CS208432B1 - Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů - Google Patents

Description

(54) Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů ! ^:

Vynález se týká napěťově řízeného gyrátorového generátoru harmonických kmitů.

V mnohých elektronických obvodech se používají generátory harmonických kmitů, pracující v kmitočtové oblasti řádově hertzů až desítek kilohertzů. Tyto generátory jsou podle účelu a požadovaného kmitočtu konstruovány jako LC generátory, nebo častěji jako RC generátory s RC členem ve zpětné vazbě. Jejich nevýhodou, především LC generátorů je, že při konstrukci elektronických obvodů, zejména pro nízké kmitočty, dosahují jejich pasivní prvky neúnosných rozměrů. Například rozměry induktoru LC generátoru mohou vzhledem k požadavkům na kvalitu LC obvodu generátoru dosahovat značných hodnot, takže zmíněné induktory se většině případů nelze úspěšně aplikovat přímo do integrovaných obvodů.

K odstranění těchto nevýhod byla vyvinuta řada elektronických obvodů — syntetických induktorů,' které se chovají obdobně jako klasické induktory, avšak neobsahují cívky. Tyto syntetické induktory / obsahují jeden nebo více gyrátorů, přičemž k aplikaci v generátorech kmitů lze použít gyrátor pouze i v takovém uspořádání, které umožňuje vytvoření i nulové, případně záporné reálné složky jeho vstupní admitance.

Nevýhodou těchto obvodů generátorů kmitů zahrnujících gyrátory je, že při řízení kmitočtu generovaných kmitů generátoru změnou přenosové veličiny jednoho nebo obou dílčích řízených zdrojů gyrátorů dochází k výrazné změně amplitudy generovaných kmitů, a při jeho řízení v širší kmitočtové oblasti k jejich značnému tyarovému zkreslení.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje napěťově řízený tyrátorový generátor harmonických kmitů, podle vynálezu, jehož podstatou je, že výstupní svorka gyrátorů je přes kapacitor připojena na svorku invertujícího vstupu operačního zesilovače, přičemž společná svorka gyrátorů je připojena na svorku neinvertujícího vstupu operačního zesilovače, když výstupní svorka operačního zesilovače je připojena jednak přes první rezistor na svorku invertujícího vstupu operačního zesilovače, jednak přes druhý rezistor na vstupní svorku gyrátorů, přičemž operační zesilovač a první rezistor tvoří zdroj napětí řízený proudem, který se zdrojem proudu řízeného napětím v přímé větvi gyrátorů tvoří impedanční konvertor zatížený druhým rezistorem.

Podstatou napěťově řízeného gyrátorového ge; nerátoru harmonických kmitů podle vynálezu rovi něž je, že mezi vstupní svorkou a společnou tím řízený kapacitor obsahující alespoň jednu dvojici kapacitních diod zapojených v sérii a orientovaných vzájemně opačně.

Výhodou napěťově řízeného gyrátorového generátoru harmonických kmitů podle vynálezu je jeho velká přeladitelnost při současné vysoké stabilitě amplitudy a tvaru generovaného signálu v čase v průběhu přelaďování.

Výhodou napěťově řízeného gyrátorového generátoru podle vynálezu rovněž je jeho relativní jednoduchost a vhodnost pro mikroelektronické obvody, neboť celý generátor lze realizovat v jedi‘ ném, například hybridním, integrovaném obvodě.

Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů podle vynálezu je schematicky ί znázorněn na výkrese, kde obr. 1 představuje jeho příkladné zapojení a obr. 2 blokové schéma gyrátoru.

Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů podle vynálezu — obr. 1 — zahrnuje ; řízený gyrátorový induktor, který obsahuje napětím řízený gyrátor 1 — obr. 2 — opatřený vstupní ; svorkou 2, výstupní svorkou 3 a společnou svorkou

4. Napětím řízený gyrátor 1 obsahuje známým způsobem zapojenou dvojici zdrojů 5, 5' proudu ; řízených napětím, přičemž jeden ze zmíněných ,j zdrojů 5 proudu jé Zapojen v přímé větvi 6 gyrátoru \ 1.. Řízený gyrátorový induktor rovněž obsahuje diferenční operační zesilovač 7 opatřený svorkou 8 invertujícího a svorkou 9 neinvertujícího vstupu ! a výstupní svorkou 10, kapacitor 11 a první rezistor I 12 a druhý rezistor 13. Výstupní svorka 3 napětím i řízeného gyrátoru 1 je přes kapacitor 11 připojena na svorku 8 invertujícího vstupu operačního zesilotvače 7, přičemž společná svorka 4 gyrátoru 1 je připojena na svorku 9 neinvertujícího vstupu ί operačního zesilovače 7. Výstupní svorka 10 operačního zesilovače 7 je připojena jednak přes první , rezistor 12 na svorku 8 invertujícího vstupu ope' račního zesilovače 7, jednak přes druhý rezistor 13 na vstupní svorku 2 gyrátoru 1, přičemž hodnota prvního rezistoru 12 je s výhodou nastavitelná. Operační zesilovač 7 a první rezistor 12 tvoří zdroj napětí řízený proudem, který se zdrojem 5 proudu řízeného napětím zapojeným v přímé větvi 6 gyrá' toru 1 tvoří negativní impedanční konvertor zatíže; ný druhým rezistorem 13. Mezi vstupní svorku gyrátoru 1 a společnou svorku 4 gyrátoru 1 je i připojen stejnosměrným napětím řízený kapacitor

14, kteiý obsahuje alespoň jednu dvojici kapacitních diod 15, které jsou zapojeny v sérii a orientovány navzájem opačně, přičemž vzhledem k požadovanému kmitočtu generovaného signálu a k požadovaným parametrům kapacitoru 14 lze výhodní použít i většího počtu zmíněných dvojích kapacitních diod 15, které jsou navzájem paralelně spojeny.

Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů podle vynálezu je doplněn řízeným zdrojem 16 elektrického napětí, který může být obvyklého zapojení a může být tvořen, jak je znázorněno na obr. 1, například zdrojem 17 konstantního stejnosměrného napětí, k němuž je paralelně připojen potenciometr 18, přičemž kladným pólem zmíněného řízeného zdroje 16 je svorka 19 spojená s jezdcem potenciometru 18 a záporným pólem svorka 20 spojená se záporným pólem zdroje 17 konstantního napětí. V tomto případě jsou kapacitní diody 15 dvojice, případně jednotlivých dvojic kapacitních diod 15 spojeny katodami, přičemž kladná svorka 19 řízeného zdroje 16 elektrického napětí je připojena přes oddělovací rezistor 21 ke zmíněným katodám kapacitních diod 15, kdežto záporná svorka 20 řízeného zdroje 16 elektrického napětí je připojena ke společné svorce 4 gyrátoru 1.

i Podmínku pro vznik kmitů napěťově řízeného gyrátorového generátoru harmonických kmitů poi dle vynálezu lze při ideálních obvodových prvcích j vyjádřit vztahem

-4-(1-^1) + ^0 (1) při R[»R₄, kde r (r < 0) je přenosová veličina zdroje napětí ^r řízeného proudem, který je tvořen diferenčním i operačním zesilovačem 7 a prvním rezistorem 12, pro niž platí r =» — Ř₂, gi (gj > 0) je přenosová ; veličina zdroje 5 proudu řízeného napětím v přímé i větvi 6 gyrátoru 1, Rj je hodnota odporu oddělovacího rezistoru 21, R₂ je hodnota odporu prvního rezistoru 12, R₃ je hodnota odporu druhého ί rezistoru 13 a R4 je hodnota odporu potenciometru

18.

I . :

Pri splnění podmínky (1) platí pro kmitočet j generovaných kmitů vztah '

ťWosc — (2) i kďe je kmitočet generovaných kmitů, g₂ Je ^j přenosová veličina druhého zdroje 5' proudu řízeného napětím gyrátoru 1, přičemž g₂ < 0, ! C_D(U₀) je kapacita stejnosměrným napětím U_o 5 řízeného kapacitoru 14 a C je kapacita kapacitoru li, který tvoří zátěž gyrátoru 1.

Změnou výstupního stejnosměrného napětí řízeného zdroje 16 elektrického stejnosměrného napě1 ti še mění řídící napětí na stejnosměrným napětím řízeném kapacitoru 14, čímž se mění jeho kapacita a dochází tak ke změně kmitočtu generovaných kmitů.

U gyrátorového generátoru podle vynálezu realizovaného pomocí prvků s reálnými vlastnostmi je účinné pásmo řízení kmitočtu generovaných kmitů vymezeno horním a dolním kmitočtem ^a “osc-mm.» P^ro které platí vztahy

při C_D(U_O) = 0 a

K_vV ·Λ při R_v ~ R₂ , . Λ kde Č_e je kapacita neznázoměného syntetického kapacitoru vzniklého vlivem fázových posuvů ve zdroji 5 proudu řízeném napětím v přímé větvi 6 gyrátoru 1 a ve zdroji napětí řízeném proudem, tvořeném operačním zesilovačem 7 a prvním rezistorem 12. Zmíněná kapacita C_e se uplatňuje mezi vstupní svorkou 2 gyrátoru 1 a jeho společnou svorkou 4, které jsou rovněž vstupem syntetického induktoru, zahrnujícího gyrátor 1, kapacitor 11, operační zesilovač 7 a první a druhý rezistor 12,13. R_v ve vztahu (4) značí hodnotu výstupního odporu gyrátoru 1.

Kmitočet m_oscmax je při C_D(U₀) = 0 určen kapacitou neznázoměného syntetického kapacitoru C_e a indukčnosti syntetického induktoru

C

L_e«-glg2

Gyrátorový generátor pracuje v tomto případě jako LC generátor se syntetickými prvky, přičemž v jeho zapojení se vyskytuje pouze jediný klasický akumulační prvek, to je kapacitor 11, tvořící zátěž gyrátoru 1.

Kmitočet <x>_{osc min} je při C_D(U₀) Ψ 0 určen časovou konstantou τ « R_VC vstupního obvodu operačního zesilovače 7, který v daném uspořádání pracuje rovněž jako horní propust. Při přeladění generátoru podle vynálezu na kmitočty ω < io_{osc min} dochází k výraznému poklesu amplitudy generova'· nych kmitů a posléze k jejich zániku.

V rozmezí kmitočtů až _max lze kmitočet generovaných kmitů řídit změnou velikosti kapacity C_D(U₀) řízeného kapacitoru 14, přičemž nedochází k výrazné změně amplitudy generovaných kmitů ani k jejich tvarovému zkreslení.

Výhodné vlastnosti napěťově řízeného gyrátorového generátoru harmonických kmitů podle vynálezu, zejména relativní stálost amplitudy i sinusového tvaru generovaných kmitů při změně jejich kmitočtu v poměrně širokém rozsahu a možnost řízení kmitočtu generovaných kmitů stejnosměrným napětím předurčují možnosti jeho výhodného uplatnění jako generátoru harmonického signálu nižších kmitočtů zejména v radio-elektronických soustavách s automatickým dolaďováním kmitočtu a podobně.

Claims (2)

1. PREDMET

   1. Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů, zahrnující řízený gyrátorový induktor obsahující napětím řízený gyrátor opatřený vstupní svorkou, výstupní svorkou a společnou svorkou a obsahující známým způsobem zapojenou dvojici zdrojů proudu řízených napětím, přičemž jeden ze zmíněných zdrojů proudu je zapojen v přímé větvi gyrátoru, diferenční operační zesilovač opatřený svorkou invertujícího a svorkou neinvertujícího vstupu a výstupní svorkou, kapacitor a první a druhý rezistor, vyznačující se tím, že výstupní svorka (3) gyrátoru (1) je přes kapacitor (11) připojena na svorku (8) invertujícího vstupu operačního zesilovače (7), přičemž společná svorka (4) gyrátoru (1) je připojena na svorku (9) neinvertujícího vstupu operačního zesilovače (7), když výstupní svorka (10) operačního zesilovače

   VYNALEZU (7) je připojena jednak přes první rezistor (12) na svprku (8) invertujícího vstupu operačního zesilovače (7), jednak přes druhý rezistor (13) na vstupní svorku (2) gyrátoru (1), přičemž operační zesilovač (7) a první rezistor (12) tvoří zdroj napětí řízený proudem, který se zdrojem (5) proudu řízeného napětím v přímé větvi (6) gyrátoru (1) tvoří negativní impedanční konvertor zatížený druhým rezistorem (13).
2. 2. Napěťově řízený gyrátorový generátor harmonických kmitů podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi vstupní svorkou (2) a společnou svorkou ί (4) gyrátoru (1) je připojen stejnosměrným napětím řízený kapacitor (14), obsahující alespoň jednu dvojici kapacitních diod (15) zapojených v sérii ί a orientovaných vzájemně opačně.