Формирователь напряжения ступенчатой формы

 

Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчики 2, 7 импульсов, цифро-аналоговый преобразователь 3, сумматор 4, 2 элемента ИЛИ 5, 6, регистр 8 сдвига, ключи 9-11, источник 12 опорного напряжения, шины 13-15 управления , выходную шину 16. 13-1-2-7-5- 6-2-3-4-16; 14-5-6-2-3-4-16; 15-8-9-4-16; 15-8-10-4-16; 15-8-11-4-16; 12-3-4-16. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51>s Н 03 К 4/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826935/21 (22) 21.05.90 (46) 30.08,92. Бюл. М 32 (71) Московское приборостроительное конструкторское бюро "Восход" (72) А.Ф,Гоенко (56) Бондарь В.А. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. M.: Знергоиздат, 19Se, с. «0, Авторское свидетельство СССР

N 936403, кл. Н 03 К 4/02, 1980.

Изобретение относится к импульсной тсхнике и может быть использовано в автоматизированных системах, развертывающих устройствах для получения ступенчатого линейно изменяющегося напряжения, В настоящее время для формирования напряжения-ступенчатой формы используются цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), позволяющие получать выходные напряжения, изменяющиеся по линейному закону на заданном интервале времени.

Одними из параметров выходного сигнала формирователя напряжения ступенчатой формы, обеспечивающих высокое качество, явля.отся коэффициент нелинейности или неравномерности и амплитуда.

Известен формирователь ступенчатого линейно изменяющегося напряжения, позволяющий получить достаточно малое значение коэффициента нелинейности, определяемое в основном погрешностью

ЦАП (1). Формирователь содержит тактовый,,. Ы,, 1758853 А1 (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

СТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ (57) Сущность изобретения. устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчики 2, 7 импульсов, цифра-аналоговый преобразователь 3, сумматор 4, 2 элемента ИЛИ 5, 6, регистр 8 сдвига, ключи 9- t1, источник 12 опорного напряжения, шины 13-15 управления, выходную шину 16. 13-1-2-7-56-2-3-4-16; 14-5-6-2-3-4-16; 15-8-9-4-16;

15-8-10-4-16; 15-8-«-4-16; 12-3-4-16. 2 ил. задающий генератор, двоичный счетчик, ЦАП и выходной согласующий усилитель, Недостатком известного формирователя является невозможность получения выходного сигнала с амплитудой, большей значения максимального выходного напряжения ЦАП, при сохранении точностных характеристик формирователя.

Наиболее близким по технической сущности к устройству по данному авторскому свидетельству является формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной (2J.

Зто устройство позволяет получить выходное напряжение с амплитудой, превышающей значение максимального выходного напряжения ЦАП. Однако точность формирования ступенчатого ли. 1758853

Устройство (фиг.1) содержит генератор

1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов, нейно изменяющегося напряжения недостаточна, поскольку погрешность выходного напряжения определяется суммой погрешностей двух ЦАП, а также погрешностью ЦАП, используемого в качестве источника опорного напряжения.

Цель изобретения — увеличение точности формирования ступенчатого напряжения с линейным законом нарастания.

Устройство позволяет увеличить точность формирования ступенчатого напряжения не менее, чем в 1,6 раза.

Цель достигается тем, что в формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной. введены первый и второй элементы ИЛИ, регистр сдвига, источник опорного напряжения, первый,.второй и третий ключи, первая. вторая и третья шины управления, причем первая шина управления соединена с управляющим входом генератора импульсов, вторая шина управления — с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, входу записи данных второго счетчика импульсов и входу установки нуля регистра сдвига, а третья шина управления подключена к информационному входу регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей соответственно, выходы которых соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами сумматора, при этом выход источника опорного напряжения подключен к информационным входам первого, второго и третьего ключей и ко входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, выход второго элемента ИЛИ подключен ко входу установки нуля первого счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, а выход переноса — со вторым входом второго элемента ИЛИ, счетным входом второго счетчика импульсов и тактовым входом регистра сдвига, а выход переноса второго счетчика импульсов подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу. цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 3, сумматор 4. первый элемент ИЛИ 5. второй элемент ИЛИ 6, второй счетчик 7 импульсов, регистр 8 сдвига, первый ключ 9, второй

5 ключ 10, третий ключ 11, источник 12 опорного напряжения. Устройство имеет первую, вторую и третью шины 13, 14, 15 управления, выходную шину 16.

На фиг, 2 показаны следующие времен10 .ные диаграммы: а — выходное напряжение ЦАП 3 (первый вход сумматора 4): б, в, г — напряжения на втором, третьем и четвертом входах сумматора 4;

15 д — выходное напряжение устройства (выходная шина 16).

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 служит для выработки по20 следовательности импульсов, поступающих на первый счетчик 2. Первый счетчик 2 работает в режиме сложения и преобразует последовательность импульсов в код, который поступает на ЦАП 3. а также вырабатывает

25 импульсы, поступающие на второй элемент

ИЛИ 6, второй счетчик 7 и регистр 8. ЦАП 3 преобразует код, поступающий от первого счетчика 2, в напряжение. Второй счетчик 7 работает в режиме вычитания и вырабаты30 вает один импульс на каждый четвертый импульс. поступающий с первого счетчика 2.

Регистр 8 управляет коммутацией первого, второго и третьего ключей 9, 10, 11. Через первый, второй и третий ключи 9, 10, 11

35 поступает напряжение от источника 12 на сумматор 4. В сумматоре 4 осуществляется суммирование поступивших на его входы напряжений. Источник 12 вырабатывает прецизионное напряжение для ЦАП 3 и сум40 матора 4, В исходном состоянии осуществляется начальная установка устройства. Для этого на первый вход первого элемента ИЛИ 5 со второй шины 14 поступает сигнал "1" ("логи45 ческая единица"). С выхода первого элемента ИЛИ 5 сигнал "1" одновременно поступает на вход записи данных второго счетчика 7, на вход установки нуля регистра

8 и через первый вход второго элемента

50 ИЛИ 6 на вход установки нуля первого счетчика 2. В результате этого на выходе первого счетчика 2 устанавливается нулевой код, а на выходе переноса - сигнал "0"("логический нуль"); на первом, втором и третьем

55 выходах регистра 8 устанавливается сигнал

"0", поэтому первый, второй и третий ключи

9, 10, 11 находятся в выключенном состоянии. Во второй счетчик 7 осуществляется запись модуля счета, равного 4, а на выходе переноса устанавливается сигнал "0", кото1758853 рый поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 5.

После начальной установки на вторую шину 14 поступает сигнал "0". В результате этого на входе установки нуля первого счетчика 2, на входе записи данных второго счетчика 7 и на входе установки нуля регистра 8 будет выставлен сигнал "0". Кроме этого, на информационный вход регистра 8 подается сигнал "1" с третьей шины 15.

После этого устройство готово к работе и на выходной шине 16 Овых = О.

Начало цикла формирование 0вых осуществляется подачей сигнала "1" на управляющий вход генератора 1 с первой шины

13. С выхода генератора 1 импульсная последовательность заданной частоты поступает на счетный вход первого счетчика 2.

Формируемый на выходе этого счетчика код поступает на информационный вход ЦАП 3, где преобразуется в напряжение, поступающее на первый вход сумматора 4 (фиг.2,а).

На выходной шине 16 формируется ступенчатое линейно изменяющееся напряжение (фи г. 2,д).

Первый цикл формирования 0»> будет осуществляется в течение периода 0-tt (фиг.2,а), пока выходное напряжение ЦАП 3 не достигнет своего максимального значения U цдп = Uon (в момент времени tt). При этом на выходе переноса первого счетчика

2 появляется сигнал "I", который одновременно поступает на счетный вход второго счетчика 7, на тактовый вход регистра 8 и на второй вход второго элемента ИЛИ 6. с выхода которого поступает на вход установки нуля первого счетчика 2. В результате этого модуль счета sTopoco счетчика 7 уменьшается на единицу и становится равным "3"; в регистр 8 осуществляется запись "1", которая с первого выхода этого регистра поступает на управляющий вход первого ключа 9 и открывает его; первый счетчик 2 обнуляется, и íà его выходе появляется нулевой код, а на выходе переноса — сигнал "0". В этот моме",ò времени через открытый первый ключ 9 на второй вход сумматора 4 поступает напряжение Uon (фиг,2,б). а на первый вход — нулевое напряжение с выхода ЦАП 3.

Напряжения суммируются и на выходной шине 16 Овых остается неизменным: US X =

=-0 on

Таким образом, за время первого цикла работы устройства ЦАП 3 формирует ступенчатое выходное напряжение до значен«я 0цдп = Uon, à в момент времени 11 про«сходит "замена" 0цдп на Uon от источн«ка 12.

С приходом очередного тактового импульс"- на счетный вход первого счетчика 2

50 начинается второй цикл формирования 0», в течение времени tI-t2. При этом на выходной шине 16 формируется напряже:«e 04,, =

= Uon+ 0цдп (фиг.2,д). Процесс формирования аналогичен описанному в первом ци;ле работы устройства, и в момент времени t с появлением на выходе переноса первого счетчика 2 сигнала "i" модуль счета второ "o счетчика 7 становится равным "2", а в регистр 8 происходит запись "1" со сдвигом предыдущей "1" на один разряд. Такил образом, на управляющий вход второго ключа

10 поступает сигнал "1" со второго выхода регистра 8. открывая этот ключ, и на третий вход сумматора 4 подается напряжение Uo, (фиг.2,в). В результате этого в л омент времени tz на первый вход сумматора 4 поступает напряжение 0цдп = О, на второй вход « третий вход Ол. На выходной шине 16 будет суммарное напряжение 0в == 2 и

Аналогично в течение периода 1;-t;, осуществляется третий цикл формиро:,ания

0вых. При этом 0вых = 2 0оп+ 0цап. à в момент времени сз модуль счета BTgpof o счетчика 7 становится равным "1" и на третьем выходе регистра 8 появляется сигнал "1", поступающий на управляющий вход третьего ключа

11. Третий ключ 11 открывается и на .етвертый вход сумматора 4 поступает напряжение Uon (фиг.2,г). Таким образом, B . .ол1ент времени 1З на первый вход сумматора 4 поступает напряжение 0цдп = О, на вторсй, третий и четвертый входы — 0л. На выходной шине 16 будет суммарное напряжен«е

u »»,. = 3 0 «..

Последний четвертый цикл форм«рсвания 0вых происходит в течение период". времени тз-t4, при этом 0вых = 3 Uon + 0цдп. При достижении 0цдп значения Uon сигнал "1" с выхода переноса первого счетчика 2 не изменяет состояние выходов регистра S, но. поступая на счетный вход второго счетч«ка

7, уменьшает модуль счета до значения О. В результате этого на выходе переноса второго счетчика 7 появляется сигнал "1", поступающий на второй вход первого элемента

ИЛИ 5. С выхода этого злемента сигнал "1" подается на вход установки нуля регистра 8 и обнуляется регистр, пр«этом и ="рьь:й, второй и третий ключи 9, 10. 11 закрываются.

Этот же сигнал "1" поступает на вход записи данных второго счетчика 7, осуществляя запись модуля счета, равного 4. Пр«этом на выходе переноса этого счеячика гQRBëÿåòcÿ сигнал "0".

Таким образом, после дост«жения выходным напряжением макс«мального значениЯ 0вых = 40оп в момент вРемени t4 происходит обнуление первого счетчика 2 v. регистра 8, что приводит к I.o. I пению

1758853 ту выходной шине 16 напряжения U x = 0 (фиг,2,д). Цикл формирования выходного напряжения на этом заканчивается и устройство готово к приходом следующего тактового импульса от генератора 1 повторить работу, Расширения функциональных возможностей устройства можно добиться, управляя временем запуска генератора 1 импульсов или изменяя частоту следования импульсов, а также подавая на третью шину

15 сигнал "О", что позволяет исключить из работы первый, второй и третий ключи 9, 10, 1 и получить на выходной шине 16 напряжение 0«х = 0цдп.

Таким образом, устройство позволяет сформировать ступенчатое линейное изменяющееся напряжение с амплитудой, превышающей значение максимального выходного напряжения ЦАП (0вых = 40оп). M точностью, определяемой погрешностью одного ЦАП, поскольку интервал формирования U«x разбит на четыре цикла и ЦАП 3 устройства работает периодически лишь на

0вых max участке †------, а в качестве элемента

4 запоминания напряжения в конце каждого цикла используется прецизионный источник опорного напряжения, погрешностью которого можно пренебречь.

Формула изобретения

Формирователь напряжения ступенчатой формы, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходной шиной, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения точности формирования ступенчатого напряжения с линейным законом нарастания,в

5 него введены первый и второй элементы

ИЛИ, регистр сдвига. источник опорного напряжения, первый, второй и третий ключи, первая, вторая и третья шины управления, причем первая шина управления соединена

10 с управляющим входом генератора ."мпульсов, вторая шина управления — с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, входу записи данных второ15 ro счетчика импульсов и входу установки нуля регистра сдвига, а третья шина управления подключена к информационному входу регистра сдвига, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляю20 щим входам первого, второго и третьего ключей соответственно, выходы которых соединены соответственно. со вторым, третьим и четвертым входами сумматора. при этом выход источника опорного напряже25 ния подключен к информационным входам первого, второго и третьего ключей и ко входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, выход второго элемента ИЛИ подключен ко входу установки

30 нуля первого, счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, а выход переноса — со вторым входом второго элемента ИЛИ, счетным входом второго

35 счетчика импульсов и тактовым входом регистра сдвига, а выход переноса второго счетчика импульсов подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ.

1758853

ЦцАП

Uon и ио. г

И8ых

4Mgn 2 3

Составитель А. Гоенко

Редактор Т. Орловская Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач

Эаказ 3011 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открнтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, уп.Гагарина, 101