Резервированный генератор импульсов

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 1 А 64 5 Н 03 К 3(28 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ НЫЙ ГЕНЕРАТО ится к генераторам обладающих высо- тающих синхронно, овышение точности полярных выходных содержит первый и силители 1 и 2, мана 2 п+ 1 входа, конной обратной связи, 10 и второй 11 зада- блок 12 -(2 и + 1), где неир,ва 19 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Дж.Грэм. Проектирование и приние операционных усилителей, М.;1974, с.407,Дж.Ленк. Руководство для пользлей операционных усилителей, М., С,с.187, рис.3.54.Авторское свидетельство СССРМ 1153390, кл. Н 03 К 3(281, 16.11,83 Изобретение относится к устройствам генерирования прямоугольных импульсов, в частности к генераторам биполярных импульсов, обладающих высокой надежностью и работающим синхронно.Цель изобретения - повышение точности при формировании биполярных выходных импульсов,На фиг.1 изображена функциональная схема генератора; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Генератор содержит первый операционный усилитель 1, второй операционный усилитель 2, мажоритарный элемент 3 на (2 п+1) вход, конденсатор емкостной обратной связи 4, соответственно первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 резисторы, первый задающий блок 10, второй задающий блок 11, (2 п+ 1) задающий блок 12 (и 1,2,3).Инверсный выход мажоритарного элемента 3 первого задающего блока 10 соединен с резисторами 6 и 7, подключенными(57) Изобретение относ биполярных импульсов кой надежностью и рабо Цель изобретения - и при формировании би импульсов. Генератор второй операционные у жоритарный элемент 3 денсатор 4 цепи емкост резисторы 5 - 9, первый ющие блоки и задающий п=1,2,3 1 табл 2 ил. соответственно к инвертирующим входам первого операционного усилителя 1 и второго операционного усилителя 2, Неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей 1 и 2 соответственно через резисторы 8 и 9 соединены с нулевой шиной питания. Первый операционный усилитель 1 охвачен емкостной обратной связью через конденсатор 4, а выход этого усилителя через резистор 5 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом мажоритарного элемента 3 всех задающих блоков, Выход второго операционного усилителя 2 второго задающего блока 11 соединен со вторыми входами мажоритарного элемента 3 всех задающих блоков, выход второго операционного усилителя 2 (2 п+1) задающего блока 12 соединен с (2 п+1) входами всех задающих блоков.Ои, Оа, 01 з - выходной сигнал первого операционного усилителя 1 соответственнопервого, второго и третьего задающих блоков,Г м 1, Г мг, Г мз - выходной сигналмажоритарного элемента 3 соответственноперво о, второго и третьего задающих блоков (неинверсные выходы).Схема работает следующим Образом,Рассмотрим вначале отдельно работузадающего блока, предполагая, что он несодержит мажоритарного элемента и выход 10второго операционного усилителя 2 соединен через инвертор с общей точкойрезисторов 6 и 7 (см,фиг,1). Работа такогогенератора описана в (2).На фиг,2 приведены диаграммы изменения сигналов О 1, Ьг, Оц (выходной сигнал первого Операционного усилителяпервого, второго и третьего задающих блоков соответственно) и выходных сигналовГ, Г 2, Гз(выходной сигнал второго операци Оонного усилителя первого, второго и третьего задающих блоков) и выходных сигналовГ м 1, Г м 2, Г мз (обозначены пунктиром,выходные сигналы мажоритарных элеменов первого, второго и третьего задающихблоков соответственно, неинверсные выходы)Для упрощения рассуждений рассмотрим работу генератора синхронизирОванных бипОлярны импульсовпредполОжении, что Он содержит три задающих блока.Частоту выходных сигналов т 1, 12 и 1 зсоответственно первого, второго и третьегозадающих блоков в отсутствии мажоритарного элемента будем называть собственнойчастотой задающего блока,Как следует из схемы (см.фиг,1), второйоперационный усилитель 2 может находиться в одном из двух состояний; 1) вцходнойсигнал имеет высокий уровень (будем обозначать его "+1"); 2) выходной сигнал имеетнизкий уровень (будем обозначать его "-1"),Второй операционный усилитель 2 каждогозадающего блока представляет собой релейнцй элемент(отсутствует отрицательнаяобратная связь) с уровнем переключения,равным О вольт. Далее, если элементы 2 и 3схемы каждого задающего блошка находвсяв состоянии, которому соответствует высо Окий уровень выходного напряжения, то этосостояние будем обозначать "+1". Если этиэлементы находятся в состоянии, которомусоответствует низкий уровень выходногонапряжения, то это состояние будем обозначать "-1".Пусть в начальнцй момент опервциоиицй усилитель 2 (рассматриваем работупервого задающего блоке) находится в состоянии -1 и 011(0) - - О (О; - значение сигнала, подаваемого на инвертирующий вход операционного усилителя 2), В этом случае напряжение на выходе операционного усилителя 1 возрастает и при О 1 = Оо (момент времени т 11, см.фиг,2 б) произойдет переход операционного усилителя 2 из состояния "-1" в состояние "+1". Предположим, что выходной сигнал операционного усилителя в состоянии "+1" соответствует напряжению Оа, а в состоянии "-1" - напряжению "-Оа", причем считаем, что значение резисторов 5 и 6 равны, т.е. 81 = Вг В этом случае переход операционного усилителя 2 из одного состояния в другое происходит при О = О(или при Оп =О,).После перехода операционного усилителя 2 в состояние "1" выходное напряжение операционного усилителя 1 начинает уменьшаться и при Ои - -Оа произойдет очередной переход операционного усилителя в другое состояние (момент времени та) и далее процесс повторяется,На фиг.2 в,г,д,е приведены диаграммы изменений напряжений второго и третьего задающих блоков,Рассмотрим теперь работу генератора/при использовании мажоритарного элемента 3 в каждом задающем блоке. Предположим, что в начальный момент времени операционные усилители 2 каждого задающего блока находятся в состоянии "-1" и О 11(О) = Вг(0) = Вз(0) =- -Оа, с этого момента времени начинает увеличиваться выходное напряжение на операционных усилителях 1 всех задающих блоков (операционные усилители 1 охвачены емкостной обратной связью через конденсатор 4 (С) и поэтому представляют собой интеграторы).Приведена таблица состояний мажоритарного элемента 3 на три входа.В этой таблице "Вход 1" - выходной сигнал операционного усилителя 2 первого задающего блока, "Вход 2" - выходной сигнал операционного усилителя 2 второго задающего блока, "Вход 3" - выходной сигнал операционного усилителя 2 третьего задающего блока, Гм - выходной сигнал мажоритарного элемента,В момент 111 меняет свое состояние операционный усилитель 2(1) (в скобках указывается номер задающего блока). Выходной сигнал этого операционного усилителя (Вход 1) 2(1) -ф+1. (Запись, например 2(1) -ф+1/ означает: операционный усилитель 2 первого задающего блока находится в состоянии +1), Вцходнце сигналы операционного усилителя 2(2) (Вход 2) 2 (2) -ф, Операционного усилителя 2(3) (Вход 3)2 (3) -+-1, В соответствии с таблицей состояний выходной сигнал мажоритарного элемента каждого задающего блока Гу +1(комбинация 4), и, следовательно, вцходнай сиГнзг каждоГО зздающеГО блокаГ у 1, Г у 2, Г уз - +1.ТаК КаК ВХОдНЬьв СИГНапц ВСЕХ МажарИтарных элементов одни и те же, то и выходные сигналы мажоритарных элементовбудут одинаковые, Поэтому сигнал Гу будетопределять состояние всех мажоритарныхэлементов,В момент времени т 1 изменяется состояние операционного усилителя 2(2) - +1. Всоответствии с комбинацией 7 таблицы состояний (2(1) -+1, 2(2) - +1, 2(3) -"-1). Сэтого момента времени выходной сигналвсех операционных усилителей 1 начинаетуменьшаться, От мьо;лента вреьмени е; до т 1выходное напряжение огерационного усилителЯ 1(1) после изменениЯ састоЯниЯ Операционного усилителя 2(1) продолжаетувеличиваться до значения Оа 1 (линия 1,1см,фиг,2 а), В момент времени т выходноенапряжение Оз = О з (см.фьлг,2 д), причемО азОа (сцитаем, что выходной сигнал мажоритарного элемента 3 принимает значения +Оа или -О) и огерационнцй усилитель2(3) остается в том же состоянии (2(3) Ц,Хак следует из графиков 2 а, 2 в и 2 д сигналый 1, О 12, Оз достигают значения -О (уровтьяизменения состояния оггерационнаго усилителя 2) практическл одновременно В момент времени 12, В этот момент Времени2(1) - -1, 2(2) = -1, 2(3) - +1. В соответствиис комбинацией 2 таблицы состояний Гу ь 1.Далее процесс повторяется аналоглчно ужеописанному. Таким образамизменениесиГнала О 1 происходит В соатвстствии сграфиком 1, О 2 - В соответствии с графикам 2, Оз - В соатветстВии с Графиком 3. Выходные сигналы генератораГ у Г у 2 и Г уз изменяются синхроннов соответствии с графиком фиг.2 Г, при этомоперационный усилитель 2(1) 1 в интервале времени (ОЛ 11), (т 2,тз) и т,д, 2(1) -+1 винтервале времени (ти,тлз), (1 З.М) и т.доперационный усилитель 2(2) переключается всоответствии с фиг.2 г, операционный усилитель 2(3) -:-1 в течсние осего времени.Таким образом, выходные сигналы генератора Г у Г у 2 и Г уз изменяютсясинхронно с частотой, опредсляемой собственной частотой 12 второго задающего блока, являющейся средней из трек частот т 1.2, З.Если генератор содержит (2 п+1) задающих блока, та проведя аналогицные рассужДВНИЯПРИДЕМ К ВЬьВОДУ, Что ВСЕ СИГНЗПЫГу 1, Гу 2 Гу(2 ть ь 1) ИЗМЕНяЮтСя СИНХрана С частотой тл, определяемой собственнои частотой сигнала Гл-го задающего блока, являющеЙся средней частотой из всех частот 11 Л 2 Л 2 п+1 (предполагается 11 т 2т 2 пь 1),Покажем, чта рассматриваемый генератор (и+ 1) сохраняет свою работоспособность при одном любом отказе (под отказом генератора будем понимать отсутствие правильной информации на /и+1/ выходе: для п=1 под отказом генератора понимаем нарушение работоспособности двух задающих блоков),Пусть, например, произошел отказ время задающей цепи (Кз, С, 81, К 2) первого задающего блока, а) Предположим вначале, Чта СОбСтВЕННая ЧаСтвта ь 1 ПЕрвата Задаащего блока резко возросла. Работа генератора в этом случэе буде происходить следующим образом. Сигнал Ь 1 достигает значения О значительно раньше времени Т 11, В этот момент времени 2(1) -Ф 1 2(2) 1, 2(3) - -1, В соответствии с комбинацией 4 таблицы состояний Гу - 1. Такое состояние будет сохраняться да момента времени т 1(сигнал Ои до этого момента времени может достичь значения, значительно большего Оа)В момент вре лени Т 1 2(1) - 1, 2(2).ь, 2(3) - -1. В соответствии с комбинацией 7 таблицы састоянийь Гу - -1. Все мажоритарнь,е элементы изменяют свае состояние, сгналц О, В 2, йз начинают уменьшаться и в момент времени т 2 сигналы Ои, В 2, Оз достигают значения -О, при КатараМ ГьрОЛСХадит ПЕрЕХОд ВСЕХ ОПЕрацИ- онных усилителей 2 в другое состояние. В этот момент времени 2(1) -1, 2(2) 1, 2(3) -+-1 и процесс повторяется. Таким образам, частота переключения сиГнзлав Гуь, Гу 2, Г.:з определяется частотой 12 второго задающего блока. являющейся средней из частот 1;, Ь и гз с учетом рассмот- реннОГО Отказа. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б) Отказал операционный усилитель 1 или 2 в одном, например, В первом задающем блоке. Пусть 2(1) 1 в течение всего ВРЕМЕНИ. В ЭтаМ СЛуЧаЕ В МаМЕНт ВьрЕГ",ЕНИ т2(1) -+ -1, 2(2) -+ 1, 2(3)-1, Гу - : +1. Б момент времени тз, 2(1) - -1, 2(2) - + 1, 2(3) 1. В соответствии с комбинацией 5 таблицы состояний Гу -1. Далее процесс будет повторяться аналогично уже апис, Иному вцше, В рассматриваемом случае изменение сигналов Г у 1, Г у 2, Г р,1 з будет происходить с частотой тз исправна оаботзющега третьего задающего блока.1649641 20 30 в) Отказал один из трех мажоритарных элементов (например, 3(1), В этом случае (пусть, например. 3(1)-ф) операционный усилитель 1(1) достигнет насыщения (сигнал О 1 имеет граничное значение) и операци онный усилитель 2(1) -+-1 в течение всего времени. Этот случай аналогичен уже рассмотренному случаю (б) и с той лишь разницей, что исправно будут работать два из трех мажоритарных элемента 3(2) и 3(3. 10Аналогичные рассуждения можно привести и для других и 1. В этом случае генератор импульсов остается работоспособным(исправно работают, по крайней мере и+1) задающих блока при и отказах в 15 различных задающих блоках, а частота гене- ратора определяется собственной частотой одного из исправно работающих задающих блоков. Ф о р мул а изобретения Резервированный генератор импульсов. содержащий (2 п+ 1) канал (п=1,2,3), каждый из которых включает времязадаю щую последовательно соединенную ВС- цепь и мажоритарный элемент на (2 п+ 1) вход, при этом соответствующие входы мажоритарного элемента обьединены между собой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью повышения точности при формировании биполярных выходных импульсов, в каждый канал введены последовательно соединенные через первый резистор первый и второй операционные усилители и второй резистор, подключенный между инвертирующим входом второго операционного усилителя и инверсным выходом мажоритарного элемента, соединенным с резистором времязадающей цепи, к средней точке которой подключен инвертирующий вход первого операционного усилителя, выход которого соединен с конденсатором время- задающей цепи, при этом неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соответственно через четвертый и пятый резисторы подключены к нулевой шине питания, выводы питания мажоритарного элемента подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам, а выход второго операционного усилителя каждого канала соединен с соответствующими объединенными входами мажоритарных элементов, инверсный выход каждого из которых является одним из (2 пф 1) независимых выходов генератора импульсов.Корректор В,Гирня Редактор С.Рекова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1 Заказ 1872 ВНИИПИ Гос Составитель В,ЯкимоТехред М. Моргентал Тираж 484 Подписноевенного комитета по изо 5 ретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5