Формирователь ступенчатого напряжения

ств на ные на У 4 В. В. Нечае торахи 27,и 15 тельство СССРК 4/02, 07.08. устроиэлеменключии 29 учатоестабил суммарная неентов пе е ачи ных резисто сокот стаб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ И ВТОРСКОМЪ/ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ СТУПЕНЧАТОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в формирующих устройствах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем формирования двух независимых напряжений, изменяющихся по зкспоненциальму закону, и ступенчатого напряжея с переходной характеристикой двойного инерционного звена. Устройодержит ключи 1 и 2, запомиэлементы 3, 4 и 12, выполнен- ключах 19, 20 и 21, конденса, 23 и 24, усилителях 25, 26 сумматор 5, входные ключи 6, 9 первый 7 и второй 14 входы ства, тактовый генератор 8, ты ИЛИ 1 О, 11 и 16, выходные 13, 17 и 18, выходные шины 28 стройства. Формируемое ступеннапряжение отличается высокой ьностью, При использовании выильность коэффипи Р д не превьппает 17, Устройство позволяет более, чем на порядок, повысить временную стабильность параметров выходного сигнала формирователя, Работа устройства поясняется временным диаграммами, приведенными в описании изобретения. 5 ил,1 13707Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в формирующих уСтройствах,Целью изобретения является расши 5рение функциональных возможностейустройства за счет формирования двухнезависимых напряжений, изменяющихсяпо экспоненциальному закону, и ступенчатого напряжения с характеристи Окой двойного инерционного звена.На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства; нафиг. 2-5 эпюры, поясняющие его работу. 15Формирователь ступенчатого напряжения содержит первый 1 и второй 2выходные ключи, входы которых подключены соответственно к выходам первого 3 и второго 4 запоминающих элементов, а выходы подключены к первомувходу сумматора 5, второй вход которого подключен к выходу первого входного ключа 6, вход которого соединенс первым входом 7 устройства, а управляющий вход - с первым выходомтактового генератора 8, второй выходкоторого соединен с управляющим входом первого запоминающего элемента 3,третий выход - с управляющим входом 30второго выходного ключа 2, четвертыйвыход - с управляющим входом второгозапоминающего элемента 4, второйвходной ключ 9, первый 10 и второй 11элементы ИЛИ, третий запоминающийэлемент 12 и третий выходной ключ 13,выход которого соеДинен с первым входом сумматора 5, а вход - с выходомтретьего запоминающего элемента 12,вход которого соединен с выходом сумматора 5, третий вход которого соединен с выходом второго входного ключа9, вход которого соединен с вторымвходом 14 устройства, а управляющийвход - с третьим выходом тактового 45генератора 8, первым входом первогоэлемента ИЛИ 10, выход которогосоединен с управляющим входом третьего запоминающего элемента 12, а второй вход - с управляющим входом первого входного ключа 6 и первым выходом тактового генератора, четвертыйвыход которого соединен с первымвходом второго элемента ИЛИ 11, выходкоторого соеден с урвлящмдом третьего выходного ключа 13, второй вход - с вторым выходом тактового генератора, третий входной ключ15, третий элемент ИЛИ 16, четвертый 38 2 17 и пятый 18 выходные ключи, входы которых подключены соответственно к выходам первого 3 и второго 4 запоминающих элементов, а выходы подключены соответственно к четвертому и пятому входам сумматора 5, шестой вход которого подключен к выходу третьего входного ключа 5, вход которого подключен к выходу первого запоминающего элемента 3, а управляющий вход третьего входного ключа 15 соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ 10, с пятым выходом тактового генератора 8 и с первым входом третьего элемента ИЛИ 16, выход которого и второй вход включены между управляющим входом второго выходного ключа 2 и третьим выходом тактового генератора 8, шестой выходкоторого соединен с управляющим входом четвертого выходного ключа, аседьмой выход - с управляющим входомпятого выходного ключа 18. Запоминающие элементы 3, 4 и 12 выполнены наключах 9-21, конденсаторах 22-24,усилителях 25-27, шины 28 и 29 являются выходами устройства,Устройство работает следуюшим об-,разом,Тактовый генератор 8 за один циклработы (четыре такта) формирует импульсные напряжения, повторяющиесяс определенной частотой, которые задают цикл формированиявыходного напряжения устройства (фиг. 2 а,б,в,г,д,е,ж),Формирователь обеспечивает работув трех режимах: формирование одногоили двух независимых ступенчатыхнапряжений, нарастающих по линейномузакону (переходная характеристикаинтеграторов); формирование одногоили двух независимых ступенчатых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону (переходная характеристика инерционного звена); формирование одного ступенчатого напряжения,изменяющегося по закону переходнойхарактеристики двойного инерционногозвена.Импульсное напряжение (фиг. 2 а)управляет работой ключейи 6 и через элемент ИЛИ 10 - работой ключа21; импульсное напряжение (фиг, 2 б)управляет работой ключа 19 и черезэлемент ИЛИ 1 - работой ключа 13;импульсное напряжение (фиг. 2 в) управляет работой кпюча 9, через зледенсатора в запоминающихэлементах 3, 4 и 12;длительность управляющего 55 импульса;входное сопротивление согласующего усилителя в запоминающих элементах 3, 4 и 12; Бьх 3 3707мент ИЛИ 1 О - работой ключа 21 и через элемент ИЛИ 16 - работой ключа 2;импульсное напряжение (фиг, 2 г) управляет работой ключа 20 и через эле 5мент ИЛИ 11 - работой ключа 13; импульсное напряжение (фиг, 2 д) управляет работой ключа 15, через элементИЛИ 10 - работой ключа 21 и черезэлемент ИЛИ 16 - работой ключа 2;импульсное напряжение (фиг. 2 е) управляет работой ключа 17; импульсноенапряжение (фиг. 2 ж) управляет работой ключа 18.При наличии положительных импульсов на выходах тактового генератораключи открываются, а при отсутствииимпульсов - закрываются,Сумматор 5 имеет коэффициентыпередачи К: по первому входу К рав Оный единице, по второму входу К, потретьему входу К, по четвертому входу К, по пятому входу К и по шестому входу К , Конденсаторы 22-24 пеоред включением схемы разряжены. 25При работе схемы в первом режиметактовый генератор 8 формирует импульсные напряжения на первом, втором, третьем, четвертом выходах(фиг, За,б,в,г), на выходах пятом,шестом и седьмом в первом режимеработы схемы импульсы не формируВ первом цикле работы тактовогогенератора 8 при поступлении первогоимпульсного напряжения (фиг. За)открываются ключи 1, 6 и 21. На вы 35ходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное КУ , где Б - напряжение на входе 7 устройства; Ккоэффициент передачи по второму входу сумматора 5. При этом конденсатор24 заряжается через малое выходноесопротивление сумматора 5 через открытый ключ 21 до напряжения К Ц,.Параметры схе запо нающего элемента выбраны так, чтобы выполнялисьсоотношенияН С; (1)(2)где Б - выходное сопротивление сумматора 5;С - емкость запоминающего кон 38Т - период повторения цикла работы устройства,При выполнении неравенства (1)напряжение, до которого заряжаетсяконденсатор запоминающего элемента,зависит от изменения значения его емкости, а при выполнении неравенства (2) напряжение на конденсатореостается неизменным в течение времени Т, когда ключ запоминающего элемента закрыт,При поступлении второго импульсного напряжения (фиг. Зб) открываются ключи 13 и 19.Напряжение, равное К Ц , с выхода усилителя 27 через открытый ключ13 поступает на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи которогоК равен единице. Вследствие этогочерез открытый ключ 19 конденсатор22 заряжается до напряжения К У(фиг. Зз) которое поступает на выходную шину 28.При поступлении третьего импульсного напряжения (фиг. Зв) открываются ключи 2, 9 и 21.На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение К з У , гденапряжение на входе 14 устройства;К - коэффициент передачи по третьезму входу сумматора 5. При этом конденсатор 24 через малое выходное сопротивление сумматора 5 заряжаетсядо напряжения К ИьПри поступлении четвертого импульсного напряжения (фиг. Зг) открываются ключи 13 и 20,Напряжение, равное К 0, с выходда усилителя 27 поступает через открытый ключ 3 на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи К, которого равен единице, Вследствие этогочерез открытый ключ 20 конденсатор23 заряжается до напряжения К Ц(фиг. Зи), которое поступает на выходную шину 29,Во втором цикле работы схемы припоступлении первого импульсного напряжения (фиг, За) открываются ключи1, 6 и 21.На выходе сумматора устанавливается напряжение 2 К 0 и конденсатор 24 заряжается до напряжения 2 КЮ, так как на второй вход сумматора 5 поступает с входа 7 напряжение Б и коэффициент передачи поэтому входу равен К , а на первыйвход сумматора 5, коэффициент переда 1370738чи К которого равен единице, поступает напряжение с конденсатора 22,равное К УПри поступлении второго импульсного напряжения (фиг. 2 б) открываются ключи 13 и 19.Напряжение, равное 2 К Б , с выхода усилителя 27 через открытыйключ 13 поступает на первый вход сумматора 5 и через открытый ключ 19переписывается на конденсатор 22, анапряжение на выходной шине 28 становится равным 2 КПри поступлении третьего импульсного напряжения (фиг. Зв) открываютсяключи 2, 9 и 21,На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное 2 К3и конденсатор 24 заряжается до напряжения 2 К, У , так как на третий входсумматора 5 с входа 4 поступает напряжение Н и коэффициент передачипо этому входу равен Кз, а на первыйвход сумматора 5, коэффициент передачи К, которого равен единице, поступает напряжение с конденсатора 23,равное КЗ У,При поступлении четвертого импульсного напряжения (фиг, Зг) открываются ключи 13 и 20,Напряжение, равное 2 К 11, с выЭхода усилителя 27 через открытыйключ 13 поступает на первый вход сумматора 5 и через открытый ключ 20 переписывается на конденсатор 23, анапряжение на выходной шине 29 становится равным 2 К 11 (фиг, Зи).Далее процессы повторяются с периодом Т повторения цикла работы устройства. В результате этого на выходных шинах 28 и 29 формируются дванезависимых ступенчатых напряжения,нарастающие по линейному закону исдвинутые на время 21 причем приращение первого ступенчатого напряжения составляет К 11 , а приращениевторого ступенчатого напряжения составляет К 11ЬПри этом запоминающий элемент 12используется как временный оперативный элемент памяти для запоминаниясуммы сигналов, работающий на дваинтегратора, что позволяет осуществить раздельное суммирование изменений двух независимых напряжений переходных характеристик интеграторовс тактовой частотой за интервал времени. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При работе схемы во втором режиметактовый генератор 8 формирует импульсные напряжения на первом , втором, третьем, четвертом, шестом иседьмом выходах (фиг. 4 а,б,в,г,е,ж),на пятом выходе во втором режимеработы устройства импульсы не формируются,При работе во втором режиме. работа устройства аналогична работе схемы в первом режиме за исключением того, что ключи 17 и 18 подключены кинвертирующим (четвертому и пятому)входам сумматора 5, следовательно,при каждом такте, когда открываютсяключи 1, 6, 21 и 17, из напряжения,которое переписывается на конденсатор 22, вычитается напряжение, равное К 1 , где 1 д - напряжение на4 Я двыходе усилителя 25; К - коэффициентпередачи сумматора 5 по четвертомувходу, а при каждом такте, когдазамыкаются ключи 2, 9, 21 и 18, изнапряжения, которое переписываетсяна конденсатор 23, вычитается напряжение, равное К 11 где ,1- наХ 2пряжение на выходе усилителя 26;К - коэффициент передачи сумматораЬ5 по пятому входу,Таким образом, величина приращения напряжения на конденсаторах 22и 23 с каждым тактом, когда открываются ключи 17 и 18, уменьшается, аступенчатые напряжения на выходахусилителей 25 и 26, а следовательно,и на выходных шинах 28 и 29 изменяются по экспоненциальному закону(фиг. 4 к,л). При этом формируютсядва незасимых ступенчатых напряжения,имеющие переходную характеристикуинерционного звена с постояннымивремени, определяемыми коэффициентами передачи сумматора 5 по четвертому и пятому входам соответственно,При работе схемы в третьем режиметактовый генератор 8 формирует импульсные напряжения на первом, втором, четвертом, пятом, шестом и седьмом выходах (фиг, 5 а,б,д,г,е,ж), натретьем выходе в третьем режиме работы устройства импульсы управленияне формируются,При работе схемы в третьем режимевходной сигнал подается только навход 7 от источника входного сигналаВ первом цикле при поступлениив первом также импульсных напряже 7 37ний (,фиг. 5 а,е) открываются ключи 1,6, 21 и 17,На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение К ", где 1 - напряжение на входе 7 устройства Кркоэффициент передачи по второму входу сумматора 5. При этом конденсатор24 заряжается через малое выходноесопротивление сумматора 5 через открытый ключ 21 до напряжения К(момент времени С , фиг, 5 м),При поступлении во втором тактеимпульсного напряжения (фиг. 56) открываются ключи 13 и 19,Напряжение, равное К 11, с выходайусилителя 27 через ключ 13 поступаетна первый вход сумматора 5, коэффициент передачи которого К 1 равенединице. Вследствие этого через открытый ключ 19 конденсатор 22 заряжается до напряжения К У (фиг.5 н),которое поступает на выходную шину 28.При поступлении в третьем тактеимпульсных напряжений (фиг, 5 д,ж)открываются ключи 2,15, 21 и 18.Напряжение, равное К 1), с выходаЯусилителя 25 через открытый ключ 15поступает на шестой вход сумматора 5,коэффициент передачи которого равенК , Вследствие этого на выходе сумматора 5 устанавливается напряжениеК К У, до которого через ключ 216заряжается конденсатор 24 (моментвремени С , фиг. 5 м). При поступлении в четвертом тактеимпульсного напряжения (фиг. 5 г) открываются ключи 13 и 20.Напряжение, равное К К У, свыхода усилителя 27 поступает черезоткрытый ключ 13 на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи покоторому равен единице. Вследствиеэтого через открытый ключ 20 конденсатор 23 заряжается до напряженияК К 11 (фиг. 5 п), которое поступаетна выходную шину 29,Во втором цикле работы схемы припоступлении в первом такте импульсных напряжений (фиг. 5 а,е) открываются ключи 1, 6, 21 и 17.На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равноеК 1)+К 11-К К, ,)=К 3(2-К ),где в первом слагаемом К- коэффициент передачи сумматора 5 по второму входу; 1 - напряжение на входе0738 Я 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 во втором слагаемом" - напряжение с выхода уси.чите.чя 25, поступающее через открытый ключна первыйвход сумматора 5, коэффициент передачи которого равен единице; в третьем вычитаемом К 1. - напряжение навыходе усилителя 25, поступающее через открытый ключ 17 на четвертыйинвертирующий вход сумматора 5, коэффииент передачи которого равен К,При этом конденсатор 24 через открытый ключ 21 заряжается до напряжения К У(2-К ) (момент времени Сфиг. 5 м).4При поступлении во втором тактеимпульсного напряжения (фиг. 56)открываются ключи 13 и 19,Напряжение, равное К, 1)(2-К ),с выхода усилителя 27 через открытыйключ 13 поступает на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи которого К равен единице, Вследствиеэтого через открытый ключ 19 конденсатор 22 заряжается до напряженияК )(2-К ) (фиг. 5 н), которое поступает на выходную шину 28,При поступлении в третьем тактеимпульсных напряжений (фиг, 5 д,ж)открываются ключи 2, 15, 21 и 18.На выходе сумматора 5 устанавливается напряжение, равное К К 1) (2 Кч )+Кь К ф 0-К Кь К 1=К ь К ) (3 - К-К), где в первом слагаемомК 1(2-К ) - напряжение с выхода усилителя 25; К - коэффициент передачи6сумматора 5 по шестому входу, накоторый через ключ 15 поступает напряжение с выхода усилителя 25; вовтором слагаемом К К Б - напряжение с выхода усилителя 26, поступающее на первый вход сумматора 5, коэффициент передачи К которого равенединице; в третьем вычитаемом КаК Б - напряжение с выхода усилителя 26, поступающее на пятый вход сумматора 5; К - коэффициент передачисумматора 5 по пятому входу.Конденсатор 24 через открытыйключ 21 заряжается до напряжения0 (3-К -К ),При постуйлении в четвертом тактеимпульсного напряжения (фиг, 5 г) открываются ключи 13 и 20,Напряжение, равное К К .(3-К-Ь), с выхода усилителя 27 поступает через открытый ключ 13 на первый вход сумматора 5, коэффициентпередачи К 1 которого равен единице.738 выходного ключа. 9 1370Вследствие этого через открытый ключ20 конденсатор 23 заряжается до напряжения К К П(3-К -К-).8 24 5Таким образом, при работе схемыв третьем режиме в каждом такте,5когда открываются ключи 1, 6, 21 и17, к входному сигналу добавляетсятолько часть выходного сигнала, таккак из напряжения, которое переписывается на конденсатор 22, вычитаетсянапряжение, равное К Б , где4напряжение на выходе усйлителя 25;К - коэффициент передачи по четвертому инвертирующему входу сумматора 5. Вследствие этого ступенчатоенапряжение на шине 28 нарастает поэкспоненциальному закону (фиг, 5 н)при неизменном напряжении на входеравном Б. В то же время при каждомтакте, когда открываются ключи 2,15, 2 и 18, из напряжения, котороепереписывается на конденсатор 23,вычитается напряжение, равное К11,где 11 - напряжение на выходе усилителя 26; К . - коэффициент передачипо пятому инвертирующему входу сумматора 5, При этом напряжение на выходе усилителя 26, а следовательно,и на выходной шине 29 изменяется поболее сложному закону (фиг. 5 п), таккак на шестой вход сумматора 5 в этомслучае через открытый ключ 15 подается напряжение с выхода усилителя 25,изменяющееся по экспоненциальному35закону, что обеспечивает формированиена выходе усилителя 26 ступенчатогонапряжения, изменяющегося по законупереходной характеристики двойногоинерционного звена с постоянной времени нарастания выходного напряжения,определяемой коэффициентами передачипо четвертому и пятому входам сумматора 5.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает не только формирование двух независимых высокостабильных ступенчатых напряжений, нарастающих по линейному закону, но иобеспечивает формирование двух независимых высокостабильных ступенчатыхнапряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону с различными постоянными времени, а также формирование высокостабильного ступенчатого55напряжения с переходной характеристикой двойного инерционного звена,Сформированные ступенчатые напряжения отличаются высокой стабильностью, так как их параметры определяются суммарной нестабильностью коэффициентов передачи сумматора и согласующих усилителей запоминающих элементов. При использовании в схемеформирователя ступенчатого напряжениявысокоточных резисторов легко достижима суммарная нестабильность коэффициентов передачи к концу срока хранения, не превышающая 17. При этомисключена временная нестабильностьпараметров схемы, обусловленная временной нестабильностью и значением емкости конденсаторов, что позволяет более чем на порядок повысить временную стабильность параметров выходного сигнала формирователя. Формула изобретения Формирователь ступенчатого напряжения по авт. св, 9 1249694, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности формирования двух независимых напряжений, изменяющихся по экспоненциальному закону, и ступенчатого напряжения с характеристикой двойного инерционного звена, в него введены третий входной ключ, третий элемент ИЛИ, четвертый и пятый выходные ключи, входы последних из которых подключены соответственно к выходам первого и второго запоминающих элементов,а выходы подключены соответственно к четвертому и пятому входам сумматора, шестой вход которого подключенк выходу третьего входного ключа,вход которого подключен к выходу первого запоминающего элемента, а управляющий вход третьего входного ключасоединен с третьим входом первогоэлемента ИЛИ, с пятым выходом тактового генератора и с первым входомтретьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входомвторого выходного ключа, а второй вход - с третьим выходом тактовогогенератора, шестой выход которогосоединен с управляющим входом четвертого выходного ключа, а седьмой выход - с управляющим входом пятого1370738 Рцг оставитель А. ехред М.Дидык ачев актор Е. Копч орректор А. Зимокос каз 426/ Подпиа СССР о коми ий и о Раушск ытиинаб., д. Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгоро ектная,а б д 8 е ж Тираж 928 ВНИИПИ Государственнопо делам изобрете 13035, Москва, Ж,