Pierwszenstwo: 63533 KI. 21 a1, 36/02 MKPH03k,4/06 Opublikowano: 20.VIII.1971 UKD Twórca wynalazku: Andrzej Nechay Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Automatyki), Warszawa (Polska) Generator fali trapezowej Przedmiotem wynalazku jest generator fali tra¬ pezowej, sluzacy do wytwarzania dowolnego prze¬ biegu z rodziny przebiegów trapezowych, jak rów¬ niez przebiegów o ksztalcie trójkata, pily i pro¬ stokata. Przyrzad moze znalezc zastosowanie wsze¬ dzie tam, gdzie wchodzi w gre badanie obiektów przebiegami trwajacymi od kilku milisekund do kilkudziesieciu sekund.Znane sa generatory specjalnego przebiegu, na przyklad o ksztalcie trójkatnym, pilowym i pro¬ stokatnym. Wsród wielu rozwiazan spotykane sa takze oparte na polaczeniu elementów cyfrowych z elementami analogowymi. Cecha charaktery- czna tych generatorów jest to, ze maja integra¬ tory i dyskryminatory amplitudy polaczone petla sprzezenia zwrotnego. Powyzsze rozwiazania po¬ zwalaja otrzymac symetryczne przebiegi o róznych ksztaltach z wyjatkiem trapezowych.Znane sa uklady przeksztalcajace impulsy o do¬ wolnym ksztalcie na impulsy trapezowe. Sa to na ogól uklady dzialajace na zasadzie ladowania i ro¬ zladowania kondensatorów, lub tez sa to uklady typu mostkowego. Jednakze sa to uklady dajace impulsy o duzej czestotliwosci, stosowane w tech¬ nice telewizyjnej. Ponadto sa to uklady skompli¬ kowane i bardzo rozbudowane.Znany jest równiez sposób i uklad generowania impulsów trapezowych. Sposób, polega na kory¬ gowaniu wstepnego nieregularnego impulsu w takt ciagu impulsów sterujacych i przy zastosowaniu 15 20 25 30 prostokatnego impulsu blokujacego oraz impulsu opóznionego, w celu otrzymywania impulsu tra¬ pezowego o zboczach liniowych. Wynikowy impuls ma ksztalt trapezu o podstawach równoleglych lub nierównoleglych, z mozliwoscia regulowania czasu narastania i opadania impulsu. Uklad reali¬ zujacy ten sposób zbudowany jest w oparciu o elementy elektroniczne i mechaniczne. Zawiera on na wejsciu stopien wytwarzajacy impulsy steruja¬ ce, do którego dolaczony jest generator impulsów wstepnych i blokujacych oraz urzadzenia opóznia¬ jace i generator impulsów opóznionych. Impulsy tak otrzymane sa podawane do sumatora z ogra¬ nicznikiem, a nastepnie do wzmacniacza wyjscio¬ wego poprzez uklad rózniczkujacy pochylajacy górna podstawe trapezu. Uklad ten zawiera ele¬ menty mechaniczne ulatwiajace ustalenie wyma¬ ganej dlugosci poszczególnych odcinków impulsów trapezowych.W ukladzie powstaje impuls trapezowy o linio¬ wo narastajacym zboczu i poziomym odcinku któ¬ rych wspólna dlugosc okreslona jest czasem, w którym impuls opózniony o polaryzacji ujemnej uzyska swoje maximum. Wtedy to rozpoczyna sie rozladowywanie ukladu i otrzymuje sie zbocze opadajace trapezu. Zbocze to ma ksztalt nielinio¬ wy. Oba te impulsy — zblizony do trapezowego i impuls opózniony podawane sa do sumatora, gdzie uzyskuje sie impuls trapezowy o polaryza¬ cji ujemnej i o obu zboczach liniowych, lecz o 6353363533 3 skróconym odcinku poziomym oraz impuls nie¬ potrzebny o nieregularnym ksztalcie. Ten impuls niepotrzebny obcina sie dalej, a impuls trapezowy odwraca sie.Nastepny impuls trapezowy powstaje w chwili gdy do ukladu dojdzie impuls sterujacy. Chociaz uklad ten pozwala osiagnac impulsy o czasie trwania w zakresie od mikrosekund do kilku se¬ kund, to mozliwosci regulowania czasu trwania poszczególnych odcinków przebiegu sa ograniczo¬ ne poprzez narzucona czestotliwosc impulsów we¬ wnetrznych oraz okres impulsu blokujacego. Czas trwania jaki uplywa od chwili zakonczenia nara¬ stania impulsu do chwili rozpoczecia opadania im¬ pulsu zalezy od dlugosci czasu narastania, gdyz ich suma okreslona jest przez urzadzenie opóznia¬ jace. Jezeli czas narastania impulsu trapezowego zwiekszy sie, to czas trwania tegoz w okreslonym poziomie skróci sie. Suma tych dwóch odcinków impulsu trapezowego jest wiec regulowana w ograniczonym zakresie. Natomiast juz przerwa miedzy kolejnymi impulsami trapezowymi jest bardzo trudna do wyregulowania.Aby tutaj dokonac regulacji trzeba zmienic okresy sygnalów sterujacych, blokujacych oraz opóznionych. Tak wiec, aby impulsy trapezowe mogly miec, w zaleznosci od wymagan, uregulo¬ wane czasy trwania poszczególnych odcinków, ko¬ nieczna jest bardzo skomplikowana regulacja w wielu punktach ukladu. Aby zapobiec bledowi, omawiany uklad zawiera mechaniczne blokady po¬ zwalajace na w miare poprawne, zadawanie pa¬ rametrów fali trapezowej. Efekt tej dzialalnosci jest widoczny dopiero przykladowo na ekranie oscyloskopu i mówi, czy otrzymano pozadany tra¬ pez. Urzadzenia mechaniczne uniemozliwiaja do¬ konanie nierealnych ustalen czasu trwania poszcze¬ gólnych odcinków trapezu.Celem wynalazku jest generator fali trapezowej, zbudowany na elementach analogowych i cyfro¬ wych o prostszej budowie, z mozliwoscia niezalez¬ nej regulacji czasu trwania poszczególnych odcin¬ ków trapezu, tj. niezaleznej od siebie regulacji czasu narastania, czasu trwania, czasu opadania impulsu oraz przerwy miedzy kolejnymi impulsa¬ mi.Generator fali trapezowej, zawierajacy elemen¬ ty analogowe i cyfrowe, a wsród nich dyskrymi- natory i uklady calkujace jako istotna ceche ma to, ze wzmacniacze operacyjne, calkujace i zatrzy¬ mujace przebieg na stalym poziomie, oraz okre¬ slajace czas narastania, zatrzymania na stalym poziomie i opadania przebiegu trapezowego, maja na wejsciu dolaczone kazdy po dwa przerzutniki, a na wyjsciu kazdy po dwa dyskryminatory. Kaz¬ dy z przerzutników ma dwa wejscia. Wzmacniacze operacyjne wraz z przerzutnikami i dyskrymina- torami tworza petle sprzezenia zwrotnego.Generator wedlug wynalazku nie wymaga stoso¬ wania generatora impulsów sterujacych, chociaz przewidziana jest mozliwosc sterowania impulsa¬ mi z zewnatrz. Zasada pracy, blizej objasniona na przykladzie wykonania — nie wymaga stosowania impulsów sterujacych, bo nie jest to urzadzenie przeksztalcajace impulsy na trapezowe — jak to bylo w znanych rozwiazaniach. Uzyskane to jest przez zastosowanie petli sprzezenia zwrotnego. Po¬ dobnie, niepotrzebne jest stosowanie impulsów blo¬ kujacych. Z zasady pracy generatora wedlug wy- 5 nalazku wynika, ze impuls trapezowy otrzymuje sie w jednym czlonie ukladu, a nie w wyniku dokonywania szereg operacji w kilku czlonach ukladu — nie obserwuje sie procesu sumowania i obcinania ksztaltów posrednich przed otrzyma¬ lo niem czystego trapezu o liniowych zboczach.Zastosowane wzmacniacze operacyjne jako ele¬ menty calkujace pozwalaja osiagnac lepsza linio¬ wosc zbocza trapezu. Przerzutniki, znajdujace sie na wejsciu kazdego wzmacniacza, daja zbocza 15 narastajace i opadajace trapezu, zbocze opadajace nie jest wynikiem sumowania.Powstawanie kolejnych odcinków trapezu, w ukladzie wedlug wynalazku, uzyskuje sie po za¬ konczeniu poprzedniego odcinka. Dlatego tez ja- 20 kakolwiek zmiana czasu trwania dowolnego od¬ cinka trapezu nie wplywa na czas trwania pozo¬ stalych odcinków.W ukladzie wedlug wynalazku nie jest potrzeb¬ ne stosowanie impulsów blokujacych i uklad nie wymaga stosowania mechanicznych blokad. Jest wiec urzadzeniem calkowicie elektronicznym po¬ zwalajacym otrzymac impulsy o niezaleznej re¬ gulacji poszczególnych czesci impulsu i o czasie trwania od kilku milisekund do kilkudziesieciu 25 30 sekund.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia blokowy .schemat ideowy przy- 35 kladowo wykonanego generatora, fig. 2 — ksztalt fali otrzymany w poszczególnych elementach ge¬ neratora, fig. 3 — ksztalt fali trapezowej przy pracy generatora z zewnetrznym impulsem wy¬ zwalajacym narastajace zbocze, fig. 4 — ksztalt fali trapezowej z zewnetrznymi impulsami wy¬ zwalajacymi zbocza narastajace oraz opadajace, fig. 5 — ksztalt fali trapezowej z zewnetrznym impulsem wyzwalajacym opadajace zbocze.Generator wedlug wynalazku, schematycznie 45 przedstawiony na fig. 1 rysunku, sklada sie z za¬ silacza, wzmacniaczy operacyjnych, przerzutników i dyskryfninatorów. Wzmacniacze operacyjne Wx i W2, maja wyjscia polaczone kazdy z dwoma dyskryminatorami sygnalizujacymi, odpowiednio 50 KjW! oraz K2Wi dla pierwszego wzmacniacza ope¬ racyjnego Wx i KxW2 oraz K2W2 dla drugiego wzmacniacza operacyjnego W2. Na wejsciu kaz¬ dego wzmaczniacza znajduja sie po dwa prze¬ rzutniki dwustanowe —odpowiednio PiWi i P2Wi 55 dla wzmacniacza Wi oraz PiW2 i P2W2 dla wzmac¬ niacza W2. Napiecie wyjsciowe przerzutników PiWx i PiW2 sa O lub —U, gdzie —U jest wartoscia nie podlegajaca regulacji. Odpowiednio napiecie wyjsciowe przerzutników P2WX i P2W2 sa O i go +U. Wzmacniacze operacyjne W2 i W2 wraz z dolaczonymi do nich dyskryminatorami i przerzut¬ nikami tworza petle sprzezenia zwrotnego. Wzmac¬ niacze operacyjne Wi i W2 maja za zadanie cal¬ kowac przebieg, to znaczy wytworzyc przebieg gg narastajacy i opadajacy, pamietac, czyli zatrzy-83533 mac te przebiegi na stalym poziomie oraz okreslic czas zatrzymania przebiegu trapezowego.Dla uniezaleznienia czasów narastania oraz opa¬ dania zastosowano dyskryminatory KiWj, K2Wl9 KxW2 oraz K2W2 z dwoma wejsciami. Dzieki te- 5 mu mozna uniezaleznic regulacje czasu trwania odcinków przebiegu trapezowego.Na schemacie blokowym ponadto wyrózniane sa cztery bloki oznaczone A, B, C, D. Sa to zestawy elementów elektronicznych przy pomocy których 10 reguluje sie czas trwania poszczególnych frag¬ mentów impulsu trapezowego, a wiec czas trwania narastajacego zbocza A, czyli nachylenie zbocza A, czas trwania odcinka B, odpowiadajacego usta-* leniu sie napiecia na okreslonym poziomie, czas 15 trwania opadajacego zbocza C, czyli nachylenie zbocza C, oraz czas trwania przerwy miedzy ko¬ lejnymi impulsami, czyli odcinka D. Omawiane bloki pozwalaja na niezalezna od .siebie regulacje czasów trwania fragmentów impulsu. 20 Cykl pracy generatora zostanie objasniony w oparciu o fig. 2 rysunku. Rozpatrywany przebieg trapezowy otrzymany na wzmacniaczu Wx ma wy¬ róznione cztery czesci przebiegu: narastajace zbo¬ cze A, odpowiadajacy ustaleniu sie na okreslonym 25 poziomie napiecia odcinek B czyli górna podstawa trapezu, opadajace zbocze C, oraz odpowiadajacy poziomowi zerowemu odcinek D, czyli przerwa miedzy impulsami.Gdy na wyjsciu przerzutnika PiWj pojawi sie 30 napiecie —U, na wyjsciu wzmacniacza Wi roz¬ pocznie sie liniowy wzrost napiecia, ze stala czasu nastawiona przy pomocy potencjometru i prze¬ lacznika czteropozycyjnego. Gdy napiecie wyjscio¬ we wzmacniacza Wj osiagnie wartosc +Uj, a wiec 35 zakonczy sie proces narastania napiecia i narasta¬ jace zbocze A ma juz okreslona dlugosc, zadziala dyskryminator KiWj, który wylacza przerzutnik PiWx i wlacza przerzutnik PiW2. Wartosc napie¬ cia +Ui nie jest regulowana. Wylaczenie przerzut- 40 nika PiWj powoduje zatrzymanie napiecia wyjscio¬ wego wzmacniacza Wx na poziomie +U1# Wlacze¬ nie przerzutnika PiW2 powoduje narastanie napie¬ cia na wyjsciu wzmacniacza W2, az do osiagniecia wartosci +U2, to znaczy az do zakonczenia czasu, 4g w którym ustalila sie wartosc napiecia i otrzy¬ mano odcinek B trapezu.Gdy napiecie wyjsciowe wzmacniacza W2 osiag¬ nie wartosc +U2, przy czym wartosc napiecia +U2 nie podlega regulacji, wlacza sie dyskryminator 50 KiW2, który wylacza przerzutnik PiW2 i wlacza przerzutnik P^. Napiecie +V1 i +U2 wybrano w poblizu górnego zakresu liniowej charakterysty¬ ki wzmacniaczy W! i W2. Wlaczenie przerzutnika PiW2 powoduje zatrzymanie narastania napiecia ^ wyjsciowego wzmacniacza W2. Wlaczenie przerzut¬ nika P2Wi powoduje opadanie napiecia wyjscio¬ wego wzmacniacza Wx az do zera, a wiec zakonczy sie proces opadania i opadajace zbocze C ma okreslona dlugosc. Zadzialanie dyskryminatora gQ K2Wi powoduje wylaczenie przerzutnika P2Wi — zatrzymanie napiecia wyjsciowego wzmacniacza Wi na poziomie zerowym — i wlaczenie przerzut¬ nika P2W2. Napiecie wyjsciowe wzmacniacza W2 osiaga zero, a wiec i zakonczony jest odcinek D 6 trapezu odpowiadajacy ustaleniu sie napiecia na poziomie zerowym. Okreslona tez jest wtedy przerwa miedzy impulsami o ksztalcie trapezu.Wtedy to dziala dyskryminator K2W2, który wy- laeza przerzutnik P2W2, oraz wlacza przerzutnik Pi-Wi. Napiecie wyjsciowe wzmacniacza Wx nara¬ sta i rozpoczyna sie znów narastanie napiecia.Cykl pracy powtarza sie.W generatorze wedlug wynalazku istnieje mo¬ zliwosc regulowania nachylenia zboczy poprzez do¬ bór patametrów ukladu. Ponadto przez dokonanie odpowiednich przelaczen w ukladzie generatora mozna uzyskac redukcje odcinka B lub D albo obu jednoczesnie do zera, przez co mozna zmie¬ niac ksztalt generowanego przebiegu. Przelaczen tych dokonuje sie odpowiednio przy pomocy prze¬ laczników Zx i Z2 przedstawionych na fig. 1 ry¬ sunku. Wybranie kierunku polaczenia przelaczni¬ ków uwarunkowane jest tym, czy istnieje potrze¬ ba zredukowania do zera górnej podstawy trapezu, czyli odcinka B, czy tez przerwy miedzy impul¬ sami czyli odcinka D. Na rysunku kierunki te symbolicznie oznaczone sa przy przelaczniku Zi jako D^O i D = O, oraz przy przelaczniku Z2 jako B = OiB^O.Powyzej opisane cykle pracy odbywaja sie przy wewnetrznym wyzwalaniu to jest rozpoczeciu na¬ rastania i opadania napiecia. Uklad przewidziany jest tez do pracy z zewnetrznym wyzwalaniem i to dwojakiego rodzaju.Przy pracy z zewnetrznym impulsem wyzwala¬ jacym, narastajace zbocze A trapezu, impuls ten podawany jest do zacisku I zewn. ze zródla ze¬ wnetrznego. W tym przypadku uzyskuje sie re¬ gulacje z zewnatrz dlugosci zbocza A trapezu, a przez to redukcje odcinka D. Rozpoczecia nara¬ stania napiecia, a wiec i poczatek narastania zbo¬ cza A, wystepuje gdy na tym zacisku pojawi sie impuls o ujemnym zboczu. Proces generowania zbocza A, odcinka B, i zbocza C przebiega tak samo, jak przy pracy z wyzwalaniem wewnetrz¬ nym. Ponowny wzrost napiecia wyjsciowego wzmaczniacza Wx, to jest poczatek narastajacego zbocza A, rozpoczyna sie z chwila pojawienia sie nastepnego ujemnego, zewnetrznego impulsu wy¬ zwalajacego na zacisku I zewn. Okres powtarza¬ nia impulsów na zacisku I zewn. musi byc dluzszy od sumy czasu trwania narastajacego zbocza A, odcinka B i opadajacego zbocza C. Czas trwania odpowiadajacego poziomowi zerowemu odcinka D trapezu jest róznica pomiedzy okresem impulsów ze zródla zewnetrznego i suma czasu trwania po¬ zostalych odcinków trapezu. Obrazuje to fig. 3 rysunku, na której oznaczenie Ti jest okresem impulsów ze zródla zewnetrznego. Na tej figurze, wykres we wspólrzednych Wei, t przedstawia ele¬ menty zewnetrznego impulsu wyzwalajacego, a wy¬ kres we wspólrzednych Uwy, t jest otrzymywa¬ nym impulsem wyjsciowym o ksztalcie trapezu.Przy pracy z zewnetrznym impulsem wyzwala¬ jacym opadajace zbocze C trapezu, impuls wyz¬ walajacy podawany jest do zacisku Uzewn ze zród¬ la zewnetrznego. W tym przypadku uzyskuje sie regulacje z zewnatrz dlugosci zbocza C trapezu,63533 7 a przez to i mozliwosc regulacji dlugosci odcinka B trapezu.Gdy na zacisku Ilzewn pojawi sie impuls z ze¬ wnetrznego zródla, dotychczas utrzymujace sie na poziomie Ui napiecie wyjsciowe wzmacniacza Wi 5 zaczyna opadac i wyzwolone jest opadajace zbo¬ cze C trapezu. Dalej, rytmem narzuconym praca generatora, wgenerowane sa kolejno odcinek D trapezu oraz zbocze narastajace A. Czas trwania odcinka B, odpowiadajacego ustaleniu sie na okres- 10 lonym poziomie napiecia jest róznica pomiedzy okresem impulsów ze zródla zewnetrznego i suma czasu trwania pozostalych odcinków trapezu.Przedstawia to fig. 5 rysunku, gdzie oznaczenie Tn jest okresem impulsów ze zródla zewnetrznego. 15 Na tej figurze, wykres we wspólrzednych Wen, t przedstawia elementy impulsu zewnetrznego, a wykres we wspólrzednych UWy, t jest otrzymywa¬ nym impulsem wyjsciowym o ksztalcie trapezu.Uklad przewidziany jest takze do pracy z ze- 20 wnetrznymi impulsami wyzwalajacymi narastaja¬ ce zbocze A i opadajace zbocze C. Wtedy to, przez jednoczesna regulacje zbocza A i zbocza C, uzy¬ skuje sie jednoczesna, ale niezalezna od siebie re¬ gulacje czasu trwania odcinków B i D. Do za- 25 cisków Izewn i Uzewn podaje sie zewnetrzne impul¬ sy wyzwalajace o okresach Ti i Tu. Praca odbywa sie jak poprzednio opisano, lecz jest jednoczesna.W wyniku otrzymuje sie impuls o ksztalcie tra¬ pezu, w którym poprzez regulacje czasu trwania 30 zbocza A i zbocza C otrzymuje sie regulacje od¬ cinka B oraz odcinka D — czyli górnej podstawy trapezu oraz przerwy miedzy kolejnymi impulsa¬ mi. Zaleznosci powyzsze przedstawione sa na fig. 4rysunku. 35 Wykres we wspólrzednych Wei, t przedstawia elementy zewnetrznego impulsu wyzwalajacego na¬ rastajace zbocze A, wykres we wspólrzednych Wen, t elementy zewnetrznego impulsu wyzwala¬ jacego opadajace zbocze C, a wykres we wspól- 40 rzednych Uwy, t impulsy wyjsciowe o ksztalcie trapezu. Jak widac górna podstawa trapezu, a wiec czas trwania odcinka B, jest róznica pomie- 8 dzy czasem jaki uplywa od chwili wejscia do ukladu impulsu wyzwalajacego zbocze narastajace A, ód chwili wejscia do ukladu impulsu wyzwala¬ jacego zbocze opadajace C, co oznaczono umownie' Ti_n, i czasu trwania zbocza A. Przerwa miedzy ko¬ lejnymi impulsami, a wiec czas trwania odcinka D odpowiadajacego poziomowi zerowemu, jest róz¬ nica pomiedzy czasem jaki uplywa od chwili wejs¬ cia do ukladu impulsu wyzwalajacego zbocze opa¬ dajace C do chwili wejscia do ukladu impulsu wyzwalajacego zbocze narastajace A, co oznaczo¬ no umownie Tu_i i czasem trwania zbocza C.W konsekwencji pracy z wyzwalaniem zew¬ netrznym generator wedlug wynalazku pozwala otrzymac nie tylko fale o ksztalcie trapezu o róz¬ nych czasach trwania poszczególnych odcinków fali, a takze fale o ksztalcie trójkata róznobocz- nego, równobocznego, równoramiennego, nastepu¬ jacych natychmiast po sobie lub po pewnym cza¬ sie.Ponadto generator fali trapezowej wedlug wy¬ nalazku mozna wykorzystac do budowy generato¬ rów przebiegów zlozonych z wiekszej liczby od¬ cinków. W celu wprowadzenia do przebiegu do¬ datkowych zalaman nalezy zwiekszyc ilosc wzmac¬ niaczy operacyjnych, przerzutników i dyskrymi- natorów oraz odpowiednio zmienic schemat pola¬ czen miedzy nimi. PL PL