Opublikowano: 15.VII.1969 57720 KI. 21 a', 8/01 MKP H03b \QJo\oO IIILIOTEKA Wspóltwórcy wynalazku: prof. dr Stanislaw Bellert, mgr inz. Zbigniew Bolszakow Wlasciciel patentu: Instytut Lacznosci, Warszawa (Polska) Uklad do wytwarzania widma prazkowego Przedmiotem Wynalazku jest uklad do wytwa¬ rzania widma prazowego.W telekomunikacji, a zwlaszcza w teletransmisji, dla celów generacji widm prazkowych, których po¬ szczególne skladowe posiadaja czestotliwosci sta¬ nowiace harmoniczne zadanej czestotliwosci pod¬ stawowej, wykorzystuje sie przede wszystkim ukla¬ dy z zastosowaniem dlawików nielinearnych.Analiza ksztaltu przebiegów napiecia, uzyskiwa¬ nego na zaciskach nielinearnego dlawika przesy¬ canego pradem zmiennym, lub na zaciskach opor¬ nika, stanowiacego element ukladu rózniczkujace¬ go, sterowanego napieciem zmiennym o obwiedni prostokatnej, wykazuje,% ze w obu przypadkach przebiegi te zawieraja nieparzyste harmoniczne czestotliwosci podstawowej, przy czym uzyskuje sie monotoniczny spadek amplitud (2k+l) —tego rze¬ du tych nieparzystych harmonicznych. Spadek ten jest tym wolniejszy im bardziej ksztalt uzyski¬ wanych impulsów jest zblizony do funkcji delta Diraca. ' Prostowanie napiecia, uzyskiwanego na zaciskach dlawika nielinearnego lub na zaciskach oporni¬ ka ukladu rózniczkujacego, zapewnia uzyskanie na wyjsciu ukladu prostowniczego Widma parzystych harmonicznych czestotliwosci podstawowej.Stosowane dotychczas generatory harmonicznych w urzadzeniach koncowych systemów telefonii nosnej, w których wykorzystuje sie ksztalt na¬ piecia powstajacego na zaciskach dlawika prze- 10 15 20 25 30 sycanego pradem zmiennym, wymagaja stosowa¬ nia wzmacniaczy o stosunkowo znacznych mocach dla przesycania dlawika.Celem wynalazku jest realizacja ukladu gene¬ racyjnego, przydatnego dla "wytwarzania widma harmonicznych czestotliwosci podstawowej, wy¬ korzystywanego do zasilania ukladów modulacyj- nych w urzadzeniach koncowych systemów telefo¬ nii nosnej oraz dla generacji ciagu sygnalów dy¬ skretnych w celu oceny charakterystyki przeno¬ szenia wzmacniaczy szerokopasmowych wzglednie dla generacji sygnalów symulujacych dzwieki in¬ strumentów muzycznych.Zadaniem wynalazku jest budowa takiego ukla¬ du do wytwarzania widma prazkowego, W którym zbedne bedzie stosowanie dlawików nielinearnych oraz wzmacniaczy mocy. Zadanie to wedlug wy¬ nalazku zostalo rozwiazane przez polaczenie W kolowej petli sprzezenia zwrotnego jednego ze¬ stawu zlozonego z ukladu rozgaleznego, modula¬ tora zrównowazonego i wzmacniacza z drugim ze¬ stawem zlozonym równiez z ukladu rozgaleznego, modulatora zrównowazonego i wzmacniacza.Zaletami rozwiazania wedlug wynalazku sa: pro¬ stota ukladu, w którym nie trzeba stosowac dla¬ wików nielinearnych i wzmacniaczy mocy, mozli¬ wosc odrebnego wydzielania sygnalu, zawieraja¬ cego tylko nieparzyste lub tylko parzyste harmo¬ niczne czestotliwosci podstawowej, jak równiez mozliwosc zmiany rozkladu amplitud harmonicz- 577203 nych w sposób ciagly lub w sposób skokowy w wyniku regulacji wzmocnienia lub zmiany fazy napiecia w petli sprzezenia zwrotnego.Zasada budowy i dzialania ukladu do wytwa¬ rzania widnla prazowego wedlug wynalazku zo¬ stanie omówiona na przykladach wykonania po¬ kazanych na rysunku na którym fig. 1. przedsta¬ wia uklad do wytwarzania widma prazkowego a fig. 2 i fig. 3 — przedstawiaja odmiany ukla¬ du do wytwarzania widma prazkowego.Na fig. 1 uklad rozgalezny Rl, modulator Ml, wzmacniacz SI, uklad rogalezny R2, modulator M2 i wzmacniacz S2 sa polaczone w kolowej petli sprzezeilia zwrotnegjg, w której wyjscie c-d ukla¬ du fel* jest polaczone z wejsciem c'—d' modula¬ tora Ml, wyjscie e—f modulatora Ml jest pola¬ czone X wejsciem e'—V i Wzmaniacza SI, wyjscie i'—j* wzmaniacza SI jest polaczone z wejsciem i^-j ukladu R2, wyjscie k—1 ukladu R2 jest po¬ laczone z wejsciem k*—P modulatora M2, wyjscie o—p modulatora M2 jest polaczone z wejsciem 0»—p» wzmacniacza S2, a wyjscie r'—s' wzmacnia¬ cza S2 jest polaczone z wejsciem r—s ukladu Rl badz przez polaczenie zacisku r* z zaciskiem r i zacisku s' z zaciskiem s badz przez polaczeni© zacisku f* z zaciskiem s 1 zacisku s* z zaciskiem r. Uklady rozgalezne Rl i R2 zawieraja transfor¬ matory rozwidlajace Tri i Tri', które zawieraja 3 uzwojenia; pierwotne Zl lub Zl* i dwa uzwo¬ jenia wtórne Z2 lub Z2' i Z3 lub Z3\ Kazde z uzwojen wtórnych transformatorów Tri i Tri* jest podzielone na polówki i ma wyprowadzony sro¬ dek. Przy takim wykonaniu kazdy z ukladów roz¬ galeznyeh stanowi ósemnik o dwóch wejsciach i dwóch wyjsciach. Jedno wejscie stanowi para zacisków a—b lub i—j, polaczonych z poczatkiem pi lub pi' i z koncem ki lub ki' uzwojenia pier¬ wotnego Zl lub Zl', a drugie wejscie stanowi para zacisków r—« lub w—z, polaczonych z srod¬ kami S2 i S3 lub S2* i S3* uzwojen wtórnych Z2 i Z3 lub Z2* i Z3\ Jedno wyjscie stanowi para zacisków t—u lub y—x, polaczonych z koncem K2 lub K2* uzwoje¬ nia Z2 lub Z2* i z poczatkiem p3 lub p3' uzwo¬ jenia Z3 lub Z3', a drugie wyjscie stanowi para zacisków o—d lub k—1, polaczonych z poczatkiem p2 lub p2' uzwojenia Z2 lub Z2 i z koncem K3 lub K3* uzwojenia Z3 lub Z3\ Modulatory Ml i M2 sa to modulatory zrówno¬ wazone, zbudowane w ukladzie pierscieniowym.Zawieraja one po 4 diody Dl, D2, D3, D4 lub Dl', D2', D3', D4', które sa tak polaczone, ze ich pola¬ ryzacja na drodze I — 2 — 3 — 4 — 1 lub 1' — 2' — — 3* —4' —r jest jednakowa oraz po 2 transfor¬ matory Tul" i Tr'" lub Trliv j Triv. Transforma¬ tory te maja uzwojenia, wtórne Z2", Z2m Z2*v i Z2V podzielone na polówki z wyprowadzonymi srod¬ kami. Wejscia modulatorów stanowia pary zacis¬ ków c'-^P lub k'—P, polaczonych z poczatkiem pi" lub pliv i z koncem KI" lub Kliv uzwojenia Zl" lub Zliv, wyjscia modulatorów stanowia pary za¬ cisków e—f lub jo—p, polaczonych z poczatkiem plm lub piv i z koncem KI"' lub Kiv uzwojenia- Zl"' lub Ziv. 57720 4 Wejscia do polaryzacji napieciem zmiennym diod modulatorów stanowia pary zacisków g—h i m—n, polaczonych z srodkiem S" lub S2V uzwojenia Z2" lub Z2V i z srodkiem S2"' lub S2™ uzwojenia Z2'" 5 lub Z2iv. iPoczatek p2" i koniec K2" uzwojenia Z2" sa podlaczone do zacisków 1—3 a poczatek p2'" i koniec K2'" uzwojenia Z2"' sa podlaczone do za¬ cisków 2—4 ukladu pierscieniowego Dl, D2, D3, D4 i .analogicznie poczatek p2v i koniec K2V uzwoje- 10 nia Z2V sa podlaczone do zacisków 1'—3* a po¬ czatek p2IV i koniec K2IV uzwojenia Z2!v sa pod¬ laczone do zacisków 2'—4' ukladu 'pierscieniowego Dl', D2\ D3' i D4\ ' , ." Wzmacniacze SI i S2 zawieraja potencjometry 15 Ptl i Ptl', sluzace do regulacja wzmocnienia i wy¬ prowadzone do zacisków wejsciowych e'—f* lub o*—p* wzmacniacza SI lub S2. Faze napiecia wyj¬ sciowego wzmacniacza S2 mozna zmieniac przez zamiane miejscami koncówek r' i s'. 20 Po Zamknieciu wyjscia t—u ukladu rozgaleznego Rl na opornosc równa "w przyblizeniu opornosci wejsciowej, widzianej od strony zacisków c'—d' modulatora Ml oraz po zamknieciu zacisków y—x na opornosc obciazenia równa w przyblizeniu opor- 25 nosci wejsciowej,, widzianej od strony zacisków k'—P modulatora M2 i po doprowadzeniu do wejsc a—b, g—h i m—n sinusoidalnego napiecia steru¬ jacego, na zaciskach t—u ustala sie napiecie o ksztalcie funkcji okresowej zawierajacej niepa- oc rzyste harmoniczne czestotliwosci sterujacej, nato¬ miast na zaciskach y—x ustala sie napiecie o itsztal- cie funkcji okresowej zawierajacej parzyste har¬ moniczne czestotliwosci sterujacej.Odksztalcenie przebiegu sterujacego uzyskuje sie 31 wskutek zastosowania diodowych ukladów nieli¬ niowych, stosowanych w modulatorach, a wytwa¬ rzanie sygnalów o odrebnych rozkladach widma prazkowego uzyskuje sie przez wprowadzenie do petli sprzezenia zwrotnego dwóch ukladów modu- 40 lacyjnych.Przy pomocy regulacji wzmocnienia za pomoca potencjometrów iPtl lub Ptl' mozna zmieniac ksztalt napiecia uzyskiwanego na zaciskach t—u lub y—x ukladu w sposób ciagly. ?5 Zmiana ksztaltu powoduje zmiane rozkladu wid¬ ma harmonicznych. W stanie podkrytycznym, gdy tlumiennosc w petli sprzezenia zwrotnego zbliza sie do zera, uzyskuje sie przebieg napiecia na za¬ ciskach t—u, zblizony do przebiegu uzyskiwanego 50 na zaciskach dlawika nielinearnego, przesyconego pradem zmiennym. Skokowa zmiana ksztaltu na¬ piecia, uzyskiwanego na zaciskach t—u lub y—x jest dokonywana przy pomocy zmiany fazy na¬ piecia wyjsciowego wzmacniacza S2 wskutek za- 55 miany miejscami koncówek r* i s\ Odmiana ukladu do wytwarzania widm prazko¬ wych wedlug wynalazku jest pokazana na przy¬ kladzie Wykonania 'przedstawionym na rys. fig. 2.Na fi|g. 2 miedzy modulator Ml' i wzmacniacz 60 SI* jest wlaczony filtr dolnoprzepustowy Fdpl oraz miedzy modulator M2' i wzmacniacz S2' jest wla¬ czony filtr dolnoprzepustowy Fdp2.Uklad rozgalezny Rl', modulator Ml', filtr Fdpl, wzmacniacz SI', uklad rozgalezny R2', modulator 65 M2', filtr Fdp2 i 'wzmacniacz S2' sa polaczone w ko-57720 lowej petli sprzezenia zwrotnego, w której wyj¬ scie c*—d' ukladu Rl* jest polaczone z wejsciem c»_a" modulatora Ml', wyjscie e'—V modulatora Ml* jest polaczone z wejsciem e"'—f'" filtru Fdpl, wyjscie e™—fIV filtru Fdpl jest polaczone z wej¬ sciem e"—f' wzmacniacza SI* o regulowanym wzmocnieniu, wyjscie i"—j" wzmacniacza SI' jest polaczone z wejsciem i'—f ukladu R2', wyjscie k'—r ukladu R2' jest polaczone z wejsciem k"—1" modulatora M2'„ wyjscie o*—p* modulatora M2' jest polaczone z wejsciem o*v—piv filtru Fdp2, wyjscie o"'—p'" filtru Fdp2 jest polaczone z wej¬ sciem o"—p" wzmacniacza S2* o regulowanym wzmocnieniu, a wyjscie r"—s" wzmacniacza S2' jest polaczone z wejsciem ir*—s' ukladu Rl' badz przy pomocy polaczenia zacisku ar" fc zaciskiem r* i zacisku S" z zaciskiem S' Ibadz przy pomocy po¬ laczenia zacisku r" z zaciskiem S' i zacisku S" z zaciskiem r\ Zadaniem filtru Fdpl jest przepuszczanie tylko takich skladowych sygnalu, ustalajacego sie na za¬ ciskach e'—f modulatora MV, których czestotli¬ wosci stanowia róznice miedzy czestotliwoscia syg¬ nalu, przylozonego do zacisków g'—h' i czestotli¬ wosciami skladowych sygnalu, ustalajacego sie na zaciskach c"—d" modulatora Ml'.Analogicznie zadaniem filtru Fdp2 jest prze¬ puszczanie tylko takich skladowych sygnalu, usta¬ lajacego sie na zaciskach o*—p* modulatora M2', których czestotliwosci stanowia róznice miedzy czestotliwoscia sygnalu, przylozonego do zacisków nT—ii' modulatora M2' i czestotliwosciami sklado¬ wych sygnalu, ustalajacego sie na zaciskach k"—1" modulatora M2*.Po doprowadzeniu do wejscia a*—b' ukladu Rl' sinusoidalnego napiecia o czestotliwosci col9 do wej¬ scia g9—h* modulatora Ml* sinusoidalnego napiecia o czestotliwosci Qlf do wejscia w*—z' ukladu R2' sinusoidalnego napiecia o czestotliwosci co2 i do wejscia m*—n* modulatora M2* sinusoidalnego na¬ piecia o czestotliwosci D2 i P° dostrojeniu filtru 'Fdpl na czestotliwosc graniczna Qx — cox oraz filtru Fdp2 na czestotliwosc graniczna K (£?2 — Qx) + + cot — a2, gdzie K = 2, 3, 4 ..., na wyjsciu t*—u' ukladu Rl* uzyskuje sie napiecie odksztalcone, za¬ wierajace skladowa o czestotliwosci oyx oraz skla¬ dowe o czestotliwosciach K (Q2 — A) + o^ — a2, natomiast na wyjsciu y'—x' ukladu R2* uzyskuje sie napiecie odksztalcone, zawierajace skladowa o czestotliwosci co2 oraz skladowe o czestotliwo¬ sciach K Qx — (K — 1) Q2 — cot + co2.W szczególnym przypadku, gdy do wejscia a'—b' doprowadzi sie napiecie sinusoidalne o czestotli¬ wosci coj, do Wejscia g9—h' doprowadzi sie napie¬ cie sinusoidalne o czestotliwosci (2K — 1) (ox i do wejscia m'—n* doprowadzi sie napiecie sinusoidal¬ ne o czestotliwosci (2K +1) scia w'—z' nie doprowadzi sie zadnego napiecia, a czestotliwosci graniczne obu filtrów Fdpl i Fdp2 beda równe (2K — 1) colf wtedy na wyjsciu t'—u' u pojawia sie napiecie odksztalcone, zawierajace tyl¬ ko nieparzyste harmoniczne czestotliwosci colf a na wyjsciu y'—x* pojawia sie napiecie odksztalcone, zawierajace tylko parzyste harmoniczne czestotli¬ wosci<*!. es io 15 Odksztalcanie napiecia uzyskuje sie dzieki zasto¬ sowaniu w kolowej petli sprzezenia zwrotnego mo¬ dulatorów Ml' i M2\ " . ' ' Regulacja 'ksztaltu napiec, ustalajacych sie na wyjsciach t'—u' i y*—x' nastepuje w sposób ciagly w wyniku regulacji wzmocnienia wzmacniaczy SI' i S2' lub skokowo na drodze zamiany miejscami koncówek r" i s" wyjscia wzmacniacza S2\ Dalsza odmiana ukladu do wytwarzania widm prazkowych wedlug wynalazku jest pokazana na przykladzie wykonania przedstawionym na rys. fig. 3. Na fig. 3 miedzy uklad rozgalezny Rl" i wzmacniacz SI" jest wlaczony modulator dwu¬ fazowy M oraz miedzy wzmacniacz SI" i uklad rozgalezny Rl" jest wlaczony filtr dolnoprzepusto- wy Fdp2'.Uklad rozgalezny Rl", modulator dwufazowy M, wzmacniacz SI" i filtr dolnoprzepustowy Fdp2' sa 20 polaczone w kolowej petli sprzezenia zwrotnego, w której wyjscie c'"—d'" ukladu Rl" jest pola¬ czone z wejsciem civ—dIV modulatora dwufazo¬ wego Mj wyjscie i"'—j'" modulatora dwufazowego M jest polaczone z wejsciem e"'—f*" wzmacniacza 25 si" o regulowanym wzmocnieniu, wyjscie iVi—jv wzmacniacza SI" jest polaczone z wejsciem i^—jnr filtru Fdp2', a wyjscie s™—r™ filtru Fdp2* jest polaczone z wejsciem r'"—s'" ukladu Rl".W sklad modulatora dwufazowego M wchodza dwa przesuwniki fazowe q± i tp2 zapewniajace uzy¬ skanie róznicy faz napiec, wystepujacych na za¬ ciskach cIV—dIV i ó™—pV*, równej w 'przyblize- n niu — w zakresie czestotliwosci obejmujacym za- 2 kres wytwarzanego widma prazkowego, prze- n suwnik fazowy '—, zapewniajacy przesuniecie fazy r 2 napiecia, doprowadzanego do zacisków gIV—hnr n o — wzgledem fazy napiecia doprowadzonego do 2 zacisków n'"—mm, modulatory zrównowazone Mnl i Mn2 oraz uklad rozgalezny Sum, umozliwiajacy uzyskiwanie na zaciskach wyjsciowych i"'—J"' na¬ piecia równego sumie geometrycznej napiec dopro¬ wadzonych do zacisków y"—x" i ^'"—1'".Wejscie cv—dv przesuwnika ovn—pvn przesuwnika q?2 sa polaczone równo¬ legle i wyprowadzone na wspólne zaciski wejscio¬ we cIV—d*v ukladu M, wyjscie cIV—dIV przesuw¬ nika latora zrównowazonego Mnl, wyjscie oVl—pV* przesuwnika modulatora zrównowazonego Mn2, wyjscie ev—fv modulatora Mnl jest polaczone z wejsciem y"—x" ukladu Sum, a wyjscie kiv__iiv modulatora Mn2 jest polaczone !z wejsciem k'"—Y" ukladu Sum.Wyjscie iw"—z" ukladu Sum jest zamkniete na opornik Rw. Wejscie g"'—h"' przesuwnika fazo- n wego — i wejscie n"'—m"' modulatora Mn2 sa po- 2 laczone równolegle i wyprowadzone na zaciski w"—n", do których doprowadza sie napiecie, po¬ laryzujace modulatory Mnl i Mn2, a wyjscie g"—h" 35 45 50 5657720 % 8 n '¦ przesuwnika fazowego — jest polaczone z wej- 2 sciem gIV—hIV modulatora Mul.Modulator dwufazowy M dziala na zasadzie kom¬ pensacji fazowej dolnych wsteg bocznych wytwa- 5 Rzanych na wyjsciach ev—fv i kiv^_iiv modula¬ torów Mul i Mn2, zatem na zaciskach wyjscio¬ wych i'*—f" modulatora dwufazowego M pojawia sie napiecie o skladowych, bedacych (górnymi wste¬ gami Ibocznymi, wytwarzanymi na wyjsciach ev—fv 10 i kiv—1IV imodulatorów Mml i Mn2 o* czestotliwo¬ sciach równych sumom czestotliwosci sygnalu, podawanego na wejscie m"—n" ukladu M i cze¬ stotliwosci skladowych sygnalu, ustalajacego sie na zaciskach wejsciowych c^^-cP^ ukladu M. 15 Po doprowadzeniu do wejscia a"—b" ukladu Rl" sinusoidalnego napiecia o czestotliwosci wejscia m"—n" ukladu modulatora dwufazowego M sinusoidalnego napiecia o czestotliwosci A na wyjisciu t"^u" ukladu Rl" uzyskuje sie napiecie 20 odksztalcone, zawierajace skladowa o czestotliwo¬ sci co oraz skladowe o czestotliwosciach równych sumom harmonicznych czestotliwosci Q i co. W szczególnym przypadku, gdy do wejscia a"—b" ukladu Rl" oraz do wejscia m"—n" ukladu M 25 doprowadzi sie napiecie sinusoidalne o czestotli¬ wosci co, na wyjsciu t"—u" ukladu Rl" uzyskuje sie napiecie odksztalcone zawierajace skladowe o czestotliwosciach, stanowiacych zarówno parzyste jak tez i nieparzyste harmoniczne czestotliwosci co. & Odksztalcanie napiecia uzyskuje sie dzieki zasto¬ sowaniu *w ukladzie M, wchodzacym w sklad ko¬ lowej petli sprzezenia zwrotnego modulatorów Mnl i Mn2. Regulacja ksztaltu napiecia, ustalajacego sie na wyjsciu t"—u" nastepuje w sposób ciagly przy 3S pomocy regulacji' wzmocnienia "wzmacniacza SI", a zakres czestotliwosci uzyskiwanego widma praz¬ kowego jest regulowany ^rzy pomocy strojenia czestotliwosci granicznej filtru dolnoprzepustowego Fdp2\ - ) 4p PL