Функциональный генератор

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, используемой при воспроизведении различных сложных функциональных зависимостей в автоматических системах управления. Целью изобретения является расширение класса генерируемых функций. Генератор содержит вход запуска, генератор импульсов с управляемой длительностью, генератор пилообразного напряжения, аналоговые коммутаторы, масштабные резисторы, настроечные резисторы, входы задания соответственно положительного и отрицательного опорных напряжений, операционный усилитель, выход, блок управления, элементы задержки, ключи, дополнительные масштабный резистор, ключ и настроечный резистор, вход останова генератора. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в генератор блока управления, N элементов задержки, ключей, дополнительных масштабного и настроечного резисторов и новым связям между элементами. 3 ил.

ссюз с0ВЕТсННх социллистичесних

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 06 С 7/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям п и гкнт сса (21) 41 74627/24-24 (22) 04. 01. 87 (46) 30 ° 03 ° 90 ° Бюл ° 12 (72) Е,Н. Панасюк, П. Г. Скочий, Н,А. Бабадаглы,.:I.Ñ. Швeö, Ю.Г. Вульчин и М.С. Павлюк (53) 681 3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 231900, кл. С 05 G 7/26, 1967, Авторское свидетельство СССР

Е 881773, кл. С 05 С 7/26, 1980. (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к анапоговой вычислительной технике, используемой при воспроизведении различных сложных функциональных зависимостей в автоматических системах управления.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть применено при воспроизведении различных сложных функциональных зависимос" тей в автоматических системах управления, а также в медицинской технике, для формировани эталонных сигналов, например электрокардиограммы или энцефалограммы.

Цель изобретения - расширение класса генерируемых функций.

На фиг. 1 приведена схема функционального генератора; на фиг. 2 - схема блока управления; на фиг. -3 " показаны временные диаграммы поясняк.щие работу генератора.

„„SU„, 1553990 А1

Целью изобретения является расширение класса генерируемых функций. Генератор содержит вход запуска, генератор импульсов с управляемой длительностью, генератор пипообразного напряжения, аналоговые коммутаторы, масштабные резисторы, настроечные резисторы, входы задания соответственно положительногс и î — ðèöàòåëüíîãî опорных напряжениЙ, операционный усилитель, выход, блок управления, элементы задержки, ключи, допопнительные масштабный резистор, к.пюч и настроечный резистор, вход, останова генератора. Достижение поставленной цели обеспечено благодар введению в генератор блока управления, г элементов задержки, ключей, дополнительных масштабного и настроечного резисторов и новым связям между элементами. 3 ил. функциональный генератор (фиг.1) М содержит вход 1 запуска, генератор 2 импульсов с управляемой длительностью, © генератор 3 пилообразного напряжения, Я аналоговые коммутаторы, 4q- 4п, масштабные резисторы 5,-5„, настроечные резисторы 6„-6„, входы 7 и 8 задания соответственно положительного и отрицательного опорных напряжений, вы" р ходной операционный усилитель 9, выход 10 функционального генератора, авиа блок 11 управления, элементы 12-12> задержки, ключи 13„- 13„, дополнительный масштабный резистор 14, дополнительный ключ 15 и настроечный резисЛ

1553990 тор 16, вход 17 останова, соединенные по приведенной схеме.

Блок управления (фиг. 2) выполнен в виде первого элемента 18 ИЛИ, формирователеи 19 и 20 коротких импульУ сов соответственно по фронту и спаду входного сигнала, второго элемента

ИЛИ 21, триггера 22 и элементов за держки 23-26.

Функциональный генератор работает, следующим образом, Предварительно строится график функции, которой описывается требуемый сигнал, и проводится кусочно-линейная аппроксимация этого графика с учетом допустимой погрешности воспроизведения, Например, необходимо сформировать сигнал нормальной электрокардиограммы, представленной на фиг. За (форма сигнала в данном случае известна). Проводится разбивка графика сигнала на участки «„ -t„ .

Количество полученных участков опре деляет количество выходов генеРатора 25

2 импульсов. В общем случае количество выходов генератора 2 импульсов может быть больше. Тогда по окончании формирования необходимого сигнала на вход останова генератора подается ко- З0 роткий импульс, Дальше проводится регулировка порогов срабатывания первых десяти пороговых элементов (не показаны) генератора 2 импульсов таким образом, чтобы длительность импульсов на выходах 1-10 генератора,2 импульсов были соответственно равны с„-r

Затем проводится настройка резисторов 61 -6« и 16 таким образом, чтобы на выходе генератора получить напряжение на каждом участке, амплитуда

40 котьрого равна значению ординаты B начальной точке соответствующего, участка. Сформированное ступенчатое напряжение показано на фиг. 3 а штри- 45 ховой линией.

Далее с учетом знака производной каждого участка, осуществляется подключение выходов аналоговых коммутаторов 4, через масштабные резисторы

5; к входам выходного операционного усилителя 9 по спедующему правилу: при положительном знаке - к неинвертирующему входу, при отрицательном знаке - к инвертирующему входу. Причем выходы аналоговых коммутаторов 4;, Соответствующие горизонтальным участ" кам, не подключаются. Для рассматриваемого случая выходы первого 4, пятоro 4< седьмого 4т и девятого 4 аналоговых коммутаторов подключены к неинвертирующему входу, а выходы второ1 го ч, четвертого 4, шестого 46 и десятого 4„О аналоговых коммутаторов подключены к инвертирующему входу выходного операционного усилителя . Коэффициенты Р; передачи по соответствующим входам (выход аналогового коммутатора - вход операционного усилителя) выходного операционного усилителя 9 определяются с учетом крутизны К; нарастания функции на соответствующем участке и с учетом крутизны S нарастания напряжения генератора

3 пилообразного напряжения.

Крутизна К, нарастания функции на соответствующем участке определяется отношением разности значений ординат в конечных точках участка к значению длительности данного участка.

Крутизна S нарастания напряжения на выходе генератора 3 пилообразного напряжения выбирается с учетом динамического диапазона работы функционального генератора, т.е. для любого зна.чения времени t осуществляется условие: где V(t) — значение аппроксимированной функции в момент вре- мени с;

11еахс- максимальная возможная амплитуда напряжения на выходе генератора.

Тогда р ..1

К

Если максимальное значение напряжения генератора 3 пилообразного напряжения равно максимальному значению построенной кривой, то пятый и шестой участки необходимо разбивать каждый на два участка в .точках перехода значения функции через нуль (см. фиг.3).

После предварительной подготовки генератор устанавливается в исходное состояние путем подачи короткого импульса на вход 17 останова устройства.

При этом на выходах 1-и генератора 2 импульсов и на выходе элемента задержки 26 блока 11 управления устанавливаются нулевые уровни напряжения, а на выходе второго элемента ИЛИ блока

11 управления " единичный уровень, которым генератор 3 пилообразного напря990

5 1553 жения удерживается в исходном, нулевом состоянии (см. фиг. 3). С приходом импульса запуска на вход 1 на первом выходе генератора 2 импульсов и выходе элемента задержки 26 блока 11

5 управления устанавливаются единичные уровни напряжения., а на выходе второго элемента ИЛИ 21 появля" ется нулевой уровень напряжения, тем 10 самым разрешается работа генератора . 3 пилообразного напряжения. Через время, определяемое элементом задержки

12,, разрешается работа аналогового коммутатора 4,, ключей 13 „ и 15.

При этом на инвертирующий вход выходного операционного усилителя 9 поступают линейно-нарастающее напряжение генератора 3 и уровень напряжения с выхода сумматора, построенного на на- 2р строечных резисторах 6,-6 „ и 16, которые суммируются, и на выходе 10 генератора формируется сигнал, соответствующий первому участку (фиг. 3а,1).

При достижении напряжения на выходе 25 генератора 3 величины порога срабатывания первого элемента генератора 2 единичный уровень напряжения формируется только на втором выходе генератора 2, чем обеспечивается поступле- 30 ние пилообразного напряжения с выхода генератора 3 через следущий открытый аналоговый коммутатор 4 на вход операционного усилителя 9. Синхронность начала формирования пилообразно-35 го напряжения (после сброса) и открытия очередного аналогового коммутатора 4; обеспечивается элементами

12„ задержки.

Далее процесс работы генератора - 4g повторяется. Сигналы на выходах генераторов 2 и 3 и блока 11 управления приведены на фиг. 3. После окончания формирования десятого участка. на вход

17 останова генератора поступает ко- 45 роткий импульс. Для его формирования можно использовать сигнал с десятого выхода генератора 2 (цепь формирования на фиг. 1 не показана) . Генера" тор переводится в начальное нулевое состояние и готов к следующему циклу отработки заданого сигнала, по ко-. роткому импульсу запуска.

Формула изобретения функциональный генератор, содержащий генератор импульсов с управляемой длительностью с и выходами, вход запуска которого является входом запуска функционального генератора, ге . нератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом генератора импульсов с управляемой длительностью, и аналоговых коммутаторов, и масштабных резисторов, и настроечных резисторов, первые выводы которых объединены, шины положительного и отрицательного опорных напряжений и выходной операционный усилитель, выход которого является выходом функционального генератора, о т,л и ч а ю щ и и г я тем, что, с целью расширения класса генерируемых функций, в него введены дополнительный масштабный резистор, и элементов задержки, блок управления, дополни". тельный ключ, дополнительный настроечный резистор, п ключей, информационные входы которых соединены с шиной положительного опорного напряжения, а выходы подключены к вторым выводам соответствующих настроечных резисторов, дополнительный масштабный резистор включен между объединенными выводами и настроечных резисторов и неинвертирующим входом выходного операционного усилителя, последовательно включенные дополнительный ключ и дополнительный настроечный резистор, свободный вывод которого соединен с объединенными выводами и настроечных резисторов, блок управления выполнен в виде триггера, четырех элементов задержки, двух формирователей коротких импульсов, первого элемента ИЛИ, имеющего n/2 входов, подключенных к нечетным выходам генератора импульсов с управляемой длительностью, и второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого через первый и второй формирователи коротких импульсов подключены к выходу первого элемента ИЛИ,третий вход через первый элемент задержки - к прямому выходу триггера, а вы" ход - к входу запуска генератора пилообразного напряжения функционального генератора, установочные входы триггера блока управления через вто" рой и третий элементы задержки подключены соответственно к входам останова и запуска генератора импульсов с управляемой длительностью, а счетный вход триггера блока управления соединен с инверсным и- м выходом генератора импульсов с управляемой длительностью, инверсный выход триггера

1553990 блока управления через его четвертый элемент задержки подключен к управля-: ющему входу дополнительного ключа, соединенного информационным входом с шиной отрицательного опорного напряжения, управляющие входы и аналоговых коммутаторов соединены с управляющими входами соответствующих п ключеи и через соответствующие и элементов за держки подключены к соответствующим выходам генератора импульсов с управ ляемой длительностью, выходы m(m (n) айалоговых коммутаторов и выходы n-m аналоговых коммутаторов через соответствующие масштабные резисторы подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя, а информационные вхо:ды всех аналоговых коммутаторов соединены с выходом генератора пилоо6раз ð ного напряжения, вход останова генератора импульсов с управляемой длительностью является входом останова функционального генератора .

g Ода!

ЪЮЮЕ Ю1У

/д,й

17

Eg

1$ у ф

kg

У 1д

Й

11

И

Составитель А. Маслов

Редактор И. Недолуженко Техред А.Кравчук - Корректор Н. Король

Заказ 458 Тираж. 561 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 191