Генератор случайного напряжения

Генератор случайного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при статистических исследованиях. Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение функцио- 5 нальных возможностей генератора за счет получения ступенчатого распределения . Генератор содержит две группы источников опорного напряжения, три ключа, суммирующий усилитель. генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов, элемент НЕ, формирователь импульса,аналоговый блок памяти, три триггера, семь элементов И, три элемента ИЛИ, интегратор,четыре компаратора, две схемы сравнения. Изобретение позволяет за счет небольшого дополнительного оборудования существенно повысить быстродействие формирования случайных напряжений при обеспечении высокой точности основных характеристик заданного закона распределения - диапазона формируемых напряжений, равномерной плотности вероятностей в заданном диапазоне, а также позволяет с большой точность реализовать ступенчатый закон распределения плотности вероятностей формируемых напряжений. Это позволит на более высоком метрологическом уровне проводить статистические испытания различных устройств автоматики, а следовательно , повысить качество выпускаемой продукции. 3 ил. с (О (Л с N3 ( N5 СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (51) 4 G 06 F 7/58 СЕСОчий в

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3758605/24-24 (22) 26.06,84 (46) 30.06.86.Бюл. 9 24 (72) Л;П.Колобаев, Л.В.Крюков, С.В.Куликов и Б.И.Корявов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 407348, кл. G 06 F 7/58, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Ф 409348, кл. С 06 F 7/58, !972.

Патент США Ф 3205454, кл.331-78, опублик. 1976. (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при статистических исследованиях. Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей генератора за счет получения ступенчатого распределения. Генератор содержит две группы источников опорного напряжения, три ключа, суммирующий усилитель, генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов, элемент НЕ, формирователь импульса, аналоговый блок памяти, три триггера, семь элементов И, три элемента ИЛИ, интегратор,четыре компаратора, две схемы сравнения. Изобретение позволяет за счет небольшого дополнительного оборудования существенно повысить быстродействие формирования случайных напряжений при обеспечении высокой точности основных характеристик заданного закона распределения диапазона формируемых напряжений, равномерной плотности вероятностей с в заданном диапазоне, а также позво; Ж ляет с большой точность реализовать ступенчатый закон распределения плотности вероятностей формируемых С напряжений. Это позволит на более высоком метрологическом уровне прово- ф дить статистические испытания различных устройств автоматики а следо—

Э вательно, повысить качество выпускаемой продукции. 3 ил.

4йь

124! 238

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при статистических испытаниях измерительных преобразователей, в измерительной технике, при статистическом моделировании и т.п.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функциональнь1х возможностей генератора за счет получения ступенчатого распре- 19 деления.

На фиг.1 приведена функциональная схема генератора; на фиг.2 и 3 — диаграммы, поясняющие работу генератора, t5

Генератор содержит интегратор 1, суммирующий усилитель 2, ключи 3 и 4, компараторы 5 и б, выходы 7 и 8 группы источников 9 опорного напряжения, аналоговый блок 10 памяти, группу 11 источников опорного напряжения, триггер 12, генератор 13 тактовых импульсов, распределитель 14 импульсов с первым выходом 15, элемент HE 1б, элементы И 17 и 18, второй выход 19 распределителя 14 импульсов, триггеры

20-22, элементы И 23-27, компараторы

28 и 29, выходы 30 и 31 группы источников 9 опорного напряжения, третий выход 32 распределителя 14 импульсов, элементы ИЛИ 33 и 34, четвертый выход 35 распределителя 14 импульсов, формирователь Зб импульса, схемы 37 и 38 сравнения, выходы 39 и 40 группы источников 9 опорного напряжения, элемент ИЛИ 41, ключ 42 и выход 43 генератора.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 2022 находятся, в состоянии "0". На второй суммирующий вход усилителя.2 с первого выхода группы источников. 11 опорного напряжения задается начальный ток, который суммируется с током, пропорциональным выходному напряжению генератора (на выходной клемме 43). Напряжение на неинвертированном выходе усилителя 2 проrrop— ционально алгебраической сумме ука— занных токов, а на инвертированном выходе усилителя 2 имеет место напряжение, равное по абсолютной величине, но противоположное по знаку.

Ключи 3 и 4, управляемые триггером 12 через элементы И 17 и 18, осуществляют поочередное подключение к входу интегратора напряжений с взаимно инвертированных выходов усилителя 2; на выходе интегратора .1 получается треугольное напряжение.

Импульсы с выхода генератора 13 поступают на вход распределителя 14 импульсов. Каждый импульс с первого выхода 15 распределителя 14 импульсов (фиг.2в) поступает через элемент

НЕ 16 на вторые входы элементов И 17 и 18, в результате чего оба ключа 3 и 4, управляемые выходными напряжениями указанных элементов И, перехо— дят в запертое состояние. При этом интегратор 1 переходит в режим запоминания (выходное напряжение интегратора представлено на фиг,2и) . В это ,время вырабатывается также импульс (фиг.2г) на втором входе 19 распредели— теля 14, поступающий на импульсный вход аналогового блока 10 памяти, при этом выходное напряжение интегратора 1 фиксируется и передается на выход 43.Это выходное напряжение очередного такта, поступая на первый суммирующий вход усилителя 2, определяет скорость возрастания треугольного напряжения на выходе интегратора в следук щем такте. Импульс с третьего выхода 32 распределителя 14 (фиг.2а) переводит триггер 20 в единичное .со— стояние, в результате чего открывается по вторым входам четвертый 24 и пятый 25 элементы И. Треугольное напряжение на выходе интегратора 1, достигая опорных напряжений, подаваемых на первые входы компараторов

28 и 29 с третьего 30 и четвертого

31 выхоцов группы источников 9 опорного напряжения, вызывает поочередное срабатывание третьего 28 и четвертого 29 компараторов, импульсы с выходов последних проходят через четвертый 24 и пятый 25 элементы И, а

- также через первый 33 и второй 34 элементы ИЛИ на единичный или нулевой вход триггера 12, осуществляющего поочередное включение первого 3 и второго 4 ключей, в результате чегго на выходе интегратора формируется треугольное напряжение (фиг,2д,и).

В течение первого эталонного интервала времени, равного интервалу между передними фронтами импульсов с третьего 3? (фиг,2а) и четвертого 35 (фиг.26) выходов распределителя 14 импульсов, пилообразпос напряжение на выходе ип гегратора имс с т граннительно малый диапазоп измен IfHH и

124

3 высокую частоту повторения (фиг. 2и, участок 44). В течение второго эта— лонного интервала времени между передним фронтом импульса с четвертого выхода 35 и началом импульса с первого выхода 15 (фиг ° 2в) интегратор 1 работает в более широком диапазоне напряжений (фиг.2и, участок 45). При этом соблюдается условие равенства начальной фазы треугольного напряжения второго интервала конечной фазе первого эталонного интервала.

Обеспечение указанного совпадения фаз осуществляется следующим образом. 15

Импульс с четвертого выхода 35 распределителя 14 импульсов поступает на нулевой вход триггера 20 и на единичный вход триггера 2!. Триггер

20 переходит в нулевое состояние 20 (фиг.2е); открывая по вторым входам элементы И 23 и 26 и закрывая эле †менты И 24 и 25, Триггер 21 переходит в единичное состояние (фиг.2ж), сигнал с триггера, поступая на пер- 25 вый управляющий вход переключения. коэффициента усиления усилителя 2, уменьшает его коэффициент усиления в число раз, равное отношению амплитуд треугольных напряжений в течение вто- 30 рого и первого эталонных интервалов времени, соответственно уменьшается крутизна треугольного напряжения (фиг.2и, участок 46) °

10, После достижения напряжением на З выходе интегратора 1 порога срабатывания компаратора 28 на выходе последнего вырабатывается импульс, .который поступает на второй вход эле— . мента И 27, на первый вход которого 40 подается единичный сигнал с выхода триггера 21, поэтому укаэанный импульс проходит на единичный вход триггера 22, переводя его в единичное состояние. Единичное. напряжение с выхода триггера 22 (фиг.2з) включает формирователь 36 импульса, в результате чего напряжение на выходе интегратора быстро возрастает (фиг.2и, участок 47) до тех.пор, пока не сработает первый компаратор 5. Импульс с выхода первого компаратора 5 поступает на нулевой вход триггера 21, который переходит в нулевое состояние, вызывая запирание по первому входу седьмого элемента И 27 и возвращая коэффициент усиления усилителя 2 к первоначальному значению. Им1238 пульс с выхода первого компаратора также обнуляет триггер 22, прекращая действие формирователя 36. Далее идет процесс формирования треугольного напряжения на выходе интегратора с полной амплитудой при поочередном срабатывании первого 5 и второго

6 компараторов, причем сигналы на единичный вход триггера 12 проходят через третий элемент И 23 и первый элемент ИЛИ 33, а на нулевой — через шестой элемент И 26 и второй элемент

ИЛИ 34. Далее по сигналу с первого выхода 15 распределителя 14 импульсов интегратор 1 переходит в режим запоминания (фиг.2и, участок 47) и процесс повторяется.

Таким образом формирование выходного напряжения в каждом такте проходит в два этапа.

В течение первого эталонного интервала времени происходит формирование треугольного напряжения при относительно малой амплитуде: и сравнительно высокой частоте. Работа на высокой частоте позволяет уменьшить эталонный интервал времени при заданном количестве циклов. Однако при малой амплитуде сигнала возрастает влияние помех, например шумов усилителя наведенных ЭДС. В течение второго интервала времени на выходе интегратора формируется треугольное напряжение сравнительно большой амплитуды, поэтому окончательно сформированное в данном такте напряжение имеет существенно меньшую относительную величину составляющей от помех. Количество циклов во втором эталонном интервале может быть небольшим, так как начальная фаза треугольного напряжения этого интервала равна конечной фазе тругольного напряжения первого интервала, которая сформирована при большом количестве циклов и обеспечивает необходимую равномерность закона распределения выходных напряжений. Составляющая от помех, имеющаяся в выходном напряжении в момент окончания первого эталонного интервала, во втором интервале трансформируется в флюктуации по фазе и не влияет на характеристики закона распределения по напряжению в конце каждого такта.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает существенное увеличение быстродейст1241238 вия с сохранением точностных характеристик заданного закона распределения случайных выходных напряжений.

При формировании в течение первога ýòàëîííîão интервала времени треугольного напряжения малой амплитуды введенные дополнительные элементы не влияют на работу устройства. В течение второго интервала времени, ког- !О да формируется треугольное напряжение большой амплитуды, при достижении напряжением на выходе интегратора 1 порогов срабатывания схем 37 и

38 сравнения, определяемьtx величиной напряжений на пятом 39 и шестом 4О выходах группы источников 9 опорного напряжения, сигналы поступают через элемент ИЛИ 41 на второй вход переключения коэффициента усиления 20 усилителя 2 и на управляющий. вход третьего ключа 42. В результате из— меняется коэффициент усиления усилителя и соответственно увеличивается входной ток смещения усилителя 2, что 25 приводит к увеличению крутизны -pe— угольного напряжения в крайних диапазонах (между уровнем срабатывания схем сравнения 37 и компараторов 5 и между уровнями срабатывания схем ЗО сравнения 38 и компараторов 6 фиг.3a), Если коэффициент передачи выходного напряжения и напряжения смещения во .входную цепь интегратора на среднем участке в ь раз меньше, 5 чем на крайних участках диапазона выходных напряжений, то плотность вероятностей на крайних участках в раз меньше, чем на срецнем участке (фиг.36), Таким образом, достигается 4О получение ступенчатого закона распределения выходных напряжений.

Фор мул аизобретени я

Генератор случайного напряжения, 45 содержащий генератор тактовых импуль— сов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого через элемент НЕ сое— динен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам первого тригГера, второй выход распределителя импульсов соединен с входом "За- 5

It лись аналогового блока памяти, выход которого является выходом гене— ратора случайного напряжения и сое— динен с первым суммирующим входом суммирующего усилителя, второй суммирующий вход ксторого подключен к первому выходу первого источника опорного напряжения, инверсный и прямой выходы суммирующего усилителя соединены с информационными входами соответственно первого и второго ключей, угравляющие входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И,, выходы первого и второго ключей псдключеиы к информационному входу интегратора, выход которого соединен с информационным входом аналогового блока памяти и с информационными входами первого и второго компараторов, входы задания уровня которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора путем получения ступенчатого распределения, он содержит три триггера, два компаратора, три элемента KIH, фор1ирователь импульса, пять элементов

И, две схемы сравнения и третий ключ, информационный вход которого подклю— чен к второму выходу первого источника опорного напряжения, а выход третьего ключа соединен с третьим суммирующим входом суммирующего усилителя, третий и четвертый выходы распределителя импульсов соединены соответственно с единичным и нулевым входами второго триггера, выход первого компаратора соединен с пер-::. вым входом третьего элемента И, нулевым вхоцом третьего триггера и нулевым входом четвертого триггера, единичный выход которого через формирователь импульса соединен с входом "Сброс" интегратора, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем сравнения и информационными входами третьего и четвертого компараторов, входы задания уровня которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходам второго источника опорного напряжения, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первой и второй схем сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа и входом задания первого коэффициента усиления суммирующего усилителя, вход задания второго коэффициента усиления которого подключен к единичному выходу третьего триггера, единичный вход которого подключен к четвертому выходу распределителя импульсов, выходы третьего и четвертого компараторов соединены 10 соответственно с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответственно второго и третьего элементов ИЛИ, выходы которых соеди- 15 иены соответственно с единичным и нулевым входами первого триггера, выход второго компаратора соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего компаратора соединен с первым входом седьмого "лемента И, второй вход которого подключен к единичному выходу третьего триггера, а выход седьмого элемента И соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход второго триггера соединен с вторыми входами четвертого и пятого элементов И, нулевой выход второго триггера соединен с вторыми входами третьего и шестого элементов И.

1241238 а и,ф

ФО

Ф ф ю еу за

Qur. 2

Ut иу

Щ ь, Ug и

Ug

Ug

Л 4

Фиг. 3

Составитель А.Карасов

Техред О.Гортвай

Редактор Л.Пчелинская

Корректор О.Луговая

Подписное

Заказ 3490/44 Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4