RU2052891C1 - Генератор пилообразного напряжения - Google Patents

Abstract

Использование: в импульсной технике, в частности в системах развертки изображения. Сущность изобретения: устройство содержит реверсивный n-разрядный счетчик импульсов 1, преобразователь кода в напряжение 2, знакоуправляемый усилитель 3, счетчик импульсов 4, источник напряжения смещения 5. 3 ил.

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве генератора ступенчатого линейно изменяющегося напряжения (ГСЛИН) или генератора импульсов сложной формы с линейно изменяющимися участками.

Известны различные устройства, формирующие линейно изменяющиеся выходные сигналы (напряжение или ток), большинство из которых основано на заряде конденсатора (или индуктивности) через резистор или генератор тока (напряжения), с обратными связями для линеаризации или без них, с зарядом конденсаторов импульсами тока и др.

Недостатками таких устройств являются нелинейность, трудность настройки и поддержания параметров выходного сигнала при изменении нагрузки, большие габариты конденсаторов и индуктивностей и т.д.

Известны ГСЛИН, выполненные с использованием элементной базы цифровой техники, в частности цифроаналоговые генераторы ступенчатого линейно изменяющегося напряжения.

Прототипом является устройство, которое содержит реверсивный n-разрядный счетчик импульсов, n-разрядный преобразователь кода в напряжение (ПКН) и операционный усилитель, причем импульсный вход ГПН связан с входом реверсивного n-разрядного счетчика импульсов, n выходов которого связаны с n входами ПКН, выход ПКН связан с входами операционного усилителя, выход которого связан с выходом устройства.

Однако устройство имеет ограниченное применение, так как без использования специальных ПЗУ или вычислительных средств имеет небольшое разнообразие формируемых сигналов.

Цель изобретения заключается в том, чтобы увеличить объем использования устройства за счет увеличения разнообразия формируемых сигналов без использования средств вычислительной техники, т.е. без усложнения устройства.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее реверсивный счетчик импульсов, счетный вход которого связан с шиной тактовых импульсов, выходы соединены с соответствующими входами преобразователя кода в напряжение, выход которого соединен с входом знакоуправляемого усилителя, выход которого соединен с выходной шиной, введены дополнительный источник напряжения и счетчик импульсов, а преобразователь кода в напряжение выполнен с разрядом, имеет индивидуальный аналоговый вход, который соединен с дополнительным источником напряжения, один из выходов счетчика импульсов соединен с управляющим входом реверсивного счетчика импульсов, счетный вход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, другой выход которого соединен с управляющим входом знакоуправляемого усилителя.

Кроме того, в него могут быть введены первая и вторая кодовые шины, которые соединены с информационными входами и входами предварительной установки реверсивного счетчика импульсов и счетчика импульсов соответственно.

На фиг.1 приведена структурная cхема предложенного устройства; на фиг.2 и 3 осциллограммы напряжений в различных точках устройства.

Устройство содержит (см.фиг.1) реверсивный n-разрядный счетчик импульсов 1, преобразователь кода в напряжение (ПКН) 2, знакоуправляемый усилитель 3, выполненный с использованием операционного усилителя с резисторами связи, второй счетчик импульсов 4, дополнительный источник напряжения 5 (напряжения смещения; в частном случае может быть использован один из источников напряжения питания устройства; может быть выполнен регулируемым или с переменным выходным напряжением), дополнительный вход 6 ПКН 2, управляемый ключ 7 знакоуправляемого усилителя 3.

Выполнено устройство следующим образом.

Вход реверсивного n-разрядного счетчика импульсов 1 и вход дополнительного счетчика импульсов 4 связаны с входной шиной ГПН, n выходов реверсивного n-разрядного счетчика импульсов 1 связаны с n входами ПКН 2, а выход одного из разрядов дополнительного счетчика импульсов 4 связан с управляющим (реверсирующим) входом ± реверсивного n-разрядного счетчика импульсов 1. Управляемый ключ 7 знакоуправляемого усилителя 3 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя. Управляющий вход знакоуправляемого усилителя 3 (управляемого ключа 7) связан с одним из старших разрядов счетчика импульсов 4. Выход дополнительного источника напряжения 5 связан с дополнительным входом 6 ПКН 2, выход ПКН 2 с входом знакоуправляемого усилителя 3. Выход знакоуправляемого усилителя 3 соединен с выходной шиной ГПН.

При необходимости, например для синхронизации или обеспечения сдвига кодов в счетчиках 1 и 4, входы сброса или входы установки и D-входы счетчиков импульсов 1 и 4 могут быть связаны с соответствующими входными кодовыми шинами ГПН (на чертеже не показаны). Это может быть выполнено известными методами, например, блок ввода кода в счетчики 2 и 4 в простейшем случае может быть выполнен в виде набора тумблеров для задания необходимого кода на входах D счетчиков и кнопки для формирования импульса параллельного ввода в счетчики установленной на входах D информации. При необходимости может быть использовано ПЗУ или программное управление).

Рассмотрим для начала работу устройства при связях управляющего входа счетчика 1 и управляющего входа знакоуправляемого усилителя 3 (управляющего входа ключа 7) с выходом (n+1)-го дополнительного разряда счетчика импульсов 4 и при отсутствии напряжения на дополнительном входе 6 ПКН 2. ПКН 2 должен иметь низкое выходное сопротивление, чтобы изменение нагрузки (изменение входного сопротивления усилителя при изменении знака его коэффициента усиления) не влияло на значение выходного напряжения. При других схемах знакоуправляемого усилителя 3 это требование может быть не обязательным.

После подачи на входы сброса счетчиков импульса обнуления (на фиг.1 не показаны) входные импульсы (см.фиг.2, график) с момента t_о начинают заполнять оба счетчика 1 и 4. Заполнение счетчиков происходит синхронно. При этом реверсивный счетчик импульсов 1 работает на сложение от сигнала на его управляющем входе ± с выхода дополнительного (n+1)-го разряда второго счетчика 4, равного нулю. Этим же сигналом закрыт ключ 7 знакоуправляемого усилителя 3 и он работает как повторитель напряжения.

По мере заполнения первого счетчика увеличивается код на его выходе и пропорционально увеличивается выходной сигнал ПКН 2 (см.фиг.2, график 9), поступающий на вход знакоуправляемого усилителя 3, и выходное напряжение U устройства в целом. Происходит формирование положительной полуволны пилообразного напряжения (поз.12 на фиг.2).

Определенный по счету импульс (его номер равен 2) в момент t₁производит переполнение первого счетчика импульсов (на всех его выходах сигналы становятся равными нулю) и запись единицы в (n+1)-й разряд второго счетчика 4 (младшие n разрядов этого счетчика также обнуляются; их состояние на работе устройства не отражается).

Первый счетчик единицей на реверсирующем входе ± переводится в режим вычитания, а знакоуправляемый усилитель 3 в режим инвертирования выходного напряжения за счет открытия ключа 7. Выходное напряжение устройства с максимального значения падает до нуля (время t₁-t₂, см.фиг.2, график 12). Следующий входной импульс в момент t₂, вычитая единицу из нулевого значения первого счетчика, переводит все его разряды в единичное состояние. При этом выходное напряжение ПКН 2 вновь становится максимальным, а выходное напряжение устройства максимальным по абсолютному значению, но отрицательным (момент t₂ на графике 12), так как открытый ключ 7 удерживает потенциал на неинвертирующем входе операционного усилителя равным нулю и переводит его в режим инвертирования сигнала.

Последующие входные импульсы, уменьшая содержимое первого счетчика, уменьшают и абсолютное значение отрицательного выходного напряжения устройства. Происходит формирование отрицательной полуволны пилообразного напряжения (график 12, время t₂-t₃ на фиг.2).

Следующая пачка импульсов списывает содержимое первого счетчика импульсов до нуля и единицу из (n+1)-го разряда второго счетчика импульсов. С этого момента процесс формирования пилообразного напряжения идет по изложенному принципу, причем в окрестности нуля во время t₃-t₄происходит "сращивание" отрицательной полуволны предыдущего периода и положительной полуволны следующего периода. "Обратный ход" пилообразного напряжения (t₂-t₃ на фиг.2) по времени длится один период входной импульсной последовательности f.

Так происходит формирование возрастающего пилообразного напряжения. Для того, чтобы пилообразное напряжение было убывающим, достаточно инвертировать сигнал на управляющем входе ± первого счетчика или на управляющем входе знакоуправляемого усилителя 3 (на входе ключа 7; можно также счетчик 1 или ключ 7 выполнить работающими от другого логического уровня).

При наличии положительного напряжения на выходе источника 5 и на дополнительном входе 6 ПКН 2 процесс формирования пилообразного напряжения аналогичен, но к каждому мгновенному значению выходного напряжения ПКН 2 (и выходного напряжения устройства) добавляется определенное значение напряжения (может быть любым в зависимости от "веса" дополнительного разряда ПКН и напряжения на нем) за счет сигнала на дополнительном входе 6. При этом выходные напряжения ПКН и устройства в целом будут иметь вид, представленный на графиках 10 и 13 на фиг.2.

Если выходное напряжение источника смещения отрицательное, то выходное напряжение ПКН и устройства в целом будет иметь вид, показанный на графиках 11 и 14 на фиг.2.

Из сопоставления сигналов 12, 13 и 14 видно, что при плавном изменении напряжения на дополнительном входе 6 ПКН 2 в больших пределах (эквивалентных "весу" старшего разряда ПКН и превышающих его) выходной сигнал устройства и его спектр (особенно первая гармоника) претерпевают значительные изменения.

Если управляющий вход знакоуправляемого усилителя 3 (ключа 7) связать с выходом (n+2)-го разряда счетчика импульсов 4 и перед подачей входных импульсов оба счетчика сбросить, то выходное напряжение будет иметь треугольную форму (см. фиг.3, график 15, здесь и далее приведены идеализированные формы выходного сигнала без учета его ступенчатой формы и с пренебрежением длительностью периода входных импульсов).

Если на входы D любого счетчика подать некоторый начальный код и записать его с помощью импульса на входах V установки этих счетчиков, то в процессе работы за счет разности начальных кодов счетчиков момент переполнения первого счетчика будет сдвинут относительно момента заполнения (n+1)-го разряда второго счетчика и треугольное напряжение превратится в напряжение сложной формы с линейными отрезками (см.фиг.3, поз.16).

На фиг.3 показаны и другие формы выходного напряжения устройства, которые могут быть сформированы с помощью предложенного устройства. При подключении к управляющим входам реверсивного счетчика импульсов и управляемого ключа выходов одного из младших и более старшего разрядов второго счетчика выходные сигналы устройства претерпевают дополнительные изменения (графики 17 и 18 на фиг. 3). На графике 18 изменен для наглядности масштаб по оси времени.

Представленные графики не исчерпывают все формы выходного напряжения, которые могут быть получены с помощью предложенного ГПН. Например, использование счетчиков с некратными коэффициентами деления приводят к формированию меняющихся от периода к периоду выходных сигналов и т.д.

Таким образом предложенный ГПН обеспечивает формирование на выходе различных видов выходного напряжения. Предложенное устройство может быть использовано в системах pазвеpтки изображения, преобразователях напряжения в код, системах трехпозиционного регулирования, в том числе с зоной нечувствительности, синтезаторах звука музыкальных инструментов и т.д.

Claims (2)

1. ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий реверсивный счетчик импульсов, счетный вход которого связан с шиной тактовых импульсов, выходы - с соответствующими входами преобразователя кода в напряжение, выход которого соединен с входом знакоуправляемого усилителя, выход которого соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что в него введены источник напряжения смещения и счетчик импульсов, а преобразователь кода в напряжение выполнен с разрядом, имеющим индивидуальный аналоговый вход, который соединен с источником напряжения смещения, один из выходов счетчика импульсов соединен с управляющим входом реверсивного счетчика импульсов, счетный вход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, другой вход которого соединен с управляющим входом знакоуправляемого усилителя.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая кодовые шины, которые соединены с информационными входами и входами предварительной установки реверсивного счетчика импульсов и счетчика импульсов соответственно.

Images