Управляемый генератор ступенчатого напряжения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 и 953705(51) М. Кл. Н 03 К 4/02 3 Ъеударстеенай камнтет СССР дю денем нзебретеннй н отерытнй(72) Автор изобретения А,А. Гибадуллин Ордена Трудового Красного Знамени институт физикиметаллов Уральского научного центра АН СССР(4) УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СтУПЕНЧАтОГО НАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к импульсной технике .и может быть использовано,например, в качестве формирователяступенчатого напряжения в целях развертки аналоговых величин,Известен генератор ступенчатогонапряжения, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик, триггер,коммутатор и цифро-аналоговый преобразователь,Переключение с восходящей ветвинапряжения на нисходящую осуществляется тем, что коммутатор, управляемый триггером, подключает входы цифро-аналогового преобразователя либок прямым выходам счетчика, либо к инверсным 1).Недостатками указанного генератора являются отсутствие регулировоквысотой ступенек на обоих ветвях напряжения, невозможность задать, кроме линейного, другого закона изменения выходного напряжения, а такжеограниченность функционального ис 2пользования содержащихся в нем блоков.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования аналог-код-аналог с внутренней памятью кода, первый и второй источники напряжения, первые разнополярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напряжения 121.Недостаток устройства - ограниченность диапазона управления законом изменения выходного напряжения.Целью изобретения является расширение диапазона управления законом изменения выходного напряжения.Поставленная цель достигается тем, что в управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования, первый ивторой источники напряжения, первыеразнополярные выходы которых обьединены, а вторые разнополярные выходыподключены соответственно к первомуи второму выходам переключателя напряжения, введен аттенюатор, вход которого подключен к выходу блока двойного преобразования, выход - к входуФпереключателя напряжения, первые разнополярные выходы первого и второгоОисточников напряжения подключены квходу блока двойного преобразования.На фиг. 1 изображена структурнаяэлектрическая схема устройства; нафиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит блок 1 двойного преобразования аналог-код-аналогс внутренней памятью кода; первый ивторой источники 2 и 3 напряжения, 20переключатель 4 напряжения, аттенюатор 5. Блок 1 двойного преобразованияаналог-код-аналог с внутреннейпамятью кода содержит, например,входной элемент 6, источник 7 опорного напряжения, переключател 8 рода измерения, усилитель 9 постоянного тока, сигнальный и нулевой компараторы 10 и 11, логический элемент 12, счетный блок 13, блок 14 зопамяти кода, элемент 15 стробоскопической индикации, хронизатор 16,блок 17 автоматики, генератор 18 пилообразного напряжения, генератор 19счетных импульсов, формирователь 20импульсов памяти и сброса, элемент21 определения полярности и перегрузки, цифро-аналоговый преобразователь 22,Устройство работает следующим об оразом.Рассмотрим вначале работу блока 1двойного преобразования аналог-коданалог.Входное напряжение, поступающеена вход входного элемента 6, приводится в нем к номинальному пределуи в нормализованном виде подводитсяк переключателю 8 рода измерения,к которому также подведено напряжение калибровки с источника 7 опорного напряжения. Напряжение, снимаемоес выходного контакта переключа ля 8рода измерения, усиливается усилителем 9 постоянного тока и с выходаего поступает на один из входов сигнального компаратора 10, В нулевомже компараторе 11 на одном из входовподдерживается напряжение нулевого уровня. На другие входы компараторов 10 и 11 с выхода генератора 18 подводится напряжение пилообразной формы с частотой 500 Гц. Генератор 18 пилообразного напряжения управляется импульсами разряда, поступающими из блока 17 автоматики с частотой 50 Гц и скважностью 10 синхронно с частотой сети.Логический элемент 12, представляющий собой схему совпадения, пропускает на счетный блок 13 тактовые импульсы с выхода генератора 19 счетных импульсов лишь тогда, когда на всех трех входах логического элемента 12 одновременно появится нулевой уровень. На двух входах, связанных с выходами компараторов 10 и 11, одновременное наличие нулевых уровней возникает в момент достижения пилообразного напряжения на входе нулевого компараторанулевого потенциала и продолжается до момента достижения пилообразного напряжения уровня сигнала, Таким образом, длительность одновременного наличия нулевых уровней на выходах компараторов 10 и 11 является линейной функцией от уровня измеряемого напряжения, На третьем же входе логического элемента 12, соединенном с выходом блока 17 автоматики, импульс нулевого уровня появляется лишь после прихода из хронизатора 16 в блок 17 автоматики импульса цикла измерения, которые при автоматическом режиме работы хронизатора 16 следуют с периодом Т (0,1-5) с. При этом блок 17 автоматики на своем выходе, связанном с входом логического элемента 12, формирует лишь один импульс нулевого уровня длительностью 2 мс, действующий в течение прямого и обратного хода пилообразного напряжения, Таким образом, после действия на входе блока 17 автоматики импульса цикла измерения, логический элемент 12 пропустит из генератора 19 в счетный блок 13 одиночный пакет счетных импульсов, число в котором линейно зависит от измеряемого напряжения.На выходе счетного блока 3 появится код поступившего числа импульсов. Этот код поступает на вход блока 14 памяти кода. По окончании счета блок 17 автоматики запускает формирователь 20 импульсов памяти и сброса, который вначале выдает в блок 14 памяти кода импульс памяти, а затем в счетный блок 13 - импульссброса. Таким образом, вначале вблок 14 памяти записывается информация о состоянии счетного блока 13,который затем импульсом сброса устанавливается в исходное состояние,Блок 14 памяти хранит информацию нетолько между циклами отсчета, но иво время счета, поскольку импульс памяти поступает вблок 14 памяти во 1 Овремя обратного хода пилообразногонапряжения, когда уже счет закончился,Выходной код блока 14 памяти кода поступает в элемент 15 стробоскопической индикации, управляемый блоком 17 автоматики и элементом 21 определения полярности и перегрузки,который следит за состоянием счетного блока 13. Выходы блока 14 памяти 20кода подведены также на входы цифроаналогового преобразователя 22, навыходе которого появляется напряжение, величина которого пропорцио нальна напряжению на входе входного 25элемента 6 и совпадающее с ним пополярности. Аттенюатор 5 приводит напряжение, снимаемое с выхода цифроаналогового преобразователя 22, к необходимому уровню, Блок 1 двойногопреобразования аналог-код-аналог свнутренней памятью кода формирует выходное напряжение Окоторое отличается от измеренного О на множитель К, равный коэффициенту преобразования всего блока: Оць 1 х = К ОвхФормирование ступенчатого напряжения с различными законами изменения происходит при образовании положительной обратной связи между выходоми входом преобразователя. Включениев цепь обратной связи разнополярныхисточников напряжения позволяет изменять высоту ступенек, а регулировка коэффициента преобразования Кобеспечивает тот или иной закон изменения ступенчатого напряжения,Рассмотрим процесс Формированияступенчатого напряжения при коэффициенте преобразования К = 1.50Пусть выход аттенюатора 5 соединен через переключатель 4 напряжения с отрицательным полюсом источника2 напряжения (фиг, 1), с выходов которого снимается напряжение Е . Пред 55положим также, что к первому рассматриваемому моменту времени(фиг. 1) записан код нуля, В этот момент на выходе аттенюатора 5 будет О, = О (фиг. 26), а на входепреобразователя аналог-код-аналог будет действовать напряжение ОввхЕ (фиг. 2 а) .В интервале с-спроисходит первый рассматриваемый цикл преобразования аналог-код, в течение которогоблок 14 памяти кода хранит ранее записанный код нуля. Поэтому входноеи выходное напряжения всего устройства остаются в интервале с-С(фиг. 2 а.б) неизменными и равнымиОных = О О вх = Е, В момент временис 2 (фиг. 2 а,б), являющийся концомпервого рассматриваемого цикла преобразования, в блоке 14 памяти кодапроизойдет перезапись информации изапишется код напряжения Е, которое после преобразования цифро-аналоговым преобразователем 22 выделитсяна его выходе в аналоговом виде. Поскольку цифро-аналоговый преобразователь 22 осуществляет преобразование практически мгновенно, то интервал с-с (фиг. 2 а,б) является циклом двойного преобразования аналогкод-аналог. Так как с помощью аттенюатора 5 коэФФициент преобразования К установлен равным единице,то на его выходе появится напряжение ОВь, -- 1 (фиг. 26), Это приведетк тому, что напряжение Овх изменитсяи станет равным О вх = 2 Е (фиг. 2 а).Интервал с -с (фиг. 2 а,б) являетсярегулируемым временем покоя, котороесовместно с последующим временем ,Сз-С 4 (фиг. 2 а,б) преобразования аналог-код образует время индикациии определяет длительность горизонтальной площадки ступенчатого напряжения. В течение всего времени индикации с - с(фи г, 2 а, 6) блок памя тикода храйит записанную информацию,поэтому напряжения остаются равными: Овых = Е Овх = 2 Е (фиг 2 а б)По окончании второго цикла преобразования с (фиг. 2 а,б) на выходе аттенюатора 5 появится напряжение Овых= 2 Е (фиг. 26), ранее действующее на входе блока двойного преобразования, На входе при этом окажется напряжение на величину Е больше чем Овь т.е. О вх = 3 Е (Фиг. 26). Из изложенного ясно, что после каждого цикла преобразования величины Ооь,х и ОВх будут возрастать на величину Е. В этом случае напряжение ап-, проксимируется линейной функцией, 9537058Если по достижении на выходе заданного напряжения О 0 (фиг. 2 а,б) установить Е = 0, то будет иметь место равенство Овх = Ов,= О, кото. рое в продолжении следующих циклов преобразования будет оставаться неизменным. Генератор в этом случае генерирует постоянный уровень. Кроме того, Фиксирование выходного напряжения на заданном уровне можно произвести путем отключения автоматического запуска аналого-цифрового преобразователя, Наличие кнопки ручного 10 одиночного запуска позволяет изменятьвыходное напряжение на одну ступеньку,5Если в момент й находящийся впределах какого-либо интервала покоя(фиг. 2 аб) переключателем 4 напряжения (Фи г. 1) подключить к выходу аттенюатора 5 положительный полюс источника 3 с напряжением Е то напряжение на выходе аттенюатора 5 останется прежним, т.е. равным О О(фиг. 26), а на входе блока двойногоперобразования напряжения станет равным Овх = О о = Е(фиг. 2 а) . Эти напряжения останутся неизменными до конца последующего цикла преобразования аналог- код-аналог, происходящего в интервале й -й 1 (фиг. 2 а,б). В момент 1 окончания этого цикла произойдет изменение этих напряжений которые станут равными Овь,- О О Е, (фиг. 2 б) О вх = Оо 2 Еу (Фиг. 2 а). Ясно, что после каждого цикла преобразования напряжения Ов ц,и О в этом случае будут уменьшаться на величину Е 2 т.е, при этом будут формироваться нисходящая ветвь ступенчатого напряжения с линейной аппроксимацией, Независимая регулировка напряжений Е и Е , снимаемых с источников 2 и 3, позволяет изменять высоту ступенек на восходящей и нисходящей ветвях напряжения независимо друг от друга, причем высотуступенек можно устанавливать равными 12 й высоту единичной ступеньки,Рассмотрим процесс Формированиянапряжения при К Ф 1,Предположим, что выходное напряжение зафиксировано на уровне Оь,х == ОО (йО фиг. 2 в), а переключатель 1напряжения находится в левом положении (фиг. 1), Установим Е= 0 иК = 1. При этом О= Овь,х= О 0. После запуска преобразователя напряжение с его выхода передается на входаттенюатора уменьшенным. При этомформируется нисходящая ветвь по показательному закону О В, - О Кгде и - номер цикла преобразования,Если в момент й О (Фиг, 2 в) установ.лен К1, то выходное напряжение скаждым циклом преобоазования возрастает в К раз, т.е, формируется восходящая ветвь по показательному законуО , -К , На фиг. 2 в приведены эпюры ступенчатого напряжения с показательным законом изменения для К = 1/2(нисходящая ветвь) и К = 2 (восходящая ветвь),Формирование ступенчатого напряжения по закону геометрической прогрессии при К Ф 1 происходит в томслучае, если напряжение Оь,х передается на вход преобразователя с добавлением напряжения Е 1, снимаемого систочника 2.Пусть в течение первого рассматриваемого цикла преобразования аналогкод-аналог (с 0-. фиг, 2 г,д,е,ж)Оеых = 0 (фиг, 2 д,ж). При этом Овх =Е (Фиг. 2 г,е). По окончаниипервого цикла измерения (1фиг, 2 г,д,е,ж) на выходе появляетсяна пряже ни е О вь х = КЕ 1 (фи г. 2 д, ж),а на входе - напряжение Овх = Оь 1 х++ Е= КЕ 1+ Е = Е (1 + К) (фиг.2 г,е).После второго цикла преобразованиянапряжения станут следующими; ОВЬ 1- -ЕК(1 + К) = КЕ + КЕ (фиг.2 д,ж),О= Е + КЕ+ К Е (фиг. 2 г,е).Из дальнейшего рассмотрения легковидеть, что оба напряжения изменяются по закону геометрической прогрессии, причем Овх = Е 1(1 + К + К ++ К ), где и = 1,2., -. номер цикла преобразования.При К ) 1 напряжение определяетсясуммой расходящегося ряда геометрической прогрессии (Фиг. 2 г,д; К = 2)при К (- суммой сходящегося ряда(фиг. 2 е,ж; К = 1/2).Предлагаемое устройство позволяет сформировать ступенчатое напряжение, величина которого может быть представлена как разность двух величин, одна из которых изменяется по закону показательной функции, а другая суммой ряда геометрической прогрессии. Для этого при К Ф 1 и при наличии Овь,х -- ОО необходимо провести переключатель напряжения в правое положение.953705 Управляемый генератор ступенчатого напряжения, содержащий блок двойного преобразования, первый и второй источники напряжения, первые разно- полярные выходы которых объединены, а вторые разнополярные выходы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя напря о женияо т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона управления законом изменения выходного напряжения, в него введен аттенюа 10тор, вход Которого подключен к выходу блока двойного преобразования, выход - к входу переключателя напряжения, первые разнополярные выходы первого и второго источников напряжения подключены к входу блока двойного преобразования.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 687571, кл. Н 03 К 4/02, 20.01.77.2. Прянишников В,А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., "Энергия", 1976, рис. 4-34.аказ 6292 3035 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,аж 959 Под И Государственного комитет делам изобретений и открыт Москва, Ж, Раушская наб исное СССР М