RU1709841C

RU1709841C - Functional generator

Info

Publication number: RU1709841C
Authority: RU
Inventors: С.М. Крылов
Original assignee: Крылов Сергей Михайлович
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: electrical and radio engineering. SUBSTANCE: invention relates to generators of sinusoidal signals. Functional generator makes it possible to generate periodic sinusoidal, sawtooth, quadrature signals and signals with the use of methods of piece-stepped, piece-wise and piece-quadrature approximation. It includes multiplying digital-to-analog converter 1, first integrator 2 first voltage output 3, retrieval and storage element 4, first key 5, second key 6, second integrator 7, second voltage output 8, first scale resistor 9, differential operational amplifier 10, second scale resistor 11, current output 12, third scale resistor 14, third key 15, fourth scale resistor 16, damping element 17, fourth key 18, fifth key 19, standard voltage wire 20, synchronizer 21. Damping element 17 is produced in the form of first current-setting resistor 22, two-way voltage limiter 23 and second current setting resistor 24. Widened class of functions generated by generator is achieved thanks to insertion of five keys, two scale resistors, retrieval and storage element and new couplings between elements of generator. EFFECT: widened class of generated functions. 1 dwg

Description

Изобретение относится к генераторам синусоидальных и других сигналов, построенным на базе аналоговых интеграторов, и может использоваться в качестве управляемого генератора различных испытательных сигналов при исследовании широкого класса автоматических и радиотехнических систем и их моделей. The invention relates to sinusoidal and other signal generators based on analog integrators, and can be used as a controlled generator of various test signals in the study of a wide class of automatic and radio engineering systems and their models.

Целью изобретения является расширение класса генерируемых генератором функций. The aim of the invention is to expand the class of functions generated by the generator.

На чертеже приведена схема генератора. The drawing shows a diagram of the generator.

Функциональный генератор содержит умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 1, первый интегратор 2, первый выход 3 генератора по напряжению, элемент выборки-хранения 4, первый ключ 5, второй ключ 6, второй интегратор 7, второй выход 8 генератора по напряжению, первый масштабный резистор 9, дифференциальный операционный усилитель (ДОУ) 10, второй масштабный резистор 11, токовый выход 12 генератора, третий масштабный резистор 13, пятый масштабный резистор 14, третий ключ 15, четвертый масштабный резистор 16, демпфирующий элемент 17, четвертый ключ 18, пятый ключ 19, шину 20 эталонного напряжения, блок синхронизации 21. Демпфирующий элемент 17 выполнен в виде первого токозадающего резистора 22, двухстороннего ограничителя напряжения 23 и второго токозадающего резистора 24. The functional generator contains a multiplying digital-to-analog converter (UCAP) 1, the first integrator 2, the first output 3 of the voltage generator, the sample-storage element 4, the first key 5, the second key 6, the second integrator 7, the second output 8 of the voltage generator, the first large-scale resistor 9, differential operational amplifier (DOW) 10, the second scale resistor 11, the current output 12 of the generator, the third scale resistor 13, the fifth scale resistor 14, the third key 15, the fourth scale resistor 16, the damping element 17, the fourth key 18, the fifth key 19, the bus 20 of the reference voltage, the synchronization unit 21. The damping element 17 is made in the form of a first current-setting resistor 22, a two-way voltage limiter 23 and a second current-setting resistor 24.

Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии все ключи 5,6,15,18 и 19 разомкнуты, сигналы сброса интеграторов 2 и 7 и сигнал записи в элементе выборки хранения (ЭВХ) 4 отсутствуют. The generator operates as follows. In the initial state, all keys 5,6,15,18 and 19 are open, the reset signals of the integrators 2 and 7, and the write signal in the storage sample element (SEC) 4 are absent.

Для генерирования в режиме самовозбуждения синусоидальных сигналов замыкаются ключи 5,6,15,18, на цифровой вход УЦАП 1 из блока синхронизации 21 поступает код, определяющий частоту синусоидального сигнала. При этом коэффициент передачи ДОУ 10 будет определяться формулой
U_вых= KU_вх=

U_вх (1) где U_вых напряжение на выходе ДОУ 10;
U_вх напряжение на входе первого масштабного резистора 9, т.е. на выходе интегратора 7;
R₁ сопротивление масштабного резистора 9;
R₂ сопротивление второго масштабного резистора 11;
R сопротивление параллельно включенных масштабных резисторов 13 и 14;
R₄ сопротивление масштабного резистора 16 (влияние демпфирующего элемента 17 при этом не учитывается).To generate sinusoidal signals in the self-excitation mode, keys 5,6,15,18 are closed, a code determining the frequency of the sinusoidal signal is received at the digital input of UCAP 1 from the synchronization unit 21. In this case, the transmission coefficient of the DOW 10 will be determined by the formula
U _out = KU _in =

U _input (1) where U _output voltage at the output of the DOW 10;
U _Rin of the first input voltage scaling resistor 9, i.e. at the output of the integrator 7;
R _{1 the} resistance of the scale resistor 9;
R _{2 the} resistance of the second scale resistor 11;
R is the resistance of the parallel-connected scale resistors 13 and 14;
R _{4 is the} resistance of the scale resistor 16 (the influence of the damping element 17 is not taken into account).

Из формулы (1) видно, что коэффициент передачи К усилителя может иметь любой знак в зависимости от величины разности R₁˙R₄ R˙R₂, которая должна быть отличной от нуля для данного режима работы. Знак разности выбирается в зависимости от типа используемых интеграторов. Для инвертирующих интеграторов 2,7 разность R₁˙R₄ -R˙R₂ должна быть положительной, а необходимая величина модуля коэффициента передачиК| ДОУ 10 задается выбором соответствующих номиналов резисторов по формуле (1). Для обеспечения режима самовозбуждения необходимо подать сигнал с выхода интегратора 2 на вход интегратора 7 путем подачи непрерывного сигнала записи в ЭВХ 4. При этом сигнал на выходе ЭВХ 4 с несущественной задержкой будет повторять сигнал на его входе.From the formula (1) it can be seen that the transmission coefficient K of the amplifier can have any sign depending on the value of the difference R ₁ ˙R ₄ R˙R ₂ , which should be non-zero for this operating mode. The sign of the difference is selected depending on the type of integrators used. For inverting integrators 2.7, the difference R ₁ ˙R ₄ -R˙R ₂ must be positive, and the required value of the modulus of the transmission coefficient K | DOW 10 is set by choosing the appropriate resistor values according to the formula (1). To ensure the self-excitation mode, it is necessary to apply a signal from the output of the integrator 2 to the input of the integrator 7 by supplying a continuous recording signal to the IVC 4. In this case, the signal at the output of the IVC 4 will repeat the signal at its input with an insignificant delay.

В режиме генерации на выходе 3 пилообразного напряжения и на выходе 8 напряжения с квадратичной зависимостью от времени замыкаются ключи 6,19, на вход управления записью в ЭВХ 4 непрерывно подается сигнал записи. При этом напряжение на выходе ДОУ 10 определяется соотношением
U_вых= KU_вх=

U_вх (2) где U_вх,U_вых,R₁,R₂,R₄ то же, и в формуле (1); а R₃ величина сопротивления резистора 13.In the generation mode, at the output 3 of the sawtooth voltage and at the output 8 of the voltage with a quadratic time dependence, the keys 6.19 are closed, and the recording signal is continuously supplied to the recording control input in the EVX 4. The voltage at the output of the DOW 10 is determined by the ratio
U _out = KU _in =

U _in (2) where U _in , U _out , R ₁ , R ₂ , R _{4 are} the same as in formula (1); and R ₃ is the resistance value of the resistor 13.

При выполнении равенства R₁˙R₄R₃˙R₂ ДОУ 10 работает фактически в режиме компаратора: выдает на выходе максимальное положительное напряжение при отрицательном напряжении на выходе интегратора 7 и минимальное (отрицательное) напряжение при положительном напряжении на выходе интегратора 7. Поэтому если, например, на выходе интегратора 2 положительное напряжение, которое (интегрируемое инвертирующими интегратором 7) привело к отрицательному напряжению на выходе интегратора 7, то на выходе ДОУ 10 установится положительное (максимальное) напряжение. Это напряжение, поступая через ключ 18 и УЦАП 1 на вход интегратора 2, вызовет линейное уменьшение напряжения на выходе интегратора 2, что, в свою очередь, приведет к квадратичному закону увеличения напряжения на выходе интегратора 7 и новому переключению сигнала на выходе ДОУ 10 до максимального по модулю отрицательного значения. Цикл работы генератора повторяется. Включение демпфирующего элемента 17 при замыкании ключа 5 не изменяет существенно характер работы генератора в данном режиме.When the equality R ₁ ˙R ₄ R ₃ ˙R _{2 is} fulfilled, DOW 10 actually works in the comparator mode: it outputs the maximum positive voltage at a negative voltage at the output of the integrator 7 and the minimum (negative) voltage at a positive voltage at the output of the integrator 7. Therefore, if , for example, at the output of integrator 2, a positive voltage, which (integrated by inverting integrator 7) led to a negative voltage at the output of integrator 7, then positive (maximum) voltage will be established at the output of DOU 10 ix. This voltage, coming through the key 18 and UCAP 1 to the input of the integrator 2, will cause a linear decrease in voltage at the output of the integrator 2, which, in turn, will lead to a quadratic law of increasing the voltage at the output of the integrator 7 and a new switching of the signal at the output of the DOW 10 to the maximum modulo a negative value. The generator cycle is repeated. The inclusion of the damping element 17 when closing the key 5 does not significantly change the nature of the generator in this mode.

Для работы генератора в режимах кусочно-линейной и кусочно-квадратичной аппроксимации функциональных зависи- мостей напряжения на выходах 3 и 8 соответственно (в функциях времени) замыкаются ключи 6,19, на вход управления записью ЭВХ 4 непрерывно подается сигнал записи, на входы информации УЦАП 1 подаются последовательно коды, соответствующие различным участкам аппроксимации. Эталонное напряжение, поступающее через ключ 19 на аналоговый вход УЦАП 1, умножается в соответствующем масштабе на входной код УЦАП 1 и интегрируется интегратором 2, на выходе которого формируется очередной линейно изменяющийся участок аппроксимируемого сигнала. Одновременно этот линейно изменяющийся сигнал поступает через ЭВХ 4 и замкнутый ключ 6 на вход интегратора 7, на выходе которого формируется сигнал с квадратичной зависимостью напряжения от времени. Для переключения характера изменения сигнала на выходе интегратора 7, т.е. для изменения типа функциональной зависимости его выходного сигнала с квадратичной на линейную, в соответствующий момент времени сигнал записи в ЭВХ 4 снимается, на выходе ЭВХ 4 напряжение перестает изменяться, в результате чего напряжение на выходе интегратора 7 либо продолжает изменяться по линейному закону (если сигнал с выхода ЭВХ 4 отличен от нуля), либо остается неизменным (если в момент окончания сигнала записи в ЭВХ 4 напряжение на выходе ЭВХ 4 было равно нулю). Таким образом, генератор в рассмотренном режиме может генерировать на одном и том же выходе два типа функциональных зависимостей напряжения от времени: квадратичную и линейную. Для сброса интегратора 2 и 7 в исходное состояние на соответствующие входы интеграторов подаются сигналы сброса. For the generator to operate in the piecewise-linear and piecewise-quadratic approximation of the functional dependences of the voltage at the outputs 3 and 8, respectively (in time functions), the keys are closed 6.19, the recording signal is continuously fed to the input for recording control of the EHC 4, and the information 1, codes corresponding to various approximation sections are supplied sequentially. The reference voltage supplied through the key 19 to the analog input of UCAP 1 is multiplied on an appropriate scale by the input code of UCAP 1 and is integrated by an integrator 2, the output of which forms another linearly varying section of the approximated signal. At the same time, this linearly varying signal enters through EVC 4 and a closed key 6 to the input of the integrator 7, at the output of which a signal is formed with a quadratic dependence of voltage on time. To switch the nature of the signal at the output of the integrator 7, i.e. in order to change the type of functional dependence of its output signal from quadratic to linear, at the corresponding moment of time, the recording signal in EVC 4 is removed, the voltage at the output of EVC 4 ceases to change, as a result of which the voltage at the output of integrator 7 either continues to change linearly (if the signal with the output of the IVC 4 is nonzero), or remains unchanged (if at the time the recording signal in the IVC 4 ended, the voltage at the output of the IVC 4 was zero). Thus, the generator in the considered mode can generate at the same output two types of functional dependences of voltage on time: quadratic and linear. To reset the integrator 2 and 7 to the initial state, reset signals are sent to the corresponding inputs of the integrators.

Для съема токового сигнала, функциональная зависимость которого от времени совпадает с функциональной зависимостью сигнала на выходе интегратора 7, приемник токового сигнала включается между выходом генератора 12 и шиной нулевого потенциала, а сам генератор включается в рассмотренный ранее режим работы для случая кусочно-линейной или кусочно-квадратичной аппроксимации генерируемых сигналов. При выполнении того же самого соотношения R₁˙R₄ R₃˙R₂, что и для формулы (2), выход 12 генератора работает как источник вытекающего тока I:
l -U_вх=

где U_вх,R₁,R₂,R₄ то же, что и для формулы (2).To take a current signal, the functional dependence of which on time coincides with the functional dependence of the signal at the output of the integrator 7, the current signal receiver is connected between the output of the generator 12 and the bus of zero potential, and the generator is included in the previously considered operating mode for the case of piecewise linear or piecewise quadratic approximation of the generated signals. When performing the same ratio of R ₁ ₃ R ₄ ˙R ˙R ₂ in formula (2), the output of the generator 12 works as a source of flowing current I:
l-U _in =

where U _in , R ₁ , R ₂ , R _{4 is} the same as for formula (2).

Возможны также другие режимы работы генератора, получаемые путем различных комбинаций рассмотренных трех основных режимов. Other modes of operation of the generator are also possible, obtained by various combinations of the three main modes considered.

Claims

FUNCTIONAL GENERATOR, comprising a multiplying digital-to-analog converter, first and second integrators, the outputs of which are respectively the first and second outputs of the voltage generator, a synchronization unit, a differential operational amplifier, first, second and third scale resistors and a damping element made in the form of series-connected first current-sensing a resistor, a two-way voltage limiter and a second current-carrying resistor, the free terminals of the first and second current-carrying resistive resistors are connected respectively to the inverting and non-inverting inputs of the differential operational amplifier, the first and second scale resistors are connected between the inverting input of the differential operational amplifier and the outputs of the second integrator and differential operational amplifier, the non-inverting input of which is connected through the third scale resistor to the zero potential bus, a digital input multiplying digital-to-analog converter is connected to the output group of the sync block ronization, and its output is connected to the information input of the first integrator, characterized in that, in order to expand the class of generated functions, the first, second, third, fourth and fifth keys, fourth and fifth scale resistors and a storage sample element, information input are introduced into it which is connected to the output of the first integrator and through the first key to the combined terminals of the first current-sensing resistor and the two-way limiter of the damping element, the read write input of the storage sample element is connected to the corresponding the corresponding output of the synchronization unit, and the output through the second key is connected to the information input of the second integrator, the fourth and fifth scale resistors are connected by one output to the non-inverting input of the differential amplifier and to the current output of the generator, and the other outputs are connected respectively to the output of the differential operational amplifier and through the third key to the zero potential bus, the analog input of the multiplying digital-to-analog converter is connected through the fourth and fifth keys, respectively the differential operational amplifier output and the reference voltage bus, the control inputs of the first, second, third, fourth and fifth keys and the reset inputs of the first and second integrators are connected to the corresponding outputs of the synchronization unit.