формирования сигнала. Пусть расчеты на точность, пока О эали, что генератор должен реализовать все числа натурального ряда до 5 = 150, Для выбранной семиричной системы счисления1 + 1 ъг 1 оцт /25 +1/ щ 1 о 9.-т 301 65 Округляя до ближайшего большего целого числа, получаем число инверторных ячеек в = 1+1 = 3, В этом случае для реализации максимального числа кода, равного 3, в каждой иэ инверторных ячеек 71, 7, 7 з необходимо иметь только один весовой источник напряжения 13 13 , 13 .Напряжение, подводимое, например, к первой инверторной ячейке 7 мо 1 жет быть. равным нулю при запертых ключах 14 , 14, Е - нри открытом ключе 14 и эайертом 14+, 2 Е - при открытом ключе 14и запертом 14, ЗЕ - при открытых ключах 14 , 14 . При выбранном напряжении, подводймом к инвертной ячейке 7, на вторичной обмотке ее трансформатора 8 появляется импульс положительной или отрицательной полярности в зависимости от того, на какой из знаковых ключей 9 или 10 подан отпирающий импульс. При одинаковом сочетании вклю ченных весовых источников напряжения 1 , 1321, 13,и б в каждой из инверторных ячеек 7 7, 7 зимпульс на вторичной обмотке. трансформатора 84 в 7 раз меньше, чем на вторичной обмотке трансформатора 8 , а на вторичной обмотке трансформато-, ра 8 в 7 раз меньше, чем на вторичной обмотке трансформатора 8 При одновременном включении одинаковых знаковых ключей 9, 9 , 9 з или 10, 10 , 10.в каждой из инверторных ,ячеек 7, 7 , 7 импульсы на выходе генератора сложатся, а при включении противоположных будут вычитаться, При включении в какой-либо из инверторных ячеек 7, 7, 7 одновременно ключей 9 9, 9 и 10 10 10 з на выходе этой ячейки формируется нуль, так как происходит короткое замыкание первичной обмотки.Пусть при воспроизведении, например, синусоидального сигнала в какойто отрезок времени в четверти.периода длительностьюГ:.Т 4 К необходимосформировать напр;:.жение величиной 95 е, где е - напряжение, соответству ющее 1 младшего разряда. Для этого на соответствующих выходах блока согласующих усилителей 4 необходимо сформировать синфаэные импульсы длительностью Г .В ячейке 73 подаются импульсы на ключ 14(включается источник 13, ) и на ключ 9 з(положительная поляр- .ность), На выходе ячейки 73 Формируется импульс напряжением 011, = 7 х х 2 е = 98 е. В ячейке 7 имйульсы управления подаются на знаковые ключи 9 .и 102, и на выходе формируется импульс ОП = О. В ячейке 71 импульсы подаются йа ключи 14 и 14,. ,включают. ся источники б и 131 и на ключ 10 (отрицательная полярность), На выхо 100508645 де ячейки 71 формируется импульсОу = 7/-3/е = -Зе. При сложениисигналов со всех трех ячеек 7 л 7 д,7, получаем импульс с необходимойамплитудой 95 е,В следующий интервал времени, рав 5ный Ф, из блока согласующих усилителей 4 выдается новая серия синфазныхуправляющих импульсов. Пусть на этотраз необходимо уже получить уровеньйайряжения равный 134 е. Для этогоотпирающие импульсы необходимо подать на следующее сочетание номеровключей: в ячейке 7 - наключи 14 ,14, 9 /Ош = 147 е/; в ячейке 72на ключи 14, , 10 /О- = -14 е/; в 15Ячейке 7 л - на ключи 14, 9 л /О 1=1 е/, Суммарное напряжение при этомравно 134 е.Таким образом могут быть сфорМи-.. рованы все уровни напряжения, необхрдимые для воспроизведения заданнойпериодической функции. Длительностьуправляющих импульсоводнозначносвязана с количеством ступеней К вчетверти периода воспроизводимой 25функции.Источник напряжения 5 в предлагаемом генераторе служит для компенсации падений напряжений на открытыхключах 14 14,(,л)и диодах 15 лл,15 у(иц) и позволяет повыситьточность воспроизведения функции.Предложенный функциональный генератор при одинаковом количестве ключей имеет большую цифровую емкость.а следовательно и точность, чемпрототип. Так, для синтеза +15 уровней в одной инверторной ячейке предлагаемого генератора используется4 ключа для коммутации 4-х весовыхисточников питания и 2 знаковых клю Оча, итого б ключей, В прототипепо 15 ключей в каждом плече инвертор"ной ячейки и один ключ для получениянуля, итого 31 ключ.Таким образом, при воспроизведении функций с одинаковой точностью структура предложенного генератора проще, чем прототипа.Формула изобретенияФункциональный генератор, содержащий генератор импульсов, счетчик,счетный вход которого соединен свыходом генератора импульсов, блокпамяти, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами 55счетчика, блок согласующих усилителей, входы которого соединены с информационными выходами блока памяти,источник напряжения, а инверторныхячеек, каждая из которых содержит 60трансформатор, первый и второй ключи, включенные между соответствующи-,ми выводами первичной обмотки трансформатора и выводом отрицательнойполярности источника напряжения, 65 первый и второй шунтирующие диоды, управляющие входы ключей каждой ин-верторной ячейки соединены с соответствующими выходами блока согласующих усилителей, вторичные обмотки трансформаторов инверторных ячеек соединены последовательно, свободные выводы вторичных обмоток трансформаторов первой.и щ-й инверторных ячеек являются выходами функционального генератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,с целью упрощения и повышения точности, он содержит источник весового напряжения младшего двоичного разряда, а в каждой из инверторных ячеек и источников весового напряжения двоичных разрядов, и+1 дополнительных ключей и и+1 дополнительных шунтирующих диодов, соединенных согласно и последовательно, причем катод первого дополнительного шунтирующего диода каждой инверторной ячейки соединен со средним выводом первичной обмотки трансформатора этой инверторной ячейки, а анод (и+1)-го дополнительного шунтирующего диода - с выводом положительной полярности источника напри. жения и с выводом отрицательной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, анод каждого дополнительного шунтирующего диода, кроме (и+1)-го, в каждой инверторной ячейке соединен с выводом отрицательной полярности соответствующего по номеру источника .весового напряжения двоичных разрядов, вывод положительной полярности кото-. рого через соответствующий дополнительный клЮч соединен с катодом этого же дополнительного шунтирующего диода, катоды (и+1)-х дополнительных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки через (и+1)-е дополнительные ключи соединены с выводом положительной полярности источника весового напряжения младшего двоичного разряда, управляющие входы дополнительных ключей инверторных ячеек соединены с соответствующими входами блока согласующих усилителей, катоды первого и второго основных шунтирующих диодов каждой инверторной ячейки соединены с выводом отрицательной полярности источника нап-, ряжения, а их аноды - с соответствующими выводами первичной обмотки трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Тонналь В.Е. Синтез автономныхинверторов модуляционного типа. Киев,