Источник калиброванных напряжений

(54) ИСТОЧНИК КАЛИ АПРЯЖЕОВАНН нои ф отри зи с(57) Изоным истотуры, Цевышениеональных тносится ретение никам п лью изоб очности яжения эл 18 еиног рител а 21. л зможн.Фф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(46) 15,01.87; Бюл. Р 2 (71) Киевский политехнический инст тут им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю,М. Туз, Ю.С. Шумков, В,В, Б халов, С.П. Кукарека, М.В. Годенко и В,И,Швец(53) 621.316,722(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР 1 ф 612218, кл. С 05 Р, 1978Авторское свидетельство СССР У 1191892, кл. С 06 Р 1/44, 1984. тания радиоаппараетения является пои расширение функцистей источника калиброванных напряжений. Цель достига ется путем кусочно-нелинейной апроксимации выходного напряжения, которая происходит в результате нелинейного функционального преобразования кусочно-линейного сигнала развертки, формируемого на входе нелинейного элемента 10. Сигнал развертки воспроизводится с предискажениями формы кривой с помощью источника 1 опор ного напряжения, ключей 2 и 3, усили теля 5, интегрирующих и запоминающих конденсаторов 14 и 6 с коммутаторами 15 и 17. Корректировка производит ся по отдельным участкам кривой заданормы напряжения за счет действияцательной импульсной обратной свявыхода источника по мгновенным значениям выходного на мощью интегратора 9,не мента 10, ключа 19, по запоминающего конденса3726 15 1 128Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам переменного напряжения, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля и управления.Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданной формы кривой выходного напряжения источника, а также расширение функциональных воэможностей источника,На фиг.1 представлена структурная схема источника калиброванных напряжений; на фиг.2 - пример построения преобразователя кода во временные интервалы; на фиг.З - пример построения нелинейного элемента; на Фиг.4- временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Входом повторителя 18 напряженияпреобразователь 22 кола во временные интервалы, первым входом соединенный с выходом блока 23 памяти,вторым входом - с выходом генератора 24 опорной частоты, а первым,вторым,третьим, четвертым и пятым выходами - с управляющими входами ключей 2, 3, 6, 13 и 19 соответственно,счетчик импульсов 25, входом подключенный к третьему выходу преобразователя 22 кода во временные интервалы,а выходом - к управляющим входам коммутаторов 16 и 17 и к первому входу блока 23 памяти, второй вход которого подключен к,клемме 26 для подключения источника управляющих сигналов.Источник 1 опорных напряжений выполнен двухполярным и содержит опорные элементы 2 и 28, служащие для получения опорных эталонных напряже25 40 45 50 55 Источник калиброванных напряжений содержит источник 1 опорных напряжений, первый и второй выходы которого соответственно через первый 2 и второй 3 ключи соединены вместе и затем через первый резистор 4 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 5, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход через последовательно соединенные третий ключ 6, первый повторитель 7 напряжения, второй резистор 8, интегратор 9 и нелинейный элемент 10 подключен к выходной клемме 11, цепь обратной связи, выполненную в виде последовательно соединенного третьего резистора 12 и четвертого ключа 13, включенную между инвертирующим входом операционного усилителя 5 и выходной клеммой 11, Я интегрирующих конденсаторов 14, одними из выводов соединенных вместе и подключенных к инвертирующему входуоперационного усилителя 5, а другими выводами через первый коммутатор 15 - к выходу операционного усилителя 5, Ю запоминающих конденсаторов 16,одними из выводов соединенных вместе и подключенных к входу первого повторителя напряжения 7, а другими выводами через второй коммутатор 17 - к общей шине, второй повторитель напряжения 18, входом через пятый ключ 19 подключенный к выходу интегратора 9, а выходом через четвертый резистор 20 - к входу интегратора 9, (Я + 1)-й запоминающий конденсатор/ 21, включенный между общей шиной и ний соответственно положительной и отрицательной полярности.Преобразователь 22 кода во временные интервалы (фиг.2) содержит счетчики импульсов 29 - 31, дешифраторы32 и 33,одновибратор 34,триггеры 3539, схему ИЛИ 40, инвертор 41, схемы И 42 и 43. Нелинейный элемент 10 (Фиг,З) содержит согласованную пару биполярныхтранзисторов 44 и 45, включенных дифференциально, источник 46 тока, операционный усилитель 47, резисторы 48 -51 и реализует нелинейную Функцию преобразования в виде Функции гиперболического тангенса. Блок 23 памяти выполнен в виде оперативного запоминающего устройства, или в виде электрически программируемого или репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, в которое предварительно заносится набор кодов установки узловых ординат кусочно-нелинейно аппроксимированнойкривой, формируемой на выходе источника,а также коды установки длитель.ности отдельных участков аппроксима.ции формируемой кривой. В случае использования постоянных запоминающихустройств (ПЗУ) код управления, подаваемый на клемму 26 от внешнего источника управляющих сигналов, выбирает область памяти ПЗУ. Цикличноесчитывание информации с выбраннымвходным кодом управления области памяти ПЗУ происходит кодом счетчика25 тактов.Генератор 24 опорной частоты выполнен с кварцевой стабилизацией частоты выходного сигнала.Источник калиброванных напряжений работает следующим образом,Счетчик 25 подсчитывает импульсы тактов, формируемые преобразователем 22 кода во временные интервалы, и своим кодом последовательно задает 10 адреса ячеек памяти блока 23 памяти, а также управляет коммутаторами 15 и 17. Длительность тактов определяется длительностью отдельных участков аппроксимации, формируемой источником кривой (фиг.4,а). Коммутаторы , 15 и 17 периодически повторяющимися циклами осуществляют последовательное включение в цепь обратной связи операционного усилителя 5 интегрирующих 2 О конденсаторов 14, а также подключение к общей шине запоминающих конденсаторов 16 соответственно, Причем вом такте при формировании з-го участка выходного сигнала источника в цепь 25 отрицательной обратной связи операционного усилителя 5 коммутатором 15 включается 1-й интегрирующий конденсатор 14, а к общей шине коммутатором 17 подключается 1-й запоминающий кон денсатор 16. Синхронно с подключением конденсаторов 14 и 16 коды установки.узловых ординат формируемой кривой, а также коды установки длительности отдельных участков аппроксимации фор-З 5 мируемой кривой считываются с блока 23 памяти, поступают на первый, вход преобразователя кода 22 во временные интервалы, на второй вход которого подаются импульсы опорной частоты с 40 генератора 24 опорной частоты, и преобразуются в интервалы времени (в виде управляющих импульсов) управления ключами 2, 3 , 6, 13 и 19. Интервалы времени Т управления ключами 45 2 и 3, равные Т ; = Т, Мпропорциональным кодом Х установки узловых ординат формируемой кривой, где Т - период следования импульсовопорной частоты,- номер участка 5 р аппроксимации, При помощи ключей 2 и 3 из эталонного напряжения +Ео положительной и -Е отрицательной поолярности, снимаемых с опорных элементов 27 и 28 соответственно, фор мируется в виде импульсов эталонного наряжения (фиг,4 ж) двухполярный широтно-модулированный опорный импульсный сигнал (ШИК-сигнал). Интервалы времени Т между короткимиипо длительности импульсами управления ключами 6 и 19 (фиг,4 д, е) равны между собой Т = Т Х где Их о хх код установки длительности отдельных участков аппроксимации формируемой кривой, и задают длительность тактов, а также длительность отдельных участков аппроксимации формируемой кривой. Интервалы времени То = Т И , где И - некоторое постоянное число, задают длительность импульсов выборок выходного напряжения источника ключом 13, Импульсы выборок (Лиг, 4,г) образуют сигнал обратной связи с выхода источника.Стробирование выходного напряжения источника происходит в узлах аппроксимации, сформированной на выходе источника результирующей кривой. Напряжение, записанное на запоминающих конденсаторах 16, при подключении их к общей шине последовательно периодическими циклами считывается, при этом формируется ступенчато-изменяющийся сигнал (фиг.4,в) и через повторитель 7 напряжения, имеющий большое входное сопротивление, и резистор 8 подается на вход интегратора 9, В конце каждого такта интегрирования сигнала (фиг.4,в) выходное напряжение интегратора 9 (фиг,4, б) под действием короткого по длительности импульса управления ключом 19 (фиг.4, е) считывается, переписывается на запоминающий конденсатор 21 и через повторитель 18 напряжения и последовательно включенный с ним резистор 20 вновь подается 1на вход интегратора 9. При постоянстве тактов интегрирования, а такжетпри1 - -с 1 где С - значениеКСемкости конденсатора интегратора 9; К - сопротивление резистора 20, реакция интегратора 9 на каждый импульс напряжения прямоугольной формы,считанного с конденсаторов 16, имеет вид импульса треугольной формы с амплитудой, пропорциональной считанному напряжению, и длительностью,равной двум тактовым интервалам, За счет суммирования треугольных импульсов на выходе интегратора формируется результирующий кусочно-линейно изменяющийся сигнал (фиг,4, б), образующий сигнал развертки.на входе нелинейно 5 1283726 бго элемента 10. Выходной сигнал исто щих конденсаторах 14 разностный сигчника (фиг.4,а) образуется в резуль- нал поправки етремится к нулю.тате нелинейного функциональногоТаким образом происходит кусочнопреобразования нелинейным элементомнелинейная аппроксимация формируемой10 кусочно-линейно изменяющегося сигисточником кривой. Цепь форМированиянала развертки фиг.4 б,выходного сигнала источника охвачеИмпульсы выборок выходного напря- на отрицательной импульсной обратнойжения источника (фиг,4 г), формируе- .связью по мгновенным значениям выходмые ключом 13, сравниваются по вольт О ного напряжения в моменты времени егосекундной площади с импульсами опор- стробирования в узлах аппроксимации.ного ШИИ-сигнала (фиг.4,ж), Сравнение При этом значения ординат сформиропроисходит в процессе их интегрирова- ванной на выходе источника результиния на одном из интегрирующих конден- рующей кусочно-нелинейной аппроксисаторов 14, включенном в данном так мированной кривой устанавливаются сте в цепь обратной связи операционно- высокой точностью равными заданнымго усилителя 5, при этом полярность пропорционально длительности импульопорного напряжения противоположна. сов опорного напряжения, задаютсяполярности формируемого источником кодами, занесенными в блок памяти, инапряжения. Образованный на -ом 20 не зависят от нестабильности параметинтегрирующем конденсаторе 14, вклю- ров блоков и узлов формирующей цепи.ченном в 1-ом такте в цепь обратной Нелинейный элемент, включенный в прясвязи операционного усилителя 5,раз- мой цели источника, обеспечивает форностный сигнал в виде поправки сум- мирование отрезков нелинейных функмируется с накопленным на этом кон ций, аппроксимирующих по отдельнымденсаторе напряжением поправок за участкам между нормированными значепредыдущие циклы развертки формиру- ниями в узлах аппроксимации формируемого источником переменного напря- емый источником сигнал. Погрешностьжения и запоминается. Сигнал с по- из-за конечной длительности импульправкой, образованный на -ом кон- ЗО сов выборок выходного напряжения исденсаторе 14, в следующем цикле с точника, которая определяется напеначалом соответствующего ему 1-го ред заданной формой, а также частоучастка выходного сигнала источника той выходного сигнала источника, нопод действием короткого по длитель- сит систематический характер и проности импульса управления ключом 6является в нелинейности преобразо(фиг.4, д) считывается, переписывает- вания кодов установки отдельных узся на -й запоминающий конденсатор ловых ординат формируемой кривой в16, подключенный в данном такте к соответствующие ее значения. Эта пообщей шине, и служит для отработки грешность может быть легко учтенав данном -ом такте более точного4 о- при задании значений узловых ординатзначения -й узловой ординаты,фор- и скомпенсирована.мируемой источником кривой. Отработ- Частота выходного сигнала источка отдельных, изменяющихся от такта ника определяется числом и длительк такту преобразования дискретных ностью участков аппроксимации фор 1 значений узловых ординат формируемой 4, мируемой кривой и задается кодами,кривой на каждом участке аппроксима- занесенными в блок памяти. При этомции происходит независимо друг от дру-, стабильность частоты выходного сигга, а конечное время их отработки за нала источника определяется стабильнесколько тактов преобразования не костью опорной частоты.влияет на точность их отработки.Про Преобразователь 22 кода во врецесс установления выходного напряже- менные интервалы (фиг,2) работаетния источника носит итерационный ха- следующим образом. Импульсы опорнойрактер и осуществляется за несколько частоты с выхода генератора опорнойциклов его развертки, В установившем- частоты 24 поступают на счетные вхося режиме происходит уравновеаивание 55 ды счетчиков 2 о - 31 импульсов, Навольт-секундных площадей импульсов вход записи информации счетчика 29опорного ШИМ-сигнала и импульсов вы- подается код Юустановки длительноборок выходного напряжения источника. сти отдельных участков аппроксимацииФормируемый при этом на интегрирую- формируемой кривой, считываемый с блоИсточник калиброванных напряжений, содержащий источник опорного напряжения, выходом через последовательно соединенные первый ключ и первый резистор подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход через второй ключ подключен к входу повторителя напряжения, последовательно 7 1283 ка 23 памяти; На вход записи информации счетчика 31 подаются коды И . установки узловых ординат формируемой кривой, поочередно считываемые с началом каждого такта с блока 23 памяти. Счетчики 29 и 31 работают в режиме вычитания. Коды Ии И, в каждом такте записываются в счетчики 29 и 31. Считывание кодов происходит импульсами опорной частоты Г = 1/Т, Ю В момент перехода кода счетчика 29 в состояние И , где И, - некоторое постоянное число, задающее длительность импульсов управления ключом 13, срабатывает дешифратор 32 и ус танавливает в состояние "1" триггер 35. В момент перехода кода счетчика 29 в состояние И, где И, - некоторое постоянное число, задающее длительность импульсов управления ключом 19, срабатывает дешифратор 33, устанавливающий в состояние "1" триггер 36. В момент перехода кода счетчика 29 в состояние "0" из сигнала 25 переноса, формируемого на выходе переноса счетчика 29, одновибратором 34 формируется импульс установки в состояние "0" триггеров 35 и 36 и в состояние "1" триггера 37. Этот импульс определяет начало спедующего такта преобразования и по входу управления предустановки счетчика 29 разрешает запись в него кода И ,считанного с блока 23, Передний Фронт сигнала на прямом выходе триггера 37 производит смену состояния счетчика 25 тактов, формирующего при этом код адреса следующей ячейки памяти блока 23; При установке триггера 37 в состояние " 1" на инверсном выходе триггера происходит снятие сигнала установки в состояние "О" счетчика 30, разрешающего при этом работуи счетчика 30. С приходом И= 2 . 45 импульсов опорной частоты на счетный вход счетчика 30, где И , - постоянное число, задающее длительность импульсов управления ключом 6, причем Ио, = И , на выходе и-го разряда счетчика 30 формируется сигна,п, сбрасывающий в состояние "0" триггер 37 и устанавливающий тем самым в состояние "0" счетчик 30, Одновременно сигнал с п-го разряда счетчика 30 разрешает запись в счетчик 31 кода И , считанного в начале 1-о такта ( 21 ф1 с блока 23 памяти, устанавливает в состояние "1" триггер 38, управляющий 726 8ключом 2,либо триггер 39,управляющий ключом 3, в зависимости от полярности формируемого в данном такте импульса опорного напряжения. При положительной полярности импульсов опорного напряжения разрядом управления полярностью, считываемым с блока 23 памяти, открывается схема И 42, разрешающая при этом прохождение импуль" са установки в состояние 1 триггера 38. При отрицательной полярности импульсов опорного напряжения разрядом управления полярностью через инвертор 41 открывается схема И 43, разрешающая прохождение импульса установки в состояние "1" триггера 39. При списании импульсами опорной частоты числа И , записанного в счетчик 31, в момент перехода кода счетчика 31 в состояние "0" импульс с выхода переноса счетчика 31 через схему ИЛИ сбрасывает триггеры 38 и 39 в состояние "0", При этом длительность импульсов управления ключами 2 и 3, формируемых триггерами 38 и 39, равна Т; = Т, И,; . На выходах триггеров 35 и 36 в конце каждого такта преобразования формируются импульсы длительности Т , = Т, И Т = Т И , управляющие соответствейно ключами 13 и 19, и в начале каждого такта на прямом выходе триггера 37 формируются импульсы длительности Т , = Т И , управляющие ключом 6, Ллительность тактов, образованная интервалами времени между передними фронтами импульсов управления ключами 6 и 19, равна Т = Т, И. Пля нормального функционирования источника должно выполняться соотношение Т И Т, (И + И,). Если И( И + Й, то импульс управле" ния предустановкой счетчика 29 через схему ИЛИ 40 сбрасывает триггеры 38 и 39 в состояние "О". Формула изобретения1283729соединенные третий ключ и второй резистор, включенные между выходной клеммой и инвертирующим входом операционного усилителя, И интегрирующих конденсаторов, одними из выводов соединенных вместе и подключенных к инвертирующему входу операционного усилителя, а другими выводами через первый коммутатор - к выходу операционного усилителя, Я запомина- Ю ющих конденсаторов, одними из выводов подключенных к входу повторителя напряжения, а другими выводами через второй коммутатор - к общей шине, счетчик импульсов,. выходом подключен ный к управляющим входам первого и второго коммутаторов и к первому входу блока памяти, второй вход которого подсоединен к клемме для подключения источника управляющих сигна лов, а вьгход - к первому входу преобразователя кода во временные интервалы, вторым входом подключенного к выходу генератора опорной частоты, а первым, вторым и третьим выходами - к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены интегратор, нелинейный элемент, реализующий функцию гиперболического тангенса, второй повторитель напряжения, третий и четвертый резисторы, четвертый и пятый ключи, а также (И + 1)-й запоминающий конденсатор, причем источник опорного напряжения выполнен двухполярным и вторым выхолом через четвертый ключ подключен к точке соединения первого резистора с первым ключом, выход первого повторителя напряжения через третий резистор подключен к входу интегратора, выход которого через нелинейный элемент подключен к выходной клемме, выход второго повторителя напряжения через четвертый резистор подсоединен к входу интегратора, а выход через пятый ключ - к выходу интегратора,(М + 1)-й запоминающий конденсатор включен между общей шиной и входом второго повторителя напряжения, управляющие входы четвертого и пятого ключей подключены к четвертому и пятому выходам преобразователя кода во временные интервалы. О т,к 13