Программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений а. и. кантера

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 131 078 (21) 2 б 78504/18-21с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 231280 Бюллетень Йо 47Дата опубликования описания 23,1",80,Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытиИ(54) ПРОГРАММНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХСИГНАЛОВ И ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ А,И, КАНТЕРАИзобретение относится к радиотехнике, предназначено для получения программно-управляемых от цифровой вычислительной машины (ЦВМ) периодических сигнаов и постоянных напря жений и может быть использовано в автоматических информационно-измерительных системах, в автоматических системах контроля, управления, связи, в частности в автоматизированных систе мах контроля и проверки различнйх электротехнических и радиоэлектронных элементов, узлов и устройств, например полупроводниковых и вакуумных приборов, электро- и радиоизмеритель ных приборов постоянного и переменного токов, усилителей постоянного и переменного токов, различной фазометрической аппаратуры, одноканальных и многоканальных осциллографов,. ана О лизаторов амплитудных, частотных и фазовых характеристик, различных блоков связной, телевизионной и радиолокационной аппаратуры, элементов автоматики, телемеханики, кибернети ки, вычислительной техники и т,д.Известен генератор с цифровой частотной манипуляцией, содержащий генератор несущей частоты, выход которого подключен к фильтру нижних 3 О 2частот, резисторные делители нижних и верхних манипулированных частот, триггер, четыре диода и й-разрядный регистр, выходы которого соединены со входами бесконтактных логических ключей нижних и верхних манипулиро- . ванных частот 11 .Известен также регулируемый по частоте генератор импульсных сигналов с цифровым управлением, в котором в качестве регулирующих частоту элементов используются цепочки из и последовательно соединенных полупроводниковых емкостных элементов, при воздействии на которые управляющих напряжений, представленных и-разрядным двоичным кодом, производится переключение частоты дискретными ступенями 21.Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является генератор синусоидальных колебаний, содержащий задающий блок, выполненный по схеме: фазирующая йС цепь, например мост Вина, - услитель, в котором посредством электронного ключа производится периодическая коМмутация задающих частоту сопротивлений. За счет регулировки коэффициента коммутации, представляющего собой отношение временных интервалов, н течение которых подключаются то одни, то другие сопротивления, может быть достигнута перестройка частоты генератора 3.Однако в указанных устройствах регулируется только частота выходного сигнала и отсутствует возможность программного управления от ЦВМ параметрами выходных сигналов.Цель изобретения - программное управление от цифровой вычислительной машины амплитудой, частотой, фазой и формой выходных периодических сигналов, величиной и полярностью выходных постоянных напряжений генератора. 15 Поставленная цель достигается тем, что в программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений, содержащий задающий блок, выполненный по схеме фазирующая РС 20 цепь, например мост Вина, - усилитель; формирователи импульсных сигналов, в частности дна формирователяимпульсов прямоугольной формы типа "меандр" и два формирователя импуль сов пилообразной формы; аттенюаторы синусоидальных и импульсных сигналов; фазовращатель, выполненный в составе квадратурного расщепителя фазы, коммутатора квадрантов, двух р 0 преобразователей код-напряжение и суммирующего каскада; сумматор импульсов, два ограничителя полярности, две фильтрующие цепи и регистр памяти, одни из выходов которого соединены с управляющими входами коммутатора квадрантов и преобразователей коднапряжение, нведены в качестве регулировочных конденсаторов Фазирующей РС цепи преобразонатели код-емкость, в качестве регулировочных ре зисторов фазирующей РС цепи и аттенюаторов синусоидальных и импульсных сигналов - преобразователи код-сопротивление, в качестве распределителей выходных сигналов - два ком мутатора выхода; выход преобразователя код-сопротивление аттенюато-. ра сигналов синусоидальной формы соединен со входом кнадратурного расщепителя Фазы фазонращателя, а также 50 со входом первого формирователя прямоугольных импульсов типа "меандр", выход суммирующего каскада фазовра-щателя соединен со входом второгоформирователя прямоугольных импульсой типа "меандр", выходы формирова.телей прямоугольных импульсов типа "меандр соединены со входами преобразователей код-сопротивление аттенюаторов сигналов прямоугольной формы, выходы которых, н свою очередь, со единены со входами сумматора импульсов, выходы сумматора импульсов соединены со входами ограничителей полярности, выходы ограничителей поляр-ности соединены со входами фильтрую щих цепей, выходы фильтрующих цепей,ограничителей полярности, сумматораимпульсов, суммирующего каскада фазовращателя, преобразователей кодсопротивление аттенюаторов сигналовсинусоидальной и импульсной Формсоединены со входами коммутаторовныхода, а управляющие входы преобразователей код-емкость, код-сопротивление и коммутаторов выхода соедине-.ны с одними из выходов регистра памяти.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого генератора.Задающий блок 1, посредством которого вырабатываются синусоидальныеколебания, содержит в качестве элементов фазирующей РС цепи соединенные по Г-образной схеме преобразователи 2 и 3 код-емкость и преобразователи 4 и 5 код-сопротивление, а вкачестве усилительного элемента -усилитель б с включенной в него цепьючастотнонезависимой отрицательнойобратной связи,Преобразонатели 2 и 3 код-емкостьвыполнены в виде набора двоично-взвешенных постоянных конденсаторов; апреобразователи 4 и 5 код-сопротивление - в виде набора двоично-взвешенных постоянных резисторов и содержатсобранные на полевых транзисторахэлектронные кночи для коммутации конденсаторов и резисторов в соответствии со значением двоичного кода.Ослабление сигнала синусоидальнойформы производится посредством подключенного на выходе задающего блока1 аттенюатора 7, выполненного поГ-образной схеме и состоящего из преобразователя 8 код-сопротивление,схема которого аналогична схемам преобразователей 4 и 5, и постоянного резистора 9Сдвиг синусоидального сигнала поФазе в пределах от 0 до 3600 осуществляется путем использования подключенного на выходе аттенюатора 7 фазовращателя 10, состоящего из последовательно соединенных друг с другомквадратурного расщепителя 11 фазы,коммутатора 12 квадрантов, преобразователей 13 и 14 код-напряжениеи суммирующего каскада 15.: Кнадратурный расщепитель 11 фазы, предназначенный для преобразования входногосинусоидального сигнала в два синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазена 90 О во всем диапазоне частот, собран из двух, операционных логарифмических усилителей с Фазорасщепляющими цепочками, входы которых объединены вместе, а выходы подключены ксоответствующим коммутирующим входамкоммутатора 12 квадрантов,Коммутатор 12 кнадрантов, посредством которого осуществляется переключение квадратурных сигналовс разнофазовых выходов квадратурногорасщепителя фазы, что дает дополнительный фазовый сдвиг на 180 и обеспечивает таким образом расширение диапазона воспроизведения фазовых сдвигов фазовращателя до 360, выполнен в виде ключевых электронных схем,собранных на полевых транзисторах.Преобразователи 13 .и 14 код-напря-,жение, предназначенные для изменения раэователей 4 и 5,4Одновременно выходы формирователей 16 и 17 прямоугольных импульсов типа "меандр" через дифференцирующие цепи 27 и 28, каждая из которых представляет собой Г-образную ссхему из последовательно включенногоконденсатора и параллельно подключенного резистора, зашунтированногополупроводниковым диодом, соединенысо входами формирователей 29 и 30пилообразных импульсов, Каждый изформирователей 29,и 30 выполнен пофантастронной схеме. В свою очередь,вйходы формирователей 29 и 30 пило 50 бО образных импульсов через аттенюаторы31 и 32 сигналов пилообразной формы,выполненных по Г-образной схеме и со- б 5 амплитуд квадратурных сигналов, со-.гласно поданным на их управляющие входы кодам установки уровней напряже-О ний выполнены в виде многоразрядных реэисторных делителей и поразрядно связанных с ними логических ключевых схем, собранных на полевых транзисторах. 1.5Суммирующий каскад 15, предназначенный для сложения квадратурных сигналов, амплитуды которых изменены преобразователями 13 и 14 код-напряжение в заданном кодами отношении, и получения на его выходе суммарного сдвинутого по фазе сигнала, собран по схеме с общей активной нагрузкой.Выходы преобразователя 8 код-сопротивление.и суммирующего каскада 15 соединен со входами формирователей 16 и 17 прямоугольных импульсов типа "меандр", каждый из которых выполнен по схеме триггера ШМитта, и одновременно соединены с одними из входов коммутаторов 18 и 19 выхода. Коммута- ЗО торы 18 и 19 выхода представляют собой ключевые схемы для бескоытактного переключения аналоговых сигналов, собранные на полевых транзисторах. Выходы коммутаторов 18 и 19 со- З 5 единены с выходными клеммами 1 и 11.Выходы формирователей 16 и 17 прямоугольных импульсов типа "меандр" через аттенюаторы 20 и 21 сигналов прямоугольной формы, выполненные по 40 Г-образной схеме и состоящие из преобразователей 22 и 23 код-сопротивление и постоянных резисторов 24 и 25 соединены со входами сумматора 26 импульсов, выполненного по схеме с двумя разделенными активными нагрузками. Схемы преобразователей 22 и 23 кодсопротивление аналогичны схемам преобстоящих из преобразователей 33 и 34 код-сопротивление и постоянных резисторов 35 и 36, соединены с одним иэ входов коммутаторов 18 и 19 выхода и с выходными клеммами 111 и ТЧ. Схемы преобразователей 33 и 34 аналогичны схемам преобразователей 4 и 5. Выходы сумматора 26 импульсов, назначение которого состоит в сумми- ровании сдвинутых по фазе прямоугольных импульсов типа "меандр" и в получении на своих нагрузках импульсов ступенчатой формы различной длительности и полярности, соединены с одними из входов коммутаторов 18 и 19 выхода и одновременно соединены со входами ограничителей 37 и 38 полярности. Ограничители 37 и 38 полярности предназначены для преобразования импульсов ступенчатой формы в импульсы прямоугольной формы различной длительности и полярности. Каждый из ограничителей полярности выполнен по. Г-обраэной схеме в составе последовательно включенного полупроводниковогодиода и параллельно подсоединенного резистора. Выход ограничителя 37 полярности соединен со входом фильтрующей цепи 39 и с одним из входов коммутатора 18 выхода, .а выход ограничителя 38 полярности соединен со входом фильтрующей цепи 40 и с одним из входов коммутатора 19 выхода.Назначение фильтрующих цепей 39 и 40 состоит в преобразовании прямоугольных импульсов в постоянное напряжение. Каждая иэ фильтрующих цепей выполнена по П-образной схеме в составе параллельно подключенных на входе и выходе двух конденсаторов большой емкости и последовательно включенного между ними постоянного резистора. Выход фильтрующей цепи 39 соединен с одним из входов коммутатора 18 выхода, а выход фильтрующей цепи 40 соединен с одним из входов коммутатора 19 выхода.Управляющие входы преобразователей 2 и 3 код-емкость, 4, 5, 8, 22, 23, 33 и 34 код-сопротивление, 13 и 14 код-напряжение, коммутатора 12 квадрантов и коммутаторов 18 и 19 выхода соединены с выходами регистра 41 памяти, вход которого соединенс выходом ЦВМ.Регистр 41 памяти предназначен для восприятия от ЦВМ двоичного. кода установки значений параметррв элементов генератора и характеристик выходных сигналов, для хранения этого кода, для воздействия этим кодом на преобразователи 2, 3, 4, 5, 8, 22, 23, 33 и 34 и коммутаторы 12, 18 и 19, а также для создания детерминированных изменений установленных параметров и характеристик,автоматически изменяемых пропорционально записанному в регистр 41 памяти цифровому коду.Регистр 41 памяти содержит набор цепочек статических триггеров, по одной цепочке на каждый выходной управляющий каналПредлагаемый генератор работает следующим образом.В регистр 41 памяти записывается двоичный код из ЦВМ в виде соответствующей суммы кодов установки емкостей и сопротивлений преобразователей 2 и 3 код-емкость, 4, 5, 8, 22, 23, 33 и 34 код-сопротивление кодов установки уровней напряжений преобразователей 13 и 14 код-напряжение, ко-. дов управления коммутатором 12 квадрантов и коммутаторами 18 и 19 выхода, В результате в задающем блоке 1 15 возбуждаются синусоидальные колебания определенной амплитуды и частоты, которые подаются на вход преобразователя 8 код-сопротивление аттенюатора 7. На выходе преобразователя 8 снима- щ ется установленной амплитуды синусоидальной формы сигнал, который поступает на вход квадратурного расщепителя 11 фазы Фазовращателя 10, а также на вход первого формирователя 16 прямоугольных импульсов типа "меандр" и на одни из входов первого коммутатора 18 выхода, На выходе суммирующего каскада 15 фаэовращателя 10 снимается другой синусоидальной формы сигнал, сдвинутый относительно первого сигна- ЗО ла на определенный фазовый угол. Этот сигнал подается на вход второго формирователя 17 прямоугольных импульсов типа "меандр" и на один из входов второго коммутатора 19 выхода. 35 С выходов формирователей 16 и 17 сдвинутые по фазе прямоугольные импульсы типа "меандр" через аттенюаторы 20 и 21 подаются на входы сумматора 26 импульсов и на одни из входов 4 ц коммутаторов 18 и 19 выхода.Кроме того, эти импульсы через дифФеренцирующие цепи 27 и 28, преобразующие их в остроконечные импульсы положительной полярности (импульсы 4 отрицательной полярности эакорачиваются параллельно подключенными полупроводниковыми диодами), подаются на входы формирователей 29 и 30 пилообразных импульсов. С выходов формирователей 29 и 30 сдвинутые по фазе сигналы пилообразной формы после прохождения через аттенюаторы 31 и 32,поступают на одни из входов коммутаторов выхода 18 и 19, На выходах сумматора 26 импульсов образуются сдвинутые по Фазе сигналы ступенчатой формы различной длительности и полярности, которые поступают наодни иэ входов коммутаторов 18 и 19выхода и одновременно поступают на 9вход ограничителей 37 и 38 полярности. На выходе ограничителей 37 и 38полярности сдвинутые по фазе сигналыступенчатой формы преобразуются всдвинутые по Фазе импульсы прямоугольной формы различной длительности иполярности. С выхода ограничителя 37полярности прямоугольные импульсыположительной полярности подаются навход фильтрующей цепи 39 и на одиниэ входов коммутатора 18 выхода, а свыхода ограничителя 38 полярностипрямоугольные импульсы отрицательнойполярности подаются .на вход Фильтрующей цепи 40 и на один из входовкоммутатора 19 выхода. Образующеесяна выходе фильтрующей цепи 39 постоянное напряжение положительной полярности подается на один из входовкоммутатора 18 выхода, а образующееся на выходе Фильтрующей цепи 40постоянное напряжение отрицательнойполярности подается на один из входовкоммутатора 19 выхода,Таким образом, в соответствии сзаписанным в регистре 41 памяти цифровым кодом на выходах кммутаторов18 и 19 выхода с выходных клемм 1 иГ 1 снимаются установленной амплитудыи частоты периодические сигналы вследующем сочетании: либо сдвинутыепо фазе сигналы синусоидальной формы, либо сдвинутые по фазе импульсыпрямоугольной Формы типа "меандр",либо сдвинутые по фазе импульсы ступенчатой формы различной длительности и полярности, либо сдвинутыепо фазе импульсы прямоугольной формыразличной длительности и полярности,либо сдвинутые. по фазе импульсы пилообразной формы, либо любая комбинация из двух вырабатываемых генератором сигналов различной Формы.Кроме того, с выходных клемм генератора снимается постоянное напряжение различной величины и полярности,В случае использования импульсовпилообразной формы для запуска разверток двухлучевого осциллографа иодновременной выдачи двух контрольныхсигналов с выходов коммутаторов 18 и19 выхода в генераторе предусмотреныдополнительные выходы Г 1 Г и ЕУ сигналов пилообразной формы.Предлагаемый программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений обеспечивает полноеисключение каких-либо ручных операций при установке необходимых параметров выходных сигналов генератора;повышение на несколько порядков точности и быстродействия работы генератора; возможность дистанционногоуправления генератором от ЦВМ илидругого пункта управления; воэможность работы генератора по заранеезаданной программе; возможность выполнения генератора на интегральныхэлементах микроэлектроники. формула изобретения Программный генератор периодических сигналов и постоянных напряжений, содержащий задающий блок, выполненный по схеме: Фазирующая ВС цепь,например мост Вина - усилитель; Формирователи импульсных сигналов, вчастности два Формирователя импульсовпрямоугольной формы типа "меандр"и два формирователя импульсов пилообразной формы; аттенюаторы синусоидальных и импульсных сигналов; фазовращатель, .выполненный в составеквадратурного расщепителя фазы, коммутатора квадрантов, двух преобразователей код-накпряжение и суммирующего каскада; сумматор импульсов, дваограничителя полярности, две Фильтрующие цепи и регистр памяти, одчииз выходов которого соединены с управляющими входами коммутатора квадрантов и преобразователей код-напряжение, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью программного управленияот цифровой вычислительной машиныамплитудой, частотой, фазой и Формойвыходных периодических сигналов, величиной и полярностью выходных постоянных напряжений, в него введеныв качестве регулировочных конденсаторов Фазирующей ВО цепи преобразо"ватели код-емкость, в качестве регулировочных резисторов фазирующей В 6цепи и аттенюаторов синусоидальных иимпульсных сигналов - преобразователикод-сопротивление, в качестве распределителей выходных сигналов - двакоммутатора выхода; выход преобразователя код-соп аттенюатора сигналов синусоидальной формы соедийен со входом квадратурного расщепителя Фазы фазовращателя, а такжесо входомпервого формирователя прямоугольных импульсов типа "меандр",выход суммирующего каскада Фазовращателя соединен со входом второгоформирователя прямоугольных импульсов типа "меандр", выходы формирователей прямоугольных импульсов типа"меандр" соединены со входами преоб-разователей код-сопротивление аттенюаторов сигналов прямоугольной формы,выходы которых, в свою очередь, соединены со входами сумматора импульсов, выходы сумматора импульсов соединены со входами ограничителейполярности, выходы ограничителей по лярности соединены со входами фильтррующих цепей, выходы Фильтрующихцепей, ограничителей полярности, сумматора импульсов, суммирующего каскада Фазовращателя, преобразователей Щ код-сопротивление аттенюаторов сиг налов синусоидальной и импульснойФорм соединены со входами коммутаторов выхода, а управляющие входы преобразователей код-емкость, код-сопротивление и коммутаторов выхода соединены с одним из выходов регистрапамяти. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе З 1. Авторское свидетельство СССР Р 391698, кл. Н 03 С 3/06, 25.07.73,2. Патент США Р 3909748,кл. 331-117, опублик. 30,09.75. 3. Заявка Великобритании Р 1329621 35 кл. Н 3 й Н 3 Т, Ьпублик. 12.09.73.ставитель В. Седовхред Е,Гаврилешко Корректор Н маковская Редактор нец но аказ 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,059/58 Тираж 995 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж"35, Раушс