Формирователь ступенчатого напряжения

СОЮЗ СОВЕТСЦ)ХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) А 4 Н 03 К 4/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 6:.0 ЮЖ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(53) 62.374(08У 43 и В.В.Нечаев 8) ельство ССС 4/02,го напряжения тельство СССР3 К 4/02,ого зв й вх ател сод ержащи3, выхо е А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретесной техникено В Высокотолов. Цель иэофункциональныхобеспечения ф ие относится к импульможет быть испольэова" ных генераторах сигнаретения - расширение возможностей эа счет рмирования ступенчатос характеристикой, колена. В формирователь, дной ключ 2, сумматор поминающие элементы1524165 4-6, выходные ключи 9-14, тактовыйгенератор 20, элементы ИЛИ 21, 22,введены запоминающие элементы 7, 8и выходные ключи 15-19. Тактовый ге"нератор 20 вырабатывает семифазныеимпульсы, под воздействием которыхпроисходит последовательная запись Изобретение относится к импульснойтехнике и предназначено для использования в формирующих устройствах с высокой стабильностью параметров выходного сигнала,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет обеспечения формированияступенчатого напряжения с характеристикой колебательного звена,На фиг.1 приведена структурная схема формирователя; на фиг.2-3 - эпюры,поясняющие работу формирователя; нафиг,4 - эквивалентная схема формирователя,формирователь содержит входную шину 1 входной ключ 2, сумматор 3, вы-ход которого подключен к входам первого 4, второго 5, третьего 6, четвертого 7 и пятого 8 запоминающих элементов, с первого по одиннадцатый выходные ключи 9-19. Выходы первого 4,второго 5, третьего 6 и четвертого 7запоминающих элементов через соответственно первый 9, второй 1 О, третий11 и седьмой 15 выходные ключи соединены с первым входом сумматора 3,второй вход которого соединен с выходом входного ключа 2. Выходы первого 4, второго 5 и четвертого 7 запоминающих элементов подключены соответственно к третьему, четвертомуи шестому входам сумматора 3 черезчетвертый 12, пятый 13 и восьмой 1645выходные ключи соответственно. Выходы первого 4, четвертого 7 и пятого8 запоминающих элементов подключенысоответственно к пятому, седьмому ивосьмому входам сумматора 3 черезшестой 14, девятый 17 и десятый 18выходные ключи соответственно. Выходвторого запоминающего элемента 5 через одиннадцатый выходной ключ 19подключен к девятому входу сумматора 3.Первый выход тактового генератора20 соединен с управляющими входамивходного ключа 2, одиннадцатого вынапряжения с выхода сумматора 3 в запоминающие элементы 8, 7, 4, 5. Запоминающий элемент 6 служит для промежуточного хранения напряжения. По выполняемой функции устройство эквивалентно сумматора и трем инерционным звеньям, соединенным в кольцо. 4 ил. ходного ключа 19 и пятого запоминающего элемента 8. Второй выход тактового генератора 20 соединен с управляющими входами седьмого 15, восьмого 16 и десятого 18 выходных ключей,а также с первым входом первого элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с управляющим входом третьегозапоминающего элемента 6. Третий выход тактового генератора 20 соединенс управляющим входом четвертого запоминающего элемента 7 и с первымвходом второго элемента ИЛИ 22, выход которого соединен с управляющимвходом третьего выходного ключа 11.Четвертый выход тактового генератора 20 соединен с управляющими входами первого 9, четвертого 12 и девятого 17 выходных ключей и с вторым входом первого элемента ИЛИ 21. Пятыйвыход тактового генератора 20 соединен с управляющим входом первого запоминающего элемента 4 и с вторымвходом второго элемента ИЛИ 22. Шестой выход тактового генератора 20соединен с управляющими входами второго 10, пятого 13 и шестого 14 выходных ключей и третьим входом первого элемента ИЛИ 21, Седьмой выходтактового генератора 20 соединен суправляющим входом второго запоминающего элемента 5 и третьим входомвторого элемента ИЛИ 22,Сумматор 3 представляет собой дифференциальный усилитель 23, между инвертирующим входом и выходом которого подключен резистор 24 обратной связи. Первые выводы с первого по девятый резисторов 25-33 являются соответствующими входами сумматора, Вторые выводы первого 25, второго 26, пятого 29, седьмого 31 и восьмого 32 резисторов соединены . с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 23, Вторые выводы третьего 27, четвертого 28, шестого 30 и цевятого 33 рези сторов соединены с инвер524165 тирующим входом диференциального усилителя 23.Инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 23 соединены также с общей шиной через5 десятый 34 и одиннадцатый 35 резисторы соответственно,Коэффициент передачи по первому входу сумматора 3 равен 1(К 1=1).10 К 2К 9 - коэффициенты передачи по другим входам сумматора 3.Запоминающие элементы 4-8 выполне" ны на ключе 36, конденсаторе 37 и усилителе 38, Выходная шина соединена с выходом четвертого запоминающего элемента 7.Параметры схемы запоминающего элемента выбрань так, чтобы выполнялись соотношения 20 такт работы формирователя в течение одного цикла.В первом такте работы формирователя, соответствующем наличию импульса по перному выходу тактового генератора 20 (фиг,2 а), включается входной ключ 2, и нходной сигнал, подаваемый на входную шину 1, проходит на второй вход сумматора 3 с коэффициентом К 2.Кроме того, в первом такте открывается одиннадцатый ныходггой ключ 19 г напряжение с выхода второго запоминающего элемента 5 подается на девятый вход сумматора 3 с коэффициентом К 9. На выходе сумматора 3 образуется разность указанных напряжений, которая заряжает когщенсатор 37 пятого запоминающего элемента 8, так как в первом такте включается также ключ 36 пятого запоминающего элемен- та 8Результирующее напряжение, получаемое на выходе пятого запоминающего элемента 8, рассчитывается по формуле К С(3) Все остальные ключи формирователяв первом такте работы находятся вразомкнутом состоянии,Во втором такте работы, соответствующем наличию импульса по второму выходу генератора 20 (фиг.2 б),входной ключ 2, одиннадцатый выходной ключ 19 и ключ 36 пятого запоминающего элемента 8 размыкаются, а выходные ключи 15, 16 и 8 замыкаются.При этом на выходе пятого запоминающего элемента 8 сохраняются напряжение, записанное в предыдущем такте,которое через замкнутый ключ 18 поступает на восьмой вход сумматора 3с коэффициентом передачи К 8.Кроме того, через замкнутые выходные ключи 15 и 16 напряжение свыхода четвертого запоминающего элемента 7 подается на первый и шестойвход сумматора 3 соответственно. Наныходе сумматора 3 образуется напряжение, равное алгебраической сугмеукаэанных напряжешгйкоторое заря"жает конденсатор 37 третьего з апоминающего элемента 6, так как егоключ 36 также замкнут сигналом управления, поступающим с второго выхгдатактового генератора 20 через первыйэлемент ИЛИ 21. Результирующее напряжение, получаемое на выходе третьС (2)где Е - выходное сопротивление сум 1матора 3 и ключа 36; 25С - емкость запоминающего конденсатора 37 в запоминающих элементах 4-8;К - входное сопротивление сог"вхласующего,усилителя 38 в 30запоминающих элементах 4-8Л)ь - длительность импульса тактового генератора 20;Т - период повторения циклаработы устройства.35При выполнении неравенстванапряжение, цо которого заряжается конденсатор запоминающего элемента независит от изменения значения его емкости, а при выполнении неравенства 40(2) напряжение на конденсаторе остается неизменным н течение времени Т,когда ключ запоминающего элементазакрыт,Усилитель 38 выполняет роль буфер 45ного усилителя и имеет коэффициентпередачи 1 (повторитель).Формирователь работает следующим,образом.Тактовый генератор 20 эа один50цикл работы Формирует последовательность из семи импульсов, которая повторяется с определенным периодом Т(фиг. 2 а-ж), При наличии импульса науправляющих нходах входного, выходного ключей ключей запоминающих элементов они включаются, а при Отсутствии выключаются, Каждому выходу тактового генератора 20 соответствует Пзэв "вх К 2 - Пээрн К 9(5) зэк ЗэЗего запоминающего элемента 6, рассчитывается по формуле баэз = 11 ээь 18 + 11,э - П э Е В третьем такте работы, соответствующем наличию импульса по третьему выходу генератора 20 (фиг.2 в), выходные ключи 15, 16 и 18 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкаются, а третий выходной ключ 11 замыкается управляющим сигналом, поступающим через второй элемент ИЛИ 22. При этом на выходе третьего запоминающего элемента 6 сохраняется напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый тре тий выходной ключ 11 поступает на первый вход сумматора 3, имеющий коэффициент передачи 1. ЭтОт сигнал 20 устанавливается на выходе четвертого запоминающего элемента 7, так как в третьем такте замыкается его ключ 36 и заряжается конденсатор 37, Напряжение рассчитывается по формуле 25 где П,найдено по формуле (4).В четвертом такте работы, соответствующем наличию импульса по четвертому выходу генератора 20 (фиг,2 г), выхОдной ключ 1 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 раэмькается, а первый 9, четвертый 12 и девятый 17 выходные ключи замыкаются, подклю 35 чая к первому, третьему и седьмому входам сумматора 3 соответственно выходы первого 4 и четвертого 7 запоминающих элементов. На выходе сумматора 3 образуется напряжение, равное ал гебраической сумме указанных напряжений, которое заряжает конденсатор 37 третьего запоминающего элемента 6, так как его ключи 36 также замкнут сигналом управленияпоступающим с 45 четвертого выхода генератора 20 через первый элемент ИЛИ 21. Результирующее напряжение, получаемое на выходе третьего запоминающего элемента 6, ассчитыв ется ил Р а о форму е"эь = "ьэ 18 + "зэ 1 "э14 (6) В пятом такте работы формирователя, соответствующем наличию импульса по пятому выходу генератора 20 (фиг.2 д), выходные ключи 9, 12, 17 и55 ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкается, а третий выходной ключ 11 замыкается управляющим сигналом, поступающим через второй элемент ИЛИ 22 от тактового генератора 20.При этом на выходе третьего запоминающего элемента 6 сохраняется напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый третий выходной ключ 11 поступает на первый вход сумматора 3, имеющий коэффициент передачи 1. Этот сигнал устанавливается на выходе первого запоминающего элемента 4, так как в пятом такте замыкается его ключ 36 и заряжается конденсатор 37. Напряжение рассчитывается по формуле где Бнайдено по формуле (6),В шестом такте, соответствующему наличию импульса по шестому выходу генератора 20 (фиг.2 е), выходной ключ 11 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкаются, а второй 10, пятый 13 и шестой 14 выходныеключи замыкаются, подключая к первому, четвертому и пятому входам сумматора 3 соответственно выходы второго 5 и первого 4 запоминающих элементов. На выходе сумматора 3 образуется напряжение, равное алгебраической сумме указанных напряжений, которое заряжает конденсатор 37 третьего запоминающего элемента 6, так как его ключ 36 также замкнут сигналом управления, поступающим с шестого выхода генератора 20 через первый элемент ИЛИ 21. Результирующее напряжение, получаемое на выходе третьего запоминающего элемента 6, рассчитывается по формуле В седьмом такте работы, соответствующем наличию импульса по седьмому выходу генератора 20 (фиг.2 ж), выходные ключи 10, 13 и 14 и ключ 36 третьего запоминающего элемента 6 размыкаются, а третий выходной ключ 11 замыкается управляющим сигналом, поступающим через второй элемент ИЛИ 22 от тактового генератора 20, При этом на выходе третьего запоминающего элемента 6 сохраняется напряжение, записанное в предыдущем такте, которое через замкнутый третий выходной ключ 11 поступает на первый вход сумматора 3, имеющий коэффициент передачи 1. Этот сигнал устанавливается на выходе второго запомина9152 ющего элемента 5, так как в седьмом такте замыкается его ключ 36 и заряжается конденсатор 37. Напряжение рассчитывается по формуле 10 4165 Т = -(13) Т на КЗ(9) ЪЭ 2 ЗЭЪф Выбирая различные значения коэффициентов передачи К 2-К 9 или варьируяпериодом повторения цикла решения Т,можно изменять параметры колебательного звена в широких пределах. Приэтом точность реализуемых параметровопределяется только точностью выполнения коэффициентов передачи сумматора 3 периода повторения цикла решения Т и не зависит от параметровконденсаторов запоминающих элементов(формулы 10-17),Если входной сигнал подавать навходы других ключей, а выходной сигнал снимать с других запоминающихэлементов, то формирователь может выполнять функцию одного или нескольких простых инерционных звеньев илидвойного инерционного звена. Есливыбрать равными нулю коэффициенты передачи по третьему, четвертому и шестому входам сумматора 3 (КЗ, К 4, К 6),то формирователь может выполнять функции одного или нескольких интеграторов (формирователей линейно нарастающего напряжения) при подаче входных40сигналов на вход соответствующегоключа устройства. Схемой формирователя (фиг,1) однозначно определяется соответствие запоминающих элементов (ЗЭ) функциональным узлам эквивалентной схемы колебательного звена (фиг.4)Так, инФормация сумматора (фиг.4) содержится в пятом запоминающем эле- Гменте 8 (фиг,1),первого инерционного звена ИЗ(фиг4) - в четвертом запоминающем элементе 7, второго инерционного звена ИЗ(фиг,4) - в первом запоминающем элементе 4, третьего инерционного звена ИЗ(фиг.4) - во втором запоминающем элементе 5. Третий запоминающий элемент 6 используется многократно для формирования функции инерционного звена для ИЗ, ИЗ, ИЗз. В первом такте работы устройства формируется функция суммирования, во втором и третьем - функция ИЗ в четвертом и пятом - функция ИЗ, в шестом и седьмом - функция где Б э найдено по формуле (8).На этом первый цикл работы формирователя заканчивается. Далее цикл повторяется с периодом Т в соответствии с работой тактового генератора 20Если на вход тактового формирователя подать единичный скачок напряжения, то на его выходе формируется напряжение с переходной характеристикой колебательного звена (фиг,3).Переходная характеристика колебательного звена обеспечивается за счет того, что оно является дискретно-аналоговым эквивалентом колебательного звена на операционных усилителях (фиг.4). В состав схемы колебательного звена входят три инерционных звена и сумматор. Обычно колебательное звено формируют на модели путем охвата отрицательной обратной связью инерционйого интегрирующего звена. Введение в контур обратной связи еще одного инерционного звена обеспечивает формирователю дополнительные свойства фильтрации,11 араметры колебательного звена. рассчитываются по следующим формулам.К = - (14); Т, = - ; (15)10 "э К 4ф 3 К 4 К = К 2 (16); К = К 9. (17) 1 Технический эффект от использования предлагаемого формирователя зак лючается в том, что по сравнению сизвестным он обеспечивает не толькоформирование двух независимых высокостабильных ступенчатых напряжений,нарастающих по линейному или экспоненциальному законам, или формирование высокостабильного ступенчатогонапряжения с переходной характеристикой двойного инерционного звена,но и формирование высокостабильногоступенчатого напряжения с переходнойхарактеристикой колебательного звена.Сформированные ступенчатые напряжения отличаются высокой стабиль524 65 1245 50 костью, так как их параметры определяются только суммарной нестабильностью коэффициентов передачи сумматора 3 и периода повторения цикла решения Т. При использовании н схемеформирователя ступенчатого напряжениявысокоточных резисторон легко достижима суммарная нестабильность коэффициента передачи, не превышающая7. Стабильность периода повторенияможет быть получена не хуже 0,07 прииспользовании н тактовом генераторе20 задающего кнарценого генератора.В формирователе полностью исключеныизменения параметров, обусловленныенестабильностью и начальными разбросами емкости конденсаторов, что позволяет более чем на,порядок поныситьточность и стабильность параметроввыходного сигнала формирователя, атакже обеспечить микроминиатюризациюустройства при реализации характеристик в области низких и инфранизкихчастот. формула изобретения Формирователь ступенчатого напряжения, содержащий первый, второй и третий ныходные ключи, входы которых соотнетственно подключены к выходам первого, второго и третьего запоминающих элементов, а выходы подключены к первому входу сумматора, второй вход которого через входной ключ соединен с входной шиной, выход сумматора подключен к входам первого, второго и третьего запоминающих элементов, тактовый генератор, первый выход которого подключен к управляющему входу входного ключа, первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соответственно соединены с управляющими входами третьего запоминающего элемента и третьего выходного ключа, четвертый и пятый выходные ключи, нходы которых соответственно подключены к выходам первого и второго запоминающих элементов, а выходы подключены соответственно к третьему и 10 15 20 25 30 35 40 четвертому входам сумматора, а также шестой выходной ключ, нход которого соединен с выходом первого запоминающего элемента, а выход соединен с пятым входом сумматора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности формирования ступенчатого напряжения с характеристикой колебательного звена, в него введены с седьмого по одиннадцатый выходные ключи и четвертый и пятый запоминающие элементы, входы которых подключены к выходу, сумматорам причем выход четвертого запомиРнающего элемента соединен с выходной шиной устройства и через седьмой, восьмой н девятый выходные ключи соединен соответственно с первым, шестым и седьмым входами сумматора, выход пятого запоминающего элемента через десяты выходной ключ соединен с восьмым входом сумматора, вход одиннадцатого выходного ключа соединен с выходом второго запоминающего элемента, а выход - с девятым входом сумматора, при этом первый выход тактового генератора соединен с управляющими входами пятого запоминающего элемента и одиьнадцатого выходного ключа, второй выход - с упранляющими входами седьмого, восьмого, десятого выходных ключей и с первым входом первого элемента ИЛИ, третий выход - с управляющим входом четвертого запоминающего элемента и с первым входом второго элемента ИЛИ, четвертый выход - с управляющими входами первого, четвертого, девятого выходных ключей и с вторым входом первого элемента ИЛИ, пятый ныход - с управляющим входом первого запоминающего элемента и с вторым входом второго элемента ИЛИ, шестой выход - с управляющии входами второго, пятого,шестого;выходньх ключей и с третьим входомпервого элемента ИЛИ, седьмой выход -с управляющим входом второго запоминающего элемента и с третьим входомвторого элемента ИЛИ.