RU104404U1

RU104404U1 - TRIANGULAR SIGNAL SHAPER

Info

Publication number: RU104404U1
Application number: RU2011100966/08U
Authority: RU
Inventors: Виктор Степанович Дубровин; Алексей Михайлович Зюзин
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-05-10

Abstract

Формирователь сигнала треугольной формы, содержащий квадратор, вычислитель модуля, первый и второй вычитатели, сумматор, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, вход которого соединен с входом квадратора и входом вычислителя модуля, к выходу которого подключен неинвертирующий вход первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий вычитатель и блок извлечения квадратного корня, включенный между выходом третьего вычитателя и инвертирующим входом первого вычитателя, причем выход квадратора соединен с инвертирующими входами второго и третьего вычитателей, неинвертирующие входы которых объединены между собой и подключены к шине опорного напряжения, при этом выход второго вычитателя соединен со вторым входом сумматора. A triangular waveform generator containing a quadrator, a module calculator, first and second subtracters, an adder whose output is connected to the output of a triangular waveform generator, the input of which is connected to the quadrator input and the input of the module calculator, the non-inverting input of the first subtractor, the output of which is connected connected to the first input of the adder, characterized in that a third subtractor and a square root extraction unit included between the output of the third subtractor are additionally introduced into it and the inverting input of the first subtracter, the output of the quadrator being connected to the inverting inputs of the second and third subtracters, the non-inverting inputs of which are interconnected and connected to the voltage reference bus, while the output of the second subtractor is connected to the second input of the adder.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и вычислительной техники и может быть использована в радиолокации, в преобразователях "напряжение-временной интервал", широтно-импульсных модуляторах, устройствах временной задержки и т.д.The utility model relates to the field of radio engineering and computer engineering and can be used in radar, in voltage-time interval converters, pulse-width modulators, time delay devices, etc.

Известно устройство [Шустов М.А. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы. - Радиотехника, 2003, №1, (стр.95 - Рис.1)], содержащее фазовращатель, два двухполупериодных выпрямителя и сумматор, на выходе которого формируется сигнал треугольной формы.A device is known [Shustov MA Additive waveform driver triangular shape. - Radio engineering, 2003, No. 1, (p. 95 - Fig. 1)], which contains a phase shifter, two half-wave rectifiers and an adder, at the output of which a triangular signal is generated.

В формирователе используется фазовращатель, обеспечивающий фазовый сдвиг на угол 90 электрических градусов, но только для одного фиксированного значения частоты входного сигнала. При переходе на другую частоту необходима перестройка постоянной времени фазосдвигающей RC-цепочки за счет изменения параметров емкости С или резистора R. Серьезным недостатком является также значительная нелинейность формируемого сигнала треугольной формы на участках «прямого» и «обратного» хода формируемого сигнала.The shaper uses a phase shifter that provides a phase shift of 90 degrees electrical angle, but only for one fixed value of the input signal frequency. When switching to a different frequency, it is necessary to reconstruct the time constant of the phase-shifting RC chain by changing the parameters of capacitance C or resistor R. A significant drawback is also the significant non-linearity of the generated signal of a triangular shape in the areas of “forward” and “return” motion of the generated signal.

Известно устройство [Патент РФ №81859 «Аналого-цифровой аддитивный формирователь сигнала треугольной формы»], содержащее широкодиапазонный амплитудно-независимый фазовращатель (выполненный из операционного усилителя, неуправляемого и кодоуправляемого двухполюсников), блока управления, двух вычислителей модуля и сумматора, на выходе которого формируется сигнал квазитреугольной формы. Реактивные элементы (емкости индуктивности или их имитаторы), входящие в состав двухполюсников, значительно ухудшают динамику формирователя, то есть «затягивают» установление переходного процесса, что наряду со сложностью практической реализации отдельных блоков можно считать определенными недостатками устройства. Кроме того, на выходе устройства формируется сигнал, не обладающий высокими метрологическими характеристиками, то есть высокой линейностью.A device is known [RF Patent No. 81859 “An analog-digital additive signal driver of a triangular shape”], containing a wide-range amplitude-independent phase shifter (made of an operational amplifier, uncontrolled and code-controlled two-terminal network), a control unit, two calculators of the module and the adder, at the output of which is formed quasi-triangular waveform. Reactive elements (inductance capacitors or their simulators), which are part of two-terminal devices, significantly worsen the dynamics of the shaper, that is, they “delay” the establishment of a transient process, which, along with the complexity of the practical implementation of individual blocks, can be considered certain disadvantages of the device. In addition, a signal is generated at the output of the device that does not have high metrological characteristics, that is, high linearity.

Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, аддитивный формирователь сигнала треугольной формы [Патент РФ №83669 «Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы»], содержащий первый и второй вычислители модуля (выполненные из двухполупериодных выпрямителей), блок коррекции, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый вход которого соединен с входом первого вычислителя модуля и первым входом блока коррекции, а второй вход - с входом второго вычислителя модуля и вторым входом блока коррекции, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого подключен к выходу вычитателя, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго вычислителей модулей.The closest device to the claimed utility model in terms of the essential features is the triangular additive signal driver adopted for the prototype [RF Patent No. 83669 “Triangular additive signal driver”], comprising the first and second module calculators (made from half-wave rectifiers), block corrections, a subtractor and an adder, the output of which is connected to the output of the additive driver of the signal of a triangular shape, the first input of which is connected to the input of the first calculator module I and the first input of the correction unit, and the second input - with the input of the second calculator module and the second input of the correction unit, the output of which is connected to the second input of the adder, the first input of which is connected to the output of the subtractor, the first and second inputs of which are connected to the outputs, respectively, of the first and second module calculators.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей путем формирования линейно изменяющегося сигнала от однофазного источника, частота которого изменяется в широком диапазоне.The task to which the utility model is directed is to expand the functionality by forming a linearly varying signal from a single-phase source, the frequency of which varies over a wide range.

Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет того, что в него дополнительно введены блок извлечения квадратного корня и вычитатель, что позволило получить линейно изменяющийся сигнал треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками от однофазного источника, частота которого изменяется в широком диапазоне.The technical result achieved by the implementation of the utility model is to expand the functionality of the proposed device due to the fact that the square root extraction unit and the subtractor are additionally introduced into it, which made it possible to obtain a linearly varying triangle-shaped signal with high metrological characteristics from a single-phase source, the frequency of which varies over a wide range.

Указанный технический результат достигается тем, что в формирователь сигнала треугольной формы, содержащий квадратор, вычислитель модуля, два вычитателя и сумматор, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, вход которого соединен с входом квадратора и входом вычислителя модуля, к выходу которого подключен неинвертирующий вход первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, дополнительно введены третий вычитатель и блок извлечения квадратного корня, включенный между выходом третьего вычитателя и инвертирующим входом первого вычитателя, причем выход квадратора соединен с инвертирующими входами второго и третьего вычитателей, неинвертирующие входы которых объединены между собой и подключены к шине опорного напряжения, при этом выход второго вычитателя соединен со вторым входом сумматора.The indicated technical result is achieved in that a triangular signal conditioner comprising a quadrator, a module calculator, two subtractors and an adder, the output of which is connected to the output of a triangular waveform generator, the input of which is connected to the quadrator input and the input of the module calculator, to the output of which a non-inverting the input of the first subtractor, the output of which is connected to the first input of the adder, additionally introduced the third subtractor and the square root extraction unit included between the output of the tre rd subtracter and an inverting input of the first subtractor, the output of the squarer is connected to the inverting inputs of the second and third subtracters, non-inverting inputs are tied together and connected to the bus voltage reference, wherein the output of second subtracter connected to a second input of the adder.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна».The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed utility model. Therefore, the claimed utility model meets the condition of "novelty."

Введение в предлагаемое устройство блока извлечения квадратного корня и вычитателя, а также организация новых связей между элементами позволило расширить функциональные возможности устройства и получить на выходе сигнал треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками от однофазного источника, частота которого изменяется в широком диапазоне.The introduction of the square root extraction unit and the subtractor into the proposed device, as well as the organization of new connections between the elements, made it possible to expand the device’s functionality and to obtain a triangular-shaped signal with high metrological characteristics from a single-phase source, the frequency of which varies over a wide range.

Полезная модель поясняется структурными схемами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы (фиг.1) и графиками (фиг.2), поясняющими принцип формирования выходного сигнала.The utility model is illustrated by the structural diagrams of the additive driver of a signal of a triangular shape (figure 1) and graphs (figure 2), explaining the principle of formation of the output signal.

Формирователь сигнала треугольной формы, содержит квадратор 1, вычислитель модуля 2, первый 3 и второй 4 вычитатели, сумматор 5, третий вычитатель 6 и блок извлечения квадратного корня 7, при этом выход сумматора 5 соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, вход которого соединен с входом квадратора 1 и входом вычислителя модуля 2, к выходу которого подключен неинвертирующий вход первого вычитателя 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 5, блок извлечения квадратного корня 7 включен между выходом третьего вычитателя 6 и инвертирующим входом первого вычитателя 3, выход квадратора 1 соединен с инвертирующими входами второго и третьего вычитателей, неинвертирующие входы которых объединены между собой и подключены к шине опорного напряжения, при этом выход второго вычитателя соединен со вторым входом сумматора.The triangular waveform generator comprises a quadrator 1, module 2 calculator, first 3 and second 4 subtracters, an adder 5, a third subtractor 6 and a square root extraction unit 7, while the output of the adder 5 is connected to the output of a triangular waveform generator, the input of which is connected to the input of quadrator 1 and the input of the calculator of module 2, the output of which is connected to the non-inverting input of the first subtractor 3, the output of which is connected to the first input of the adder 5, the square root extraction unit 7 is connected between the output of the third subtracter For 6 and the inverting input of the first subtractor 3, the output of the quadrator 1 is connected to the inverting inputs of the second and third subtracters, the non-inverting inputs of which are interconnected and connected to the voltage reference bus, while the output of the second subtractor is connected to the second input of the adder.

Формирователь сигнала треугольной формы работает следующим образом.The signal generator of a triangular shape operates as follows.

На вход формирователя (фиг.1), а, следовательно, на вход вычислителя модуля 1 и вход квадратора 2 подается (рис.2,а) сигнал , где А - амплитуда, а ω₀ - круговая частота сигнала V(t), связанная с циклической частотой f известным соотношением .At the input of the shaper (Fig. 1), and, therefore, at the input of the calculator of module 1 and the input of quadrator 2, a signal is supplied (Fig. 2, a) , where A is the amplitude and ω ₀ is the circular frequency of the signal V (t) associated with the cyclic frequency f by the known relation .

При нормированном значении амплитуды А=1 на выходе квадратора 1 формируется сигнал , а на выходе вычислителя модуля 2 - сигнал .With a normalized value of the amplitude A = 1, a signal is generated at the output of the quadrator 1 , and at the output of the calculator module 2 - a signal .

Величина опорного напряжения Е_оп выбирается равной нормированному амплитудному значению входного сигнала V(t), то есть Е_оп=А=1. В этом случае на выходе второго вычитателя 4 сигналThe value of the reference voltage E _op is chosen equal to the normalized amplitude value of the input signal V (t), that is, E _op = A = 1. In this case, the output of the second subtractor 4 signal

где k₃ и k₄ - коэффициенты передачи, соответственно, по неинвертирующему и инвертирующему входам второго вычитателя 4.where k ₃ and k ₄ are the transmission coefficients, respectively, for non-inverting and inverting inputs of the second subtractor 4.

При k₃=1 и k₄=2 сигналWhen k ₃ = 1 and k ₄ = 2, the signal

то есть на выходе второго вычитателя 4 формируется гармонический сигнал косинусоидальной формы, частота которого в два раза выше частоты входного сигнала V(t).that is, at the output of the second subtractor 4, a harmonic signal is generated cosine form, the frequency of which is two times higher than the frequency of the input signal V (t).

На выходе третьего вычитателя 6 сигналThe output of the third subtractor 6 signal

где k₅ и k₆ - коэффициенты передачи, соответственно, по неинвертирующему и инвертирующему входам третьего вычитателя 6.where k ₅ and k ₆ are the transmission coefficients, respectively, for the non-inverting and inverting inputs of the third subtractor 6.

При k₅=k₆=1 сигналWhen k ₅ = k ₆ = 1, the signal

На выходе блока извлечения квадратного корня 7 формируется модуль сигнала .At the output of the square root extraction unit 7, a signal module is formed .

Коэффициенты передачи k₁ и k₂ по неинвертирующему и инвертирующему входам первого вычитателя 3 выбираются равными единице k₁=k₂=1, поэтому при суммировании сигналов и на выходе первого вычитателя 3 будет сформирован (рис.2,б) квазилинейный сигнал треугольной формы , имеющий S-образные характеристики, как на участке прямого, так обратного хода.The transmission coefficients k ₁ and k ₂ at the non-inverting and inverting inputs of the first subtractor 3 are chosen equal to unity k ₁ = k ₂ = 1, therefore, when summing the signals and at the output of the first subtractor 3, a quasilinear signal of a triangular shape will be generated (Fig. 2, b) having S-shaped characteristics, both in the forward and reverse section.

Качество синтезированного сигнала значительно улучшается (рис.2,в) с помощью корректирующего сигнала . В этом случае выходной сигналSynthesized Signal Quality improves significantly (Fig. 2, c) using a correction signal . In this case, the output signal

где α и β - коэффициенты передачи, соответственно, по первому и второму входам сумматора 5.where α and β are the transmission coefficients, respectively, for the first and second inputs of the adder 5.

При выборе оптимальных значений коэффициентов α=1,26 и β=0,26 линейность формируемого сигнала N(t) значительно повышается (остаточная погрешность уменьшается примерно в 20 раз).When choosing the optimal values of the coefficients α = 1.26 and β = 0.26, the linearity of the generated signal N (t) significantly increases (the residual error decreases by about 20 times).

Использование предлагаемой полезной модели позволит получить линейно изменяющийся сигнал треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками от однофазного источника гармонических колебаний, частота которого изменяется в широком диапазоне.Using the proposed utility model will allow to obtain a linearly varying signal of a triangular shape with high metrological characteristics from a single-phase source of harmonic oscillations, the frequency of which varies over a wide range.

Claims

A triangular waveform generator containing a quadrator, a module calculator, first and second subtracters, an adder whose output is connected to the output of a triangular waveform generator, the input of which is connected to the quadrator input and the input of the module calculator, the non-inverting input of the first subtractor, the output of which is connected connected to the first input of the adder, characterized in that a third subtractor and a square root extraction unit included between the output of the third subtractor are additionally introduced into it and the inverting input of the first subtracter, the output of the quadrator being connected to the inverting inputs of the second and third subtracters, the non-inverting inputs of which are interconnected and connected to the voltage reference bus, while the output of the second subtractor is connected to the second input of the adder.