имитатор видео- и радиоимпульсов

Формула изобретения

Имитатор видео- и радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты и блок управления, N входов которого соединены с N выходами делителя частоты, генератор несущей частоты, выход которого соединен с первым входом выходного блока, отличающийся тем, что в него введены блок формирования амплитуды участков, блок формирования длительности участков, блок запуска, резисторная матрица и генератор шума, выход которого соединен с вторым входом выходного блока, содержащего последовательно соединенные модулятор, аттенюатор и усилитель, и вход которого соединен с выходом резисторной матрицы, а ее вход соединен с вторым выходом блока формирования длительности участков, группа выходов блока управления соединена с группами входов блока формирования длительности участков и блока формирования амплитуды участков, выход которого соединен с первым входом блока управления, его второй вход соединен с выходом блока запуска, а третий вход

с первым выходом блока формирования длительности участков, при этом выход резисторной матрицы является выходом видеоимпульсов, а выход выходного блока

радиоимпульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к имитаторам видео- и радиоимпульсов и может быть использовано как учебный прибор при проведении лабораторных работ с обучаемыми по курсам "Импульсная техника" и "Распространение сигналов сложной формы в среде". В частности, оно может быть использовано в радиотехнических тренажерах.

Известны имитаторы радиосигналов с использованием аналоговых генераторов, цифровых имитаторов и устройств для воспроизведения магнитных записей (см. Справку об исследовании заявляемого объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе). Использование реальных записей в устройствах последнего типа приводит к сложным и громоздким техническим решениям, что затрудняет их применение в учебном процессе. Использование аналоговых имитаторов влечет за собой, при большом числе сигналов, значительный объем аппаратуры. Они имеют сложные, громоздкие (большие габариты) функциональные узлы, например, электромеханические фазовращатели, блоки задания временных диаграмм, электромеханические коммутирующие устройства, не позволяют имитировать изменение сигналов во времени при распространении в среде. Кроме того, в известных имитаторах отсутствует возможность имитации одиночных видео- и радиоимпуьсов сложной формы одновременно, что снижает наглядность демонстрации импульсов данного типа для слушателей, а также отсутствует возможность наглядно продемонстрировать слушателям деформацию формы импульсов при распространении в среде. Наиболее близким техническим решением к изобретению является имитатор радиосигналов [1] содержащий задающий генератор, соединенный с формирователем временных диаграмм и генератором несущей частоты, подключенным через преобразователь формы импульсных сигналов к формирователю временных диаграмм, радиочастотному фильтру и блоку управления, связанному с формирователем временных диаграмм и выходным блоком, соединенным с радиочастотным фильтром, кроме того он имеет формирователь импульсов управления, а генератор несущей частоты содержит дискретный фазовращатель и делитель частоты, при этом выход задающего генератора дополнительно подключен к первому входу дискретного фазовращателя, выход которого соединен со входом делителя частоты, связанного первым выходом с управляющим входом преобразователя формы импульсных сигналов, а вторым выходом со входом формирователя импульсов управления, подключенного выходом ко второму входу дискретного фазовращателя. Недостатками данного устройства является отсутствие возможности имитации одиночных видео- и радиоимпульсов сложной формы, ограничение имитации изменения радиосигнала за счет изменяемой несущей частоты, сложность исполнения отдельных блоков устройства. Кроме этого, отсутствует возможность наглядно продемонстрировать (на осциллографе или самописце) слушателям деформацию формы импульсов при распространении в среде за счет изменения крутизны их характерных участков.

В известный имитатор видео- и радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты и блок управления, N входов которого соединены с N выходами делителя частоты, генератор несущей частоты, выход которого соединен с первым входом выходного блока, введены блок формирования амплитуды участков, блок формирования длительности участков, блок запуска, резисторная матрица и генератор шума, выход которого соединен со вторым входом выходного блока, а его управляющий вход соединен с выходом резисторной матрицы, вход которой соединен со вторым выходом блока формирования длительности участков, группа выходов блока управления соединена с группами входов блока формирования длительности участков и блока формирования амплитуды участков, выход которого соединен с первым входом блока управления, его второй вход соединен с выходом блока запуска, а третий вход - с первым выходом блока формирования длительности участков, при этом выход резисторной матрицы является выходом видеоимпульсов, а выход выходного блока - радиоимпульсов.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей путем одновременной имитации видео- и радиоимпульсов сложной формы, повышении наглядности формирования импульсов и деформации их формы во времени при распространении в среде.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема имитатора видео- и радиоимпульсов; фиг. 2 форма радиоимпульса на выходе устройства.

К материалам заявки приложен акт испытаний имитатора.

Имитатор содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, блок 3 управления, блок 4 запуска, блок 5 формирования амплитуды участков, блок 6 формирования длительности участков, резисторную матрицу 7, выходной блок 8, генератор 9 несущей частоты и генератор 10 шума.

В устройстве задающий генератор 1 через делитель 2 частоты соединен с N входами блока 3 управления, первый вход которого соединен с выходом блока 5 формирования амплитуды участков, второй вход соединен с выходом блока 4 запуска, третий вход соединен с первым выходом блока 6 формирования длительности участков, при этом группа выходов блока 3 управления соединена с группами входов блока 5 формирования амплитуды участков и блока 6 формирования длительности участков. Второй выход блока 6 формирования длительности участков соединен через резисторную матрицу 7 с управляющими входом выходного блока 8, первый вход которого соединен с выходом генератора 9 несущей частоты, а второй вход соединен с выходом генератора 10 шума.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал задающего генератора 1, выполненного по обычной промышленной схеме, поступает на делитель 2 частоты, на выходе которого получаем набор последовательностей импульсов (f₁, f₂,). Делитель 2 частоты состоит из двух, включенных последовательно, счетчиков (133 ИЕ 5), с N выходов которого на N входов блока 3 управления поступают импульсы в соответствии с коэффициентами деления 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256. Блок 3 управления обеспечивает задание изменяемых параметров формы имитируемых сигналов: длительности, амплитуды и крутизны каждого характерного участка формы (изрезанная огибающая) сигналов. В блоке 3 управления происходит коммутация последовательностей импульсов разной частоты с помощью набора галетных переключателей (каждый для своего участка формы имитируемого сигнала). Количество участков аппроксимируемого сигнала определяется количеством переключателей и зависит от сложности (изрезанности) задаваемой оператором формы имитируемого сигнала. С их помощью задается амплитуда и длительность (крутизна) каждого участка имитируемого сигнала, т. е. суммирование импульсов высокой частоты происходит быстрее и соответственно крутизна формируемого участка резко возрастает, а длительность уменьшается. На каждый переключатель подключено несколько выходов делителя 2 частоты, т.е. разной частоты, для дискретного изменения параметров участков сигнала. Кроме этого, на каждый участок приходится один тумблер на 3 положения (+, 0, -), который задает закон изменения формы каждого участка сигнала: (+) нарастание участка сигнала, т.е. импульсы поступают на суммирующие входы реверсивных счетчиков блока 6; (0) постоянный уровень участка сигнала, соответствующий амплитуде предыдущего участка; (-) спад участка сигнала, т. е. импульсы поступают на вычитающие входы реверсивных счетчиков блока 6.

Таким образом, с помощью тумблеров устанавливают крутизну формируемого участка сигнала, а переключатели задают конкретное значение длительности и амплитуды участка в зависимости от частоты поступающих с делителя 2 импульсов.

Одновременно, блок 3 управления производит последовательное подключение каналов (участков имитируемого сигнала) блока 5 формирования амплитуды участков и блока 6 формирования длительности участков. Количество каналов определяется количество характерных участков имитируемого сигнала сложной формы. Эта часть блока 3 состоит из логических элементов и счетчиков. Импульс с блока 4 запуска передним фронтом открывает 1-й канал, т.е. разрешает проход импульсов определенной частоты с делителя 2 частоты на блок 5 формирования амплитуды участков и блок 6 формирования длительности участков. Начинается формирование 1-го участка согласно заданных оператором параметров.

Блок 4 запуска состоит из кнопки "Пуск" ("Сброс"), элемента И-НЕ, переключателя режима работы "Ручной" "Автомат" и схемы "Автомат", выполненной на счетчиках. При нажатии кнопки "Пуск" (в режиме "Ручной") замыкается цепь +5В и вырабатывается логический "0", который подключает 1-й канал блока 3 управления. Автоматический режим работы блока 4 запуска предусмотрен для имитации последовательности одиночных импульсов сложной формы с заданным периодом следования (период следования определяется частотой импульсов, поступающих на счетчики в режиме "Автомат"), т.е. логический "0" вырабатывается с заданным периодом, каждый раз обнуляя счетчики и подключая 1-й канал блока 3 управления.

Блок 5 формирования амплитуды участков (состоит из логических элементов и двух последовательно включенных счетчиков 133 ИЕ5), обеспечивает формирование импульса переключения каналов (автоматическое последовательное подключение каналов). Счетчики производят счет числа импульсов и при наборе всегда одного и того же числа (256 импульсов) вырабатывает импульс переключения каналов, который поступает в блок 3 управления, счетчики при этом обнуляются. Первый канал закрывается, открывается второй канал. На других каналах блок 5 формирования амплитуды участков работает аналогичным образом. Время счета регулируется частотой импульсов, поступающих с блока 3 управления.

Одновременно, импульсы с блока 3 управления поступают на 1-й канал блока 6 формирования длительности участков, который состоит из логических элементов, двух последовательно включенных реверсивных счетчиков и схемы сброса (133 ЛР3), обеспечивающей формирование импульса сброса (в блок 3 управления) после окончания формирования последнего участка имитируемого участка. Каналы блока 6 формирования длительности участков включены параллельно каналам блока 5 формирования амплитуды участков. В зависимости от положения тумблеров каждого участка блока 3 управления (+, 0, -), при поступлении импульсов на суммирующий вход (+) реверсивные счетчики производят суммирование поступающих импульсов (обеспечивают нарастание амплитуды участка), а при поступлении импульсов на вычитающий вход (-) происходит спад участка сигнала. Таким образом, на выходе блока 6 формирования длительности участков количество импульсов, подсчитанное счетчиками, то увеличивается, то уменьшается (по участкам). Изменяя частоту импульсов с помощью переключателей блока 3 управления, меняем длительность участков сигнала, а следовательно, и их крутизну. Переключение каналов производится поочередно по команде (импульс переключения) с блока 3 управления.

С выхода блока 6 формирования длительности участков информация о количестве импульсов, подсчитанных счетчиками поканально, поступает на резисторную матрицу 7, которая состоит из ряда последовательно подключенных к выходам реверсивных счетчиков матрицы сопротивлений (преобразователь код -аналог). Выходы резисторной матрицы 7 сведены в одну точку, где происходит суммирование в виде ступенчатой аппроксимации формы имитируемого сигнала по участкам. Начиная с первого, каждое значение последующего резистора меньше предыдущего в 2 раза, т.е. получено 128 уровней на каждом участке. За счет сложения и вычитания уровней производится построение огибающей сигнала по участкам. С выхода резисторной матрицы 7 видеоимпульс сложной формы поступает на выход "Видео" и на управляющий вход выходного блока 8.

Выходной блок 8 обеспечивает частотное и шумовое заполнение импульса (формирование радиоимпульса), регулирование уровня выходного сигнала имитатора и согласование сопротивления выходных цепей блока. Управляющим для блока 8 является видеоимпульс с резисторной матрицы 7. В состав блока 8 входят модулятор, выполненный на полевом транзисторе и операционном усилителе, управляемый аттенюатор и согласующий усилитель. Модулятор обеспечивает частотное и шумовое заполнение импульса (формирование спектра импульса). Несущая частота радиоимпульса поступает с генератора 9 несущей частоты (f_c 1 5 кГц), а с генератора 10 шума поступает "белый" шум в полосе частот от 20 20 кГц. Оба генератора выполнены по известным промышленным схемам. Режим работы генераторов определяется особенностями решаемой задачи. Управляемый аттенюатор выполнен в виде переключаемого делителя напряжения на резисторах. Регулировка уровня выходного сигнала осуществляется изменением глубины отрицательной обратной связи операционного усилителя. На выход "Радио" выходного блока 8 поступает радиоимпульс сложной формы.

Таким образом, оператор, выбрав сложную форму имитируемого импульса (количество участков), устанавливает тумблерами закон изменения амплитуды каждого участка (+, 0, -), выбирает положения переключателей участков (крутизна имитируемого участка) блока 3 управления, задает режим работы ("Ручной" или "Автомат") в блоке 4 запуска и режимы работы генераторов 9 и 10, выставляет уровень выходного сигнала в блоке 8 и нажимает кнопку "Пуск" блока 4 запуска. С выходов "Видео" и "Радио" имитируются соответственно видео- и радиоимпульсы сложной формы, которые наглядно представляют слушателям на экране осциллографа, самописца или спектроанализатора.

Деформация одиночных видео -радиоимпульсов при их распространении в среде моделируется увеличением длительности участков и уменьшением их крутизны, а также уменьшением амплитуды сигнала. Кроме того, генератор 10 шума позволяет уменьшать полосу радиоимпульса, моделируя его распространение в среде и увеличение расстояния от излучателя. При постоянстве несущей частоты и полосы генераторов 9 или 10 изменение выходного спектра радиоимпульса можно демонстрировать изменением формы и спектра импульсов.

В настоящее время разработана принципиальная схема устройства, содержащая 19 микросхем 133 серии. Изготовлен макет имитатора видео- и радиоимпульсов сложной формы (фиг. 2). В макете установлено 7 электромеханических переключателей (7 участков формы), с помощью которых устанавливается крутизна каждого участка. Длительность импульсов от 1 до 4,5 с на уровне 0,5; амплитуда изменяется от 2 до 5В. В режиме "Автомат" имитируются последовательности видео- и радиоимпульсов сложной формы с периодом следования 10, 15, 20 с.

Предлагаемое устройство позволяет имитировать одиночные (или последовательность) видео- и радиоимпульсы сложной формы с установленными оператором параметрами (амплитуды и длительности каждого участка сигнала) и выбранной формы. Это позволило разработать лабораторные работы по курсам "Импульсная техника" и "Распространение сигналов в среде", например: исследование параметров импульсов сложной формы (видео-радио-); исследование спектральных характеристик импульсов (влияние формы импульса на его спектр); влияние среды распространения на форму импульсов и др. Получена возможность с минимальными затратами лекционного времени наглядно продемонстрировать слушателям (с помощью осциллографа и самописца) видео- и радоиимпульсы сложной формы и привить им навыки практической работы по исследованию их характеристик. Имитатор отличается простотой, низкой стоимостью, обусловленной использованием микросхем 133 серии. Малые габариты обеспечивают удобство его эксплуатации при проведении практических занятий. Экономичен питание +5В, прост в управлении, не требует специальных знаний и навыков при обслуживании.