Формирователь напряжения ступенчатой формы

(71) Московское прструкторское бюро(56) Бондарь В.А. Геняющегося напряж1988, с,110,Авторское свидМ 936403, кл. Н 03 боростроительное коВосход" линейно изме 3 нергоиздат ератор ния. М СС80. ельст Известен Цор линейно изменяю зволяющий получ чение коэцциц определяемое в ЦАП 1), Формиро ь ступенчатого пряжения, почно малое знаелиней ности, погрешностью ржит тактовый мировател щегося на ть достато иента н основном ательсод воляет получить мплитудой, прексимального выЦАП, Однако ступенчатого лиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС Изобретение относится к импульсной тсхнике и может быть использовано в автоматизированных системах, развертывающих устройствах для получения ступенчатого линейно изменяющегося напряжения,В настоящее время для формирования напряжения. ступенчатой формы используются цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), позволяющие получать выходные напряжения, изменяющиеся по линейному закону на заданном интервале времени. Одними из параметров выходного сигнала формирователя напряжения ступенчатой формы, обеспечивающих высокое качество, явля.отся коэффициент нелинейности или неравномерности и амплитуда,(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ СТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ(57) Сущность изобретения. устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчики 2, 7 импульсов, цифра-аналоговый преобразователь 3, сумматор 4, 2 элемента ИЛИ 5, 6, регистр 8 сдвига, ключи 9-11, источник 12 опорного напряжения, шины 13-15 управления, выходную шину 16. 13-1-2-7-5- 6-2-3-4-16; 14-5-6-2-3-4-16; 15-8-9-4-16;15-8-10-4-16; 15-8-11-4-16; 12-3-4-16. 2 ил. задающий генератор, двоичный счетчик, ЦАП и выходной согласующий усилитель,Недостатком известного формирователя является невозможность получения выходного сигнала с амплитудой, большей значения максимального выходного напряжения ЦАП, при сохранении точностных характеристик формирователя.Наиболее близким по технической сущности к устройству по данному авторскому свидетельству является формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной 2).Это устройство позвыходное напряжение с авышающей значение маходкого напряженияточность формированиянейно изменяющегося напряжения недостаточна, поскольку погрешность выходного напряжения определяется суммой погрешностей двух ЦАП, а также погрешностью ЦАП, используемого в качестве источника опорного напряжения.Цель изобретения - увеличение точности формирования ступенчатого напряжения с линейным законом нарастания. Устройство позволяет увеличить точность формирования ступенчатого напряжения не менее, чем в 1,6 раза.Цель достигается тем, что в формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной. введены первый и второй элементы ИЛИ, регистр сдвига, источник опорного напряжения, первый,.второй и третий ключи, первая, вторая и третья шины управления, причем первая шина управления соединена с управляющим входом генератора импульсов, вторая шина управления - с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, входу записи данных второго счетчика импульсов и входу установки нуля регистра сдвига, а третья шина управления подключена к информационному входу регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей соответственно, выходы которых соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами сумматора, при этом выход источника опорного напряжения подключен к информационным входам первого, второго и третьего ключей и ко входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, выход второго элемента ИЛИ подключен ко входу установки нуля первого счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, а выход переноса - со вторым входом второго элемента ИЛИ, счетным входом второго счетчика импульсов и тактовым входом регистра сдвига, а выход переноса второго счетчика импульсов подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ,На фиг. 1 представлена структурнаясхема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство (фиг.1) содержит генератор1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов,цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 3,сумматор 4. первый элемент ИЛИ 5. второйэлемент ИЛИ 6, второй счетчик 7 импульсов,регистр 8 сдвига, первый ключ 9, второй5 ключ 10, третий ключ 11, источник 12 опорного напряжения. Устройство имеет первую, вторую и третью шины 13, 14, 15управления, выходную шину 16.На фиг, 2 показаны следующие времен 10 .ные диаграммы:а - выходное напряжение ЦАП 3 (первый вход сумматора 4):б, в, г - напряжения на втором, третьеми четвертом входах сумматора 4;15 д - выходное напряжение устройства(выходная шина 16).Устройство работает следующим образом.Генератор 1 служит для выработки по 20 следовательности импульсов, поступающихна первый счетчик 2. Первый счетчик 2 работает в режиме сложения и преобразует последовательность импульсов в код, которыйпоступает на ЦАП 3, а также вырабатывает25 импульсы, поступающие на второй элементИЛИ 6, второй счетчик 7 и регистр 8. ЦАП 3преобразует код, поступающий от первогосчетчика 2, в напряжение. Второй счетчик 7работает в режиме вычитания и вырабаты 30 вает один импульс на каждый четвертый импульс, поступающий с первого счетчика 2,Регистр 8 управляеткоммутацией первого, второго и третьего ключей 9, 10, 11. Через первый, второй и третий ключи 9, 10, 1135 поступает напряжение от источника 12 насумматор 4. В сумматоре 4 осуществляетсясуммирование поступивших на его входынапряжений. Источник 12 вырабатываетпрецизионное напряжение для ЦАП 3 и сум 40 матора 4,В исходном состоянии осуществляетсяначальная установка устройства, Для этогона первый вход первого элемента ИЛИ 5 совторой шины 14 поступает сигнал "1" (" логи 45 ческая единица"). С выхода первого элемента ИЛИ 5 сигнал "1" одновременнопоступает на вход записи данных второгосчетчика 7, на вход установки нуля регистра8 и через первый вход второго элемента50 ИЛИ 6 на вход установки нуля первого счетчика 2. В результате этого на выходе первого счетчика 2 устанавливается нулевой код,а на выходе переноса -сигнал "0" ("логический нуль"); на первом, втором и третьем55 выходах регистра 8 устанавливается сигнал"0", поэтому первый, второй и третий ключи9, 10, 11 находятся в выключенном состоянии. Во второй счетчик 7 осуществляетсязапись модуля счета, равного 4, а на выходепереноса устанавливается сигнал "0", кото 17588535 10 15 20 25 30 35 40 45 50 рый поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 5.После начальной установки на вторую шину 14 поступает сигнал "0". В результате этого на входе установки нуля первого счетчика 2, на входе записи данных второго счетчика 7 и на входе установки нуля регистра 8 будет выставлен сигнал "0". Кроме этого, на информационный вход регистра 8 подается сигнал "1" с третьей шины 15.После этого устройство готово к работе и на выходной шине 16 Овых = О.Начало цикла формирование Овых осуществляется подачей сигнала "1" на управляющий вход генератора 1 с первой шины 13, С выхода генератора 1 импульсная последовательность заданной частоты поступает на счетный вход первого счетчика 2. Формируемый на выходе этого счетчика код поступает на информационный вход ЦАП 3, где преобразуется в напряжение, поступающее на первый вход сумматора 4 (фиг.2,а). На выходной шине 16 формируется ступенчатое линейно изменяющееся напряжение (фиг. 2,д).Первый цикл формирования Овых будет осуществляется в течение периода 0-11 (фиг,2,а), пока выходное напряжение ЦАП 3 не достигнет своего максимального значения О цдп = Ооп (в момент времени т 1). При этом на выходе переноса первого счетчика 2 появляется сигнал "1", который одновременна поступает на счетный вход второго счетчика 7, на тактовый вход регистра 8 и на второй вход второго элемента ИЛИ 6. с выхода которого поступает на вход установки нуля первоо счетчика 2. В результате этого модуль счета второго счетчика 7 уменьшается на единицу и становится равным "3"; в регистр 8 осуществляется запись "1", которая с первого выхода этого регистра поступает на управляющий вход первого ключа 9 и открывает его; первый счетчик 2 обнуляется, и на ега выходе появляется нулевой код, а на выходе переноса - сигнал "0", В этот момент времени через открытый первый ключ 9 на второй вход сумматора 4 поступает напряжение Ооп (фиг,2,б). а на первый вход - нулевое напряжение с выхода ЦАП 3, Напряжения суммируются и на выходной шине 16 Овых остается неизменным: Овых =1=-О оп.Таким образом, за время первого цикла рабаты устройства ЦАП 3 формирует ступенчатое выходное напряжение до значения Оцдп = Оол, а в момент времени И происходит "замена" Оцдп на Ооп от источника 12.С приходом очередного тактового импульса на счетный вход первого счетчика 2 начинается второй цикл формирования О,ы, в течение времени т 1-т 2. При этом на выходной шине 16 формируется напряжение Овых = = Ооп+ Оцдп (фиг.2,д). Процесс формирования аналогичен описанному в первом цикле работы устройства, и в момент времени т 2 с появлением на выходе переноса первого счетчика 2 сигнала "1" модуль счета второго счетчика 7 становится равным "2", а в регистр 8 происходит запись "1" са сдвигом предыдущей "1" на один разряд. Таким образом, на управляющий вход второго ключа 10 поступает сигнал "1" со второго выхода регистра 8, открывая этот ключ, и на третий вход сумматора 4 подается напряжение Ооо (фиг.2,в). В результате этого в момент времени 12 на первый вход сумматора 4 поступает напряжение Оцдп = О, на второй вход и третий вход Ооп. На выходной шине 16 будет суммарное напряжение Овы == 2 Оол,Аналоично в течение периода 12-тз осуществляется третий цикл формирования Овых. При этом Овых = 2 Ооп+ Оцап. а в момент времени сз модуль счета второго счетчика 7 становится равным "1" и на третьем выходе регистра 8 появляется сигнал "1", поступающий на управляющий вход третьего ключа 11. Третий ключ 11 открывается и на четвертый вход сумматора 4 поступает напряжение Оол (фиг.2,г). Таким образам, в момент времени 1 з на первый вход сумматора 4 поступает напряжение Оцдп = О, на второй, третий и четвертый входы - Оол. На выходной шине 16 будет суммарное напряжениеПоследний четвертый цикл формирсвания Овых происходит в течение периода времени тз-т 4, при этом Овых = 3 Оол+ Оцдп. При достижении Оцдп значения Оол сигнал "1" с выхода переноса первого счетчика 2 не изменяет состояние выходов регистра 8, но, поступая на счетный вход второго счетчика 7, уменьшает модуль счета да значения О. В результате этого на выходе переноса второго счетчика 7 появляется сигнал "1", поступающий на второй вход первого э емента ИЛИ 5, С выхода этого элемента сиг нал "1" подается на вход установки нуля регистра 8 и обнуляется регистр, при этом вернь,й, вта. рой и третий ключи 9, 10. 11 закрываатся, Этот же сигнал "1" поступает на вход записиданных второго счетчика 7, осуществляя запись модуля счета, равного 4. При этом на выходе переноса этого счетчика появляетсясигнал "0".Таким образом, после достижения выходным напряжением максимальнага значениЯ Овых = 4 Ооп в момент вРемени т 4происходит обнуление первого счетчика 2 и регистра 8, чта приводит к палвленпга н;".(фиг,2,д). Цикл формирования выходного напряжения на этом заканчивается и устройство готово к приходом следующеготактового импульса от генератора 1 повторить работу,Расширения функциональных возможностей устройства можно добиться, управляя временем запуска генератора 1импульсов или изменяя частоту следованияимпульсов, а также подавая на третью шину15 сигнал "0", что позволяет исключить изработы первый, второй и третий ключи 9, 10,11 и получить на выходной шине 16 напряжение Овых = Оцдп.Таким образом, устройство позволяетсформировать ступенчатое линейное изменяющееся напряжение с амплитудой, превышающей значение максимальноговыходного напряжения ЦАП (Овых = 4 Ооп). иточностью, определяемой погрешностьюодного ЦАП, поскольку интервал формирования Овмх разбит на четыре цикла и ЦАП 3устройства работает периодически лищь наОвыхл 1 зхучастке -- - - , а в качестве элемента4запоминания напряжения в конце каждогоцикла используется прецизионный источник опорного напряжения, погрешностьюкоторого можно пренебречь.Формула изобретенияФормирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетнымвходом первого счетчика импульсов, второйсчетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен спервым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения точности формирования ступенчатого напряжения с линейным законом нарастания,в 5 него введены первый и второй элементыИЛИ, регистр сдвига. источник опорного напряжения, первый, второй и третий ключи, первая, вторая и третья шины управления, причем первая шина управления соединена 10 с управляющим входом генератора ."мпульсов, вторая шина управления - с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, входу записи данных второ го счетчика импульсов и входу установкинуля регистра сдвига, а третья шина управления подключена к информационному входу регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляю щим входам первого, второго и третьегоключей соответственно, выходы которых соединены соответственно, со вторым, третьим и четвертым входами сумматора. при этом выход источника опорного напряже ния подключен к информационным входампервого, второго и третьего ключей и ко входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, выход второго элемента ИЛИ подключен ко входу установки 30 нуля первого, счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, а выход переноса - со вторым входом второго элемента ИЛИ, счетным входом второго 35 счетчика импульсов и тактовым входом регистра сдвига, а выход переноса второго счетчика импульсов подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ.1758853 ЦцАПЦоа И 8 ых 4 МопСоставитель А. Гоенкодактор Т. Орловская Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач Эаказ 3011 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открнтиям при ГКНТ ССС 113035, Москва. Ж-ЗЬ, Раушская нэб., 4/5ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101оизводствен