Формувач імпульсів

1 Формувач імпульсів, який містить два порогових елементи з різними порогами спрацьовування, інформаційні входи яких підключені до входу формувача, і тригер, вхід установлення в "0" якого під'єднаний до виходу першого порогового елемента, з меншим порогом спрацьовування, який відрізняється тим, що в нього введені елемент затримки і послідовно сполучений запам'ятовуючий пристрій аналогового сигналу, інформаційний вхід якого підключений до входу формувача, і підсилювач, навантажений на опорний вхід другого порогового елемента, з більшим порогом спрацьовування, вихід якого є виходом формувача, причому вхід елемента затримки підключений до виходу першого порогового елемента, а його вихід з'єднаний з входом установлення в " 1 " тригера, вихід якого через ланку зв'язку з'єднаний з входом керування режимами "запис" і "зберігання" запам'ятовуючого пристрою 2 Формувач імпульсів за п 1, який відрізняється тим, що в нього введені схема І (схема збіжності) і другий тригер, входи установлення в " 1 " та "0" якого підключені до виходів ВІДПОВІДНО другого і першого порогових елементів, а вихід цього тригера підключений до входу керування коефіцієнтом підсилення підсилювача і першого входу схеми І, вихід якої з'єднаний із входом керування режимами "запис" і "зберігання" запам'ятовуючого пристрою, причому другий вхід схеми І підключений до виходу першого тригера, а вихід першого порогового елемента підключений до входу установлення в "0" запам'ятовуючого пристрою 3 Формувач імпульсів за пп 1 або 2, який відрізняється тим, що у вихідну ланку першого порогового елемента послідовно введений формувач прямокутної обвідної пакета імпульсів О 1 Винахід належить до галузі імпульсної та вимірювальної техніки і може бути використаний для формування прямокутних імпульсів з імпульсів, що мають пологі фронти і зрізи, із стабілізацією тривалості сформованих імпульсів при змінюванні амплітуди вхідних імпульсів з пологими фронтом і зрізом, наприклад, при відновленні форми та тривалості первинного прямокутного імпульсу, який пройшов через інтегруючі ланцюги, що дозволяє, наприклад, підвищити точність вимірювання тривалості первинних імпульсів, форма яких спотворена Винахід може знайти також застосування при вимірюванні тривалості радіоімпульсів, первинна прямокутна форма обвідної яких зазнає завалу фронту і зрізу при проходженні через резонансні контури Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, прийнятим за прототип, є устрій для формування імпульсів (А с СРСР №375773, кл Н 03k, 5/04, 1973), що містить два порогових устрої (ПУ) з різними порогами спрацьовування, входи яких 3V єднані із входом устрою, і вихідний тригер із входами установки в "0" і " 1 " Тривалість вихідного импульса тригера при малій крутості наростання та спаду вхідного сигналу істотно залежить від амплітуди вхідного сигналу, що для деяких випадків застосування є недоліком, наприклад, при відновленні форми спотвореного прямокутного імпульсу зі збереженням його тривалості з високою точністю При надходженні на ПУ імпульсу напруги з пологими фронтом і зрізом спрацьовування ПУ відбувається з затримкою на фронті імпульсу - по відношенню до початку наростання імпульсу, а на зрізі - відносно початку спаду імпульсу Збільшення амплітуди імпульсів при постійних порогах спрацьовування, прямого кпр і зворотногокзвр, якщо вони не залежать від амплітуди імпульсів (що має місце в прототипі, де пороги ПОСТІЙНІ), викликає зменшення коефіцієнтів прямого кпр та зворотного ю 00 ю 57857 кзвр спрацьовування ПУ, ЯКІ дорівнюють відношенню величини порога спрацьовування до усталеної після закінчення перехідних процесів амплітуди імпульсу Е, тобто кПр=иПр7Е і к3вр=и3вр-/Е, внаслідок чого зменшується затримка прямого спрацьовування по відношенню до початку наростання імпульсу і збільшується затримка зворотного спрацьовування відносно початку спаду імпульсу Зменшення амплітуди імпульсів викликає протилежні зміни вказаних вище параметрів В кінцевому результаті збільшення амплітуди вхідного імпульсу розширює вихідний відновлений прямокутний імпульс, а зменшення - звужує його Тому пороги і коефіцієнти спрацьовування, належним чином вибрані для однієї амплітуди, виявляються непридатними для іншої, якщо потрібно, наприклад, відтворити тривалість первинного прямокутного імпульсу, спотвореного інтегруючими ланцюгами Сказане вище відносно амплітуди вхідного імпульсу і тривалості вихідного імпульсу відомого устрою стосується також амплітуди радіоімпульсу, який пройшов через резонансний контур і випростувач на вхід устрою, і тривалості пакету імпульсів на виході устрою Внаслідок шерційності резонансного контуру форма обвідної прямокутного радіоімпульсу спотворюється фронт і зріз обвідної на виході контуру стають пологими і змінюються по закону експоненти Тому при змінюванні амплітуди радіоімпульсу змінюється число вхідних імпульсів, які перетнули поріг спрацьовування, і в результаті змінюється число вихідних імпульсів устрою, тобто змінюється тривалість пакету вихідних імпульсів і тривалість їх обвідної Задача винаходу полягає в зменшення впливу змінювання амплітуди вхідних імпульсів формувача на тривалість його вихідних імпульсів шляхом стеження рівнів порогів спрацьовування за швидкістю наростання вхідних імпульсів (а отже і за очікуваною усталеною їх амплітудою) і в зберіганні постійними коефіцієнтів спрацьовування ПУ незалежно від очікуваної амплітуди імпульсів Це дозволяє стабілізувати тривалість вихідних імпульсів пропонованого формувача при змінюванні амплітуди його вхідних імпульсів, а також при належно вибраних коефіцієнтах спрацьовування відтворювати тривалість первинних прямокутних імпульсів після проходженні їх на вхід формувача через інтегруючі ланцюги незалежно від зміни їх амплітуди, зберігаючи закладену в тривалість імпульсів інформацію Друга задача полягає в усуненні впливу на тривалість вихідного сигналу формувача незакінченості перехідного процесу на вершині вхідного імпульсу при співмірності тривалості імпульсу з постійною часу його фронту, внаслідок чого величина імпульсу в КІНЦІ його вершини не досягає очікуваної усталеної величини і таким чином коефіцієнт зворотного спрацьовування збільшується, шляхом запам'ятовування величини імпульсу в КІНЦІ його вершини і формування згідно з цією величиною належного рівня порога зворотного спрацьовування Це дозволяє збільшити точність відтворення тривалості первинних імпульсів і розширити робочий діапазон тривалостей 4 Третьою задачею є забезпечення відновлення форми і тривалості прямокутної обвідної радіоімпульсу незалежно від амплітуди радіоімпульсу, форма якого спотворена інерційними ланцюгами, наприклад, резонансним контуром Це розширює функціональні можливості пропонованого пристрою при обробці сигналів, отриманих в результаті випростування або демодуляції радіоімпульсу Перша поставлена задача вирішується тим, що в формувач імпульсів, який містить два порогові устрої з різними порогами спрацьовування, інформаційні входи яких підключені до входу формувача, і тригер, вхід установки в "0" якого зв'язаний з виходом першого порогового устрою, з меншим порогом спрацьовування, введені устрій затримки і послідовно сполучені запам'ятовуючий устрій аналогового сигналу, інформаційний вхід якого підключений до входу формувача, і підсилювач, навантажений на опорний вхід другого порогового устрою, з більшим порогом спрацьовування, вихід якого є виходом формувача, причому вхід устрою затримки підключений до виходу першого порогового устрою, а його вихід з'єднаний з входом установки в " 1 " тригера, вихід якого через ланку зв'язку з'єднаний з входом управління режимами "запис" і "зберігання" запам'ятовуючого устрою Автоматичне стеження рівнів порогів спрацьовування за швидкістю наростання і тим самим за амплітудою сигналу відбувається шляхом вимірювання поточного значення наростаючої напруги вхідного сигналу в деякий момент часу поміж початком сигналу, що фіксується першим пороговим устроєм, і розрахунковим моментом прямого спрацьовування формувача та формування рівнів порогів спрацьовування пропорційно виміреному значенню напруги при відомому законі часового змінювання вхідного сигналу В ролі стежачого рівня порога спрацьовування пристрою використовується опорна напруга другого порогового устрою, яка знімається з виходу введеного в устрій підсилювача, вхід якого через стежачий запам'ятовуючий устрій зв'язаний зі входом пристрою, а для управління режимом запам'ятовування служить тригер, вхід установки в " 1 " якого через введений устрій затримки зв'язаний з виходом першого порогового устрою Друга задача вирішується тим, що в формувач імпульсів з ознаками, необхідними для вирішення першої задачі, введені схема І (схема збіжності), включена послідовно в ланку зв'язку між тригером і входом управління режимами "запис" і "зберігання" запам'ятовуючого устрою, і другий тригер, входи установки в " 1 " та "Ом якого підключені до виходів ВІДПОВІДНО другого і першого порогових устроїв, а вихід другого тригера підключений до входу управління коефіцієнтом підсилення підсилювача і першого входу схеми І, вихід якої з'єднаний із входом управління режимами "запис" і "зберігання" запам'ятовуючого устрою, причому другий вхід схеми І підключений до виходу першого тригера, а вихід першого порогового устрою підключений до входу установки в "0" запам'ятовуючого устрою Завдяки введенню схеми І та другого тригера і 57857 нових зв'язків МІЖ вузлами пристрою забезпечується запам'ятовування величини напруги в КІНЦІ вершини імпульсу, а регулювання коефіцієнта підсилення підсилювача встановлює необхідний поріг зворотного спрацьовування пропорційно фактичній амплітуді імпульсу, що в кінцевому результаті забезпечує стабільність тривалості вихідного імпульсу формувача незалежно від закінченості перехідного процесу встановлення амплітуди імпульсу Третя задача вирішується тим, що в формувач імпульсів з ознаками, необхідними для вирішення першої та другої задачі, у вихідну ланку першого порогового устрою послідовно введений формувач прямокутної обвідної пакета імпульсів Введення формувача прямокутної обвідної пакета імпульсів на виході першого порогового устрою забезпечує утримання опорної напруги другого порогового устрою до кінця пакета і установку початкового положення "0" не по закінченню кожного імпульсу, а тільки тоді, коли амплітуда імпульсів стане меншою порога спрацьовування першого порогового устрою, тобто по закінченню обвідної пакета імпульсів Пристрій, що пропонується, пояснюється схемами і графіками напруг На фіг 1 показана структурна схема і графіки напруг пристрою зі стежачим за крутістю фронту і очікуваною амплітудою імпульсу порогом прямого спрацьовування і рівним йому порогом зворотного спрацьовування На фіг 2 зображені структурна схема і графіки напруг пристрою з порогом прямого спрацьовування, який стежить за крутістю фронту і очікуваною амплітудою імпульсу, і порогом зворотного спрацьовування, який стежить за фактичною амплітудою імпульсу в КІНЦІ вершини Пристрій (фіг1,а) містить у собі перший пороговий устрій ПУ 1, з меншим порогом спрацьовування, і другий пороговий устрій ПУ 2, з більшим порогом спрацьовування, інформаційні входи 3 і 4 котрих підключені до входу 5 пристрою, тригер 6, вхід 7 установки в "0" якого зв'язаний із виходом ПУ 1, устрій затримки 8 і послідовно сполучені запам'ятовуючий устрій (ЗУ) 9 аналогового сигналу, інформаційний вхід якого 10 підключений до входу 5 пристрою, та підсилювач 11, навантажений на опорний вхід 12 ПУ 2 Вхід устрою затримки 8 зв'язаний з виходом ПУ 1, а вихід підключений до входу 13 установки в " 1 " тригера б, вихід якого через ланку зв'язку сполучений з управляючим входом "запис" і "зберігання" 14 ЗУ 9 Вихід ПУ 2 служить виходом 15 пропонованого формувача Опорна напруга ПУ 1 подається на опорний вхід 16 Формувач імпульсів функціонує наступним чином До появи вхідного сигналу вихідний сигнал ПУ 1 утримує тригер 6 в початковому положенні "0", ЗУ 9 перебуває в режимі "запис" і записує поточне значення наростаючої вхідної напруги пристрою На опорний вхід 16 ПУ 1 подана опорна напруга U', рівна нулю в ідеальному випадку (або близька до нього при наявності завад) При надходженні на вхід 5 пристрою напруги вхідного імпульсу з пологими фронтом і зрізом (графік "а" фіг 1,6) спочатку спрацьовує ПУ1, котрий знімає сигнал установки в "0" з тригера 6 і запускає устрій 6 затримки 8 Та сама вхідна напруга, надходячи через ЗУ 9, підсилюється підсилювачем 11 і в ролі опорної напруги подається на опорний вхід 12 ПУ 2 (графік "є" фіг 1,6) По закінченні часу затримки t3aTp (момент Ь) вихідний сигнал устрою затримки 8 встановлює тригер 6 в положення " 1 " При цьому ЗУ 9 переходить в режим зберігання останнього поточного значення наростаючого вхідного сигналу Коефіцієнт підсилення К підсилювача 11 береться рівним відношенню вхідної напруги UBx(t)=Unp в розрахунковий момент часу прямого спрацьовування t3 при відомому законі змінювання UBX(t) до виміреної і запам'ятованої в момент t2 напруги иВИнір К = Unp'UBMMip Оскільки В інтервалі часу від початку вхідного імпульсу t\ до моменту запам'ятовування Ь опорна напруга ПУ 2 завдяки підсиленню завжди більша за вхідний сигнал, ПУ 2 спрацьовує лише в момент t3 при досягненні вхідною напругою заздалегідь встановленої опорної напруги Unop, рівної порогу прямого спрацьовування Unp, При цьому ПУ 2 формує на виході 15 початок вихідного імпульсу (графік "f" фіг 1,6) На спаді вхідного імпульсу в момент U ПУ 2 спрацьовує в зворотному напрямку - і вихідний імпульс закінчується Коли вхідна напруга перетинає рівень U', відбувається зворотне спрацьовування ПУ 1, який скидає тригер б в початковий стан "0" ЗУ 9 переходить в режим запису, і запам'ятоване значення вхідного сигналу иВИНір зменшується до величини поточного значення Якщо амплітуда вхідного сигналу Е зміниться, то пропорційно зміняться величини иВИмір і иПОр а положення моментів І2, t 3 і І4 на осі часу не зміняться, і таким чином тривалість вихідного імпульсу залишиться ПОСТІЙНОЮ Розглянутий вище формувач імпульсів не має гістерезису (практично гістерезис дорівнює гістерезису ПУ 2, який може бути незначним) При конкретній реалізації схеми пропонованого пристрою необхідно, щоб ЗУ 9 відстежував поточне значення вхідного сигналу і запам'ятовував найбільше за час стеження значення сигналу Запам'ятовуючий устрій може бути виконаний по схемі АЦП-репстр-ЦАП (АЦП -аналого-цифровий перетворювач, ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач), може бути ємносним, тобто виконаний по схемі устрою виборки-зберігання обо по схемі пікового детектора В разі застосування пікового детектора останній повинен мати додатково розрядний ключ і прохідний ключ на вході 10, причому вхід управління 14 прохідним ключем служить входом управління режимами "запис" і "зберігання" запам'ятовуючого устрою, а вхід управління розрядним ключем повинен бути з'єднаний з виходом ПУ1 для установки в "0" запам'ятовуючого устрою в початковому стані 3 метою уникнення одночасної подачі на тригер 6 протилежних сигналів установки в "0" і " 1 " установка в " 1 " тригера 6 повинна відбуватися лише в момент закінчення часу витримки устрою 8 Для цього або устрій 8 повинен формувати короткий вихідний імпульс, або, якщо на виході цього устрою формується перепад напруг, вхід 13 установки в " 1 " тригера 6 повинен бути динамічним входом він може бути як 57857 динамічним входом С, так і закритим входом S В порогових устроях ПУ 1 і ПУ 2 найбільш оптимальним є використання компараторів на основі диференційних підсилювачів завдяки легко варійовуваним порогам спрацьовування, які досить точно визначаються опорними напругами Зменшення похибки тривалості вихідного сигналу, викликаної незакінченістю перехідного процесу на вершині вхідного імпульсу внаслідок співмірності тривалості імпульсу з постійною часу його фронту, досягається в пропонованому формувачі імпульсів, виконаному по схемі, показаній на фіг 2,а Це забезпечується введенням послідовно в ланку управління режимами "запис" і "зберігання" ЗУ 9 схеми І (схеми збіжності) 17 та другого тригера 18, установний вхід 19 якого і скидний вхід 20 з'єднані ВІДПОВІДНО з виходами ПУ 2 і ПУ 1, причому вихід цього тригера підключений до першого входу 21 схеми І 17 та входу управління коефіцієнтом підсилення 22 підсилювача 11, вихід схеми І 17 з'єднаний із входом 14 управління режимами ЗУ 9, другий вхід 23 схеми І 17 підключений до виходу тригера 6, а вихід ПУ 1 підключений до входу 24 установки в "0" запам'ятовуючого устрою ЗУ 9 Формувач, виконаний по схемі фіг 2,а, до моменту t3 (фіг 2,6) працює так, як і формувач, виконаний по схемі фіг,1,а Проте в момент прямого спрацьовування ПУ 2 (момент t3) установлюється в положення " 1 " другий тригер 18, сигнал якого забороняє проходження через схему І 17 сигналу "зберігання" від тригера 6 на вхід 14 ЗУ 9, і ЗУ 9 переходить в режим запису та стеження Одночасно з цим сигнал з тригера 18, надходячи на вхід 22 підсилювача 11, зменшує до потрібної величини коефіцієнт підсилення останнього 3 цього моменту опорна напруга ПУ 2 змінюється пропорційно вхідному сигналу порогового устрою, залишаючись менше його, причому відношення цієї опорної напруги до поточної величини вхідної напруги, а, отже, і до величини напруги в КІНЦІ вершини імпульсу, дорівнює коефіцієнту зворотного спрацьовування Коли в момент U починається спад вхідного сигналу, ЗУ 9 автоматично, незалежно від зовнішнього управління, переходить в режим зберігання напруги, яка існувала в КІНЦІ вершини, завдяки необхідній в даному устрої властивості зберігати лише максимальне за час стеження значення сигналу Вихідний сигнал підсилювача 11, пропорційний цій напрузі ЗУ 9, є порогом зворотного спрацьовування U3Bp В залежності від запам'ятованої величини напруги і від зміни коефіцієнта підсилення підсилювача 11 цей поріг може бути більшим або меншим порогу прямого спрацьовування або рівним йому В момент ts спрацьовує в зворотну сторону ПУ 2 - формування вихідного імпульсу закінчується Далі, після повер 8 нення ПУ 1 в початкове положення, скидаються в "0" тригери 6 і 18 і ЗУ 9 (момент t6) Напруга U3Bp є результатом стеження за кінцевою точкою вершини вхідного імпульсу і забезпечує розрахунковий коефіцієнт зворотного спрацьовування незалежно від того, закінчився перехідний процес наростання фронту імпульсу чи ні, тобто досягла чи не досягла напруга імпульсу усталеного значення Е Ця форма виконання пристрою забезпечує відновлення тривалості прямокутного імпульсу, спотвореного інерційними ланцюгами, при належним чином вибраних коефіцієнтах спрацьовування навіть при його тривалості, співмірній із постійною часу фронту імпульсу Реалізація останньої форми виконання пропонованого формувача потребує запам'ятовуючого устрою з властивістю пікового детектора запам'ятовувати лише максимальне за час стеження значення вхідної напруги, тобто запам'ятовуючого устрою мажоритарного типу Найпростішою формою виконання ЗУ 9 є піковий детектор з прохідним і розрядним ключами, причому управляючий вхід прохідного ключа є входом 14 управління режимами "запис" і "зберігання" ЗУ 9, а управляючий вхід розрядного ключа є входом 24 установки в "0" ЗУ 9 Розрядний ключ замкнутий при відсутності вхідного сигналу і розмикається сигналом ПУ 1 Введення в вихідну ланку ПУ1 формувача прямокутної обвідної пакета імпульсів дозволяє відтворювати форму і тривалість не тільки відеоімпульсе, але і відтворювати ті ж параметри обвідної радіоімпульсу, що пройшов через резонансний контур і випростувач Робота пристрою з такими ознаками пояснюється графіками фіг 2,6 Треба мати на увазі, що графіки "а", "Ь" і "f на фіг 1 і 2 зображують в цьому разі форму обвідних пакета імпульсів, а не форму окремих імпульсів Завдяки вказаному формувачу обвідної тригери 6 і 18 скидаються в "0" не в КІНЦІ КОЖНОГО ВХІДНОГО імпульсу, який перевищив поріг ПУ 1, а в КІНЦІ пакета таких імпульсів Тому ЗУ 9 зберігає до моментів спрацьовування (моменти (t3 і ts) інформацію про величину максимального імпульсу в пакеті за час попереднього стеження, а на виході 15 пристрою формується пакет імпульсів, тривалість якого дорівнює тривалості неспотвореного імпульсу обвідної Пропонований устрій легко реалізується на мікросхемах серій К1401, К561, КР590, К1561 Ідеї, закладені в пропонований устрій, перевірені на лабораторному макеті Джерела інформації Авторське свідоцтво СРСР №375773 , кл НОЗк, 5/04, 1973 10 57857 1 is 'a 2 Чгі Комп'ютерна верстка Е Ярославцева Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна