RU108247U1 - FUNCTIONAL GENERATOR - Google Patents
FUNCTIONAL GENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU108247U1 RU108247U1 RU2011119660/08U RU2011119660U RU108247U1 RU 108247 U1 RU108247 U1 RU 108247U1 RU 2011119660/08 U RU2011119660/08 U RU 2011119660/08U RU 2011119660 U RU2011119660 U RU 2011119660U RU 108247 U1 RU108247 U1 RU 108247U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- outputs
- amplitude
- output
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
1. Функциональный генератор, содержащий два перемножителя, два интегратора, два стабилизатора амплитуды, два формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, а также инвертор, причем входы первого и второго интеграторов подключены к выходам соответственно первого и второго перемножителей, управляющие входы которых соединены с управляющей шиной, при этом к выходам первого и второго интеграторов подключены входы соответственно первого и второго стабилизаторов амплитуды, выход первого стабилизатора амплитуды соединен с первым выходом функционального генератора и входом первого формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с информационным входом второго перемножителя, выход второго стабилизатора амплитуды соединен со вторым выходом функционального генератора и входом второго формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с входом инвертора, к выходу которого подключен информационный вход первого перемножителя, третий и четвертый выходы функционального генератора соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей биполярных сигналов прямоугольной формы, отличающийся тем, что в него введен формирователь гармонических сигналов, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго стабилизаторов амплитуды, причем управляющий вход формирователя гармонических сигналов соединен с управляющей шиной функционального генератора, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя гармонических сигналов. ! 2. Функциональный генер� 1. A functional generator containing two multipliers, two integrators, two amplitude stabilizers, two rectangular bipolar signal shapers, as well as an inverter, the inputs of the first and second integrators connected to the outputs of the first and second multipliers, the control inputs of which are connected to the control bus, at the same time, the inputs of the first and second amplitude stabilizers are connected to the outputs of the first and second integrators, the output of the first amplitude stabilizer is connected to the first the output of the second amplitude multiplier is connected to the second output of the functional generator and the input of the second rectangular bipolar signal generator, the output of which is connected to the inverter input, to the output of which the information input of the first multiplier is connected, the third and fourth outputs of the functional generator are connected to the outputs respectively of the first and second rectangular bipolar signal shapers, characterized in that a harmonic signal shaper is inserted into it, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second amplitude stabilizers, and the control input of the harmonic signal shaper is connected to the control bus of the functional generator, fifth and the sixth outputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the harmonic signal former. ! 2. Functional Generator
Description
Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в измерительной технике и автоматике.The utility model relates to the field of electronics and can be used in measurement technology and automation.
Известно устройство [Шустов М. Функциональный генератор. -Радиомир. 2010, №7, с.26-27], содержащее источник квадратурных сигналов, два двухполупериодных выпрямителя, сумматор и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены, соответственно, с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены с входами сумматора, к выходу которого подключен формирователь биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с первым выходом источника квадратурных сигналов, с выходом сумматора и выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.A device is known [Shustov M. Functional generator. -Radiomir. 2010, No. 7, p.26-27], containing a source of quadrature signals, two half-wave rectifiers, an adder and a shaper of bipolar rectangular pulses, the first and second outputs of the source of quadrature signals are connected, respectively, with the inputs of the first and second half-wave rectifiers, the outputs of which connected to the inputs of the adder, to the output of which a shaper of bipolar rectangular pulses is connected, while the first, second and third outputs of the functional generator are connected, respectively, with the first output a source of quadrature signals, with the output of the adder and the output of the shaper of bipolar rectangular pulses.
Синтезированный сигнал треугольной формы имеет 5-образные характеристики, как на участке прямого хода (линейно-нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно-спадающее напряжение) и имеет весьма низкую линейность [см. Лозицкий С. Схемотехнические САПР: возможности и проблемы эффективного использования. Схемотехника, 2007, №3, с.38-40], что существенно сужает область практического применения схемы. Кроме того, частота сигнала треугольной формы и биполярного сигнала прямоугольной формы вдвое превышает частоту исходного гармонического сигнала, что не позволяет при фиксированной настройке генератора получить одинаковые значения частот на всех выходах генератора.The synthesized signal of a triangular shape has 5-shaped characteristics, both in the forward path (linearly increasing voltage) and in the reverse path (linearly decreasing voltage) and has a very low linearity [see Lozitsky S. Circuit engineering CAD: opportunities and problems of effective use. Circuitry, 2007, No. 3, pp. 38-40], which significantly narrows the scope of practical application of the circuit. In addition, the frequency of a triangular waveform and a rectangular bipolar waveform is twice the frequency of the original harmonic signal, which makes it impossible to obtain the same frequency values at all generator outputs with a fixed tuning of the generator.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, управляемый генератор квадратурных сигналов [Патент РФ №_, заявка №2011100735/09 на полезную модель «Функциональный генератор», решение о выдаче патента от 10.02.2011 г.] который содержит два перемножителя, два интегратора, двухканальный стабилизатор амплитуды, два формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, а также инвертор, причем входы первого и второго интеграторов подключены к выходам, соответственно, первого и второго перемножителей, управляющие входы которых соединены с управляющей шиной, к выходам первого и второго интеграторов подключены, соответственно, первый и второй вход двухканального стабилизатора амплитуды, при этом первый выход двухканального стабилизатора амплитуды соединен с первым выходом функционального генератора и входом первого формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с информационным входом второго умножителя, второй выход двухканального стабилизатора амплитуды соединен со вторым выходом функционального генератора и входом второго формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с входом инвертора, к выходу которого подключен информационный вход первого умножителя, третий и четвертый выходы функционального генератора соединены с выходами, соответственно, первого и второго формирователей биполярных сигналов прямоугольной формы.The closest device to the claimed utility model in terms of the essential features is the prototype controlled quadrature signal generator [RF Patent No._, application No. 20111100735/09 for the utility model “Functional Generator”, decision to grant a patent dated February 10, 2011 ] which contains two multipliers, two integrators, a two-channel amplitude stabilizer, two rectangular bipolar signal shapers, as well as an inverter, and the inputs of the first and second integrators are connected to the outputs, respectively, the first and second multipliers, the control inputs of which are connected to the control bus, respectively, the first and second input of the two-channel amplitude stabilizer are connected to the outputs of the first and second integrators, while the first output of the two-channel amplitude stabilizer is connected to the first output of the functional generator and the input of the first bipolar signal shaper rectangular shape, the output of which is connected to the information input of the second multiplier, the second output of the two-channel amplitude stabilizer n with the second output of the functional generator and the input of the second driver of the rectangular bipolar signals, the output of which is connected to the input of the inverter, the output of which is connected to the information input of the first multiplier, the third and fourth outputs of the functional generator are connected to the outputs of the first and second drivers of the bipolar signals of rectangular forms.
Устройство предназначено для формирования сигналов только треугольной и прямоугольной формы.The device is designed to generate signals only triangular and rectangular in shape.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства и получение на его выходах квадратурных гармонических сигналов, а также квадратурных сигналов треугольной и прямоугольной формы с высокими метрологическими характеристиками.The task to which the utility model is directed is to expand the functionality of the device and to obtain at its outputs quadrature harmonic signals, as well as quadrature signals of a triangular and rectangular shape with high metrological characteristics.
Технический результат при использовании предлагаемого функционального генератора заключается в расширении функциональных возможностей за счет получения на выходах генератора квадратурных гармонических сигналов, а также квадратурных сигналов треугольной и прямоугольной формы с высокими метрологическими характеристиками.The technical result when using the proposed functional generator is to expand the functionality by obtaining at the generator outputs quadrature harmonic signals, as well as triangular and rectangular quadrature signals with high metrological characteristics.
Указанный технический результат достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий два перемножителя, два интегратора, два стабилизатора амплитуды, два формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, а также инвертор, причем входы первого и второго интеграторов подключены к выходам, соответственно, первого и второго перемножителей, управляющие входы которых соединены с управляющей шиной, при этом к выходам первого и второго интеграторов подключены входы, соответственно, первого и второго стабилизаторов амплитуды, выход первого стабилизатора амплитуды соединен с первым выходом функционального генератора и входом первого формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с информационным входом второго умножителя, выход второго стабилизатора амплитуды соединен со вторым выходом функционального генератора и входом второго формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с входом инвертора, к выходу которого подключен информационный вход первого умножителя, третий и четвертый выходы функционального генератора соединены с выходами, соответственно, первого и второго формирователей биполярных сигналов прямоугольной формы, дополнительно введен формирователь гармонических сигналов, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго стабилизаторов амплитуды, причем управляющий вход формирователя гармонических сигналов соединен с управляющей шиной функционального генератора, пятый и шестой выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым выходами формирователя гармонических сигналов. Формирователь гармонических сигналов выполнен из двух вычислителей модулей, сумматора, двух ограничителей амплитуды, инвертора, двух управляемых фильтров нижних частот и двух нормирующих усилителей, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым выходами формирователя гармонических сигналов, причем первый вход формирователя гармонических сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и первым входом первого ограничителя амплитуды, второй вход формирователя гармонических сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и первым входом второго ограничителя амплитуды, вторые входы первого и второго управляемых ограничителей амплитуды соединены с входом инвертора и с выходом сумматора, первый и второй вход которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго вычислителей модулей, к выходу инвертора подключены третьи входы первого ограничителей амплитуды, при этом первый управляемый фильтр нижних частот включен между выходом первого ограничителя амплитуды и входом первого нормирующего усилителя, второй управляемый фильтр нижних частот включен между выходом второго ограничителя амплитуды и входом второго нормирующего усилителя, а управляющий вход формирователя гармонических сигналов соединен с управляющими входами первого и второго управляемых фильтров нижних частот.The specified technical result is achieved by the fact that in a functional generator containing two multipliers, two integrators, two amplitude stabilizers, two rectangular bipolar signal shapers, as well as an inverter, the inputs of the first and second integrators are connected to the outputs of the first and second multipliers, respectively the control inputs of which are connected to the control bus, while the inputs of the first and second amplitude stabilizers, respectively, are connected to the outputs of the first and second integrators d of the first amplitude stabilizer is connected to the first output of the functional generator and the input of the first rectangular bipolar signal shaper, the output of which is connected to the information input of the second multiplier, the output of the second amplitude stabilizer is connected to the second output of the functional generator and the input of the second rectangular bipolar signal shaper, the output of which is connected with the inverter input, to the output of which the information input of the first multiplier is connected, the third and fourth outputs of the function The national generator is connected to the outputs of the first and second rectangular bipolar signal shapers, respectively, an additional harmonic signal shaper is introduced, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second amplitude stabilizers, moreover, the control input of the harmonic signal shaper is connected to the control bus functional generator, the fifth and sixth outputs of which are connected, respectively, with the first and second outputs of the shaper kih signals. The harmonic signal generator is made up of two module calculators, an adder, two amplitude limiters, an inverter, two controlled low-pass filters and two normalizing amplifiers, the outputs of which are connected, respectively, with the first and second outputs of the harmonic signal generator, and the first input of the harmonic signal generator the input of the first module calculator and the first input of the first amplitude limiter, the second input of the harmonic signal generator is connected to the input of the second calculator module and the first input of the second amplitude limiter, the second inputs of the first and second controlled amplitude limiters are connected to the inverter input and the output of the adder, the first and second input of which are connected to the outputs of the first and second module calculators, the third inputs of the first are connected to the inverter output limiters of the amplitude, while the first controlled low-pass filter is connected between the output of the first amplitude limiter and the input of the first normalizing amplifier, the second controlled filter is lower their frequencies switched between the output of the amplitude limiter and the second input of the second normalizing amplifier, and the control input of the harmonic signal is coupled to control inputs of first and second controlled lowpass filters.
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."
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является введение формирователя гармонических сигналов, а также организация новых функциональных связей между элементами, что позволило расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора квадратурные гармонические сигналы, а также квадратурные сигналы треугольной и прямоугольной формы с высокими метрологическими характеристиками.A distinctive feature of the proposed device is the introduction of a harmonic signal generator, as well as the organization of new functional relationships between the elements, which made it possible to expand the device’s functionality and obtain quadrature harmonic signals as well as triangular and rectangular quadrature signals with high metrological characteristics at the outputs of the functional generator.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где: фиг.1 - блок схема функционального генератора; фиг.2 - блок схема формирователя гармонических сигналов; фиг.3 - графики, поясняющие принцип работы функционального генератора; фиг.4 - графики, поясняющие принцип работы формирователя гармонических сигналов.The proposed utility model is illustrated by drawings, where: FIG. 1 is a block diagram of a functional generator; figure 2 is a block diagram of a generator of harmonic signals; figure 3 - graphs explaining the principle of operation of the functional generator; 4 is a graph explaining the principle of operation of the generator of harmonic signals.
Функциональный генератор (фиг.1) содержит два перемножителя 1 и 2, два интегратора 3 и 4, два стабилизатора амплитуды 5 и 6, два формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы 7 и 8, инвертор 9 и формирователь гармонических сигналов 10, причем входы первого 3 и второго 4 интеграторов подключены к выходам, соответственно, первого 1 и второго 2 перемножителей, управляющие входы которых соединены с управляющей шиной, при этом к выходам первого 3 и второго 4 интеграторов подключены входы, соответственно, первого 5 и второго 6 стабилизаторов амплитуды, выход первого стабилизатора амплитуды 5 соединен с первым выходом функционального генератора и входом первого 7 формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с информационным входом второго умножителя 2, выход второго стабилизатора амплитуды 6 соединен со вторым выходом функционального генератора и входом второго 8 формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с входом инвертора 9, к выходу которого подключен информационный вход первого умножителя 1, третий и четвертый выходы функционального генератора соединены с выходами, соответственно, первого 7 и второго 8 формирователей биполярных сигналов прямоугольной формы, первый и второй входы формирователя гармонических сигналов 10 соединены с выходами, соответственно, первого 5 и второго 6 стабилизаторов амплитуды, управляющий вход формирователя гармонических сигналов 10 соединен с управляющей шиной функционального генератора, пятый и шестой выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым выходами формирователя гармонических сигналов 10.The functional generator (Fig. 1) contains two multipliers 1 and 2, two integrators 3 and 4, two amplitude stabilizers 5 and 6, two rectangular bipolar signal shapers 7 and 8, an inverter 9 and a harmonic signal shaper 10, the inputs of the first 3 and the second 4 integrators are connected to the outputs, respectively, of the first 1 and second 2 multipliers, the control inputs of which are connected to the control bus, while the outputs of the first 5 and second 6 stabilizers are connected to the outputs of the first 3 and second 4 integrators The output of the first amplitude stabilizer 5 is connected to the first output of the functional generator and the input of the first 7 rectangular bipolar signal shaper, the output of which is connected to the information input of the second multiplier 2, the output of the second amplitude stabilizer 6 is connected to the second output of the functional generator and the input of the second 8 bipolar shaper rectangular signals, the output of which is connected to the input of the inverter 9, the output of which is connected to the information input of the first multiplier 1, the third and the fourth the output outputs of the functional generator are connected to the outputs, respectively, of the first 7 and second 8 square-wave bipolar signal conditioners, the first and second inputs of the harmonic signal conditioner 10 are connected to the outputs of the first 5 and second 6 amplitude stabilizers, the control input of the harmonic signal conditioner 10 is connected with the control bus of the functional generator, the fifth and sixth outputs of which are connected, respectively, with the first and second outputs of the harmonic signal former 10.
Формирователь гармонических сигналов 10 выполнен из двух вычислителей модулей 11 и 12, сумматора 13, двух ограничителей амплитуды 14 и 15, инвертора 16, двух управляемых фильтров нижних частот 17 и 18 и двух нормирующих усилителей 19 и 20, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым выходами формирователя гармонических сигналов 10, причем первый вход формирователя гармонических сигналов 10 соединен с входом первого вычислителя модуля 11 и первым входом первого ограничителя амплитуды 14, второй вход формирователя гармонических сигналов 10 соединен с входом второго вычислителя модуля 12 и первым входом второго ограничителя амплитуды 15, вторые входы первого 14 и второго 15 управляемых ограничителей амплитуды соединены с входом инвертора 16 и с выходом сумматора 13, первый и второй вход которого соединены с выходами, соответственно, первого 11 и второго 12 вычислителей модулей, к выходу инвертора 16 подключены третьи входы первого 14 и 15 ограничителей амплитуды, при этом первый управляемый фильтр нижних частот 17 включен между выходом первого ограничителя амплитуды 14 и входом первого нормирующего усилителя 19, второй управляемый фильтр нижних частот 18 включен между выходом второго ограничителя амплитуды 15 и входом второго нормирующего усилителя 20, а управляющий вход формирователя гармонических сигналов 10 соединен с управляющими входами первого 17 и второго 18 управляемых фильтров нижних частот.The harmonic signal generator 10 is made of two calculators of modules 11 and 12, an adder 13, two amplitude limiters 14 and 15, an inverter 16, two controllable low-pass filters 17 and 18 and two normalizing amplifiers 19 and 20, the outputs of which are connected, respectively, with the first and second outputs of the harmonic signal generator 10, the first input of the harmonic signal generator 10 is connected to the input of the first calculator module 11 and the first input of the first amplitude limiter 14, the second input of the harmonic signal generator 1 0 is connected to the input of the second computer module 12 and the first input of the second amplitude limiter 15, the second inputs of the first 14 and second 15 controlled amplitude limiters are connected to the input of the inverter 16 and the output of the adder 13, the first and second input of which are connected to the outputs of the first 11 and the second 12 calculators of the modules, the third inputs of the first 14 and 15 amplitude limiters are connected to the output of the inverter 16, while the first controllable low-pass filter 17 is connected between the output of the first amplitude limiter 14 and the input of the first a normalizing amplifier 19, a second controlled low-pass filter 18 is connected between the output of the second amplitude limiter 15 and the input of the second normalizing amplifier 20, and the control input of the harmonic signal generator 10 is connected to the control inputs of the first 17 and second 18 controlled low-pass filters.
Работа предлагаемого функционального генератора осуществляется следующим образом.The work of the proposed functional generator is as follows.
Перемножители 1 и 2, интеграторы 3 и 4, стабилизаторы амплитуды 5 и 6, формирователи биполярных сигналов прямоугольной формы 7 и 8, а также инвертор 9 образуют автоколебательную систему (фиг.1). В установившемся режиме на третьем и четвертом выходах функционального генератора устанавливаются периодические биполярные колебания S3(t) и S4(t) прямоугольной формы (фиг.3), амплитудные значения которых определяются параметрами, соответственно, первого 7 и второго 8 формирователей биполярных сигналов прямоугольной формы.The multipliers 1 and 2, the integrators 3 and 4, the amplitude stabilizers 5 and 6, the shapers of the bipolar signals of a rectangular shape 7 and 8, as well as the inverter 9 form a self-oscillating system (figure 1). In the steady state, at the third and fourth outputs of the functional generator, periodic bipolar oscillations S 3 (t) and S 4 (t) are set in a rectangular shape (Fig. 3), the amplitude values of which are determined by the parameters of, respectively, the first 7 and second 8 shapers of bipolar signals of a rectangular forms.
С выхода первого формирователя 7 сигнал S3(t) на информационный вход второго перемножителя 2 подается непосредственно, а сигнал S4(t) с выхода второго формирователя 8 подается на информационный вход первого перемножителя 1 через инвертор 9.From the output of the first driver 7, the signal S 3 (t) is supplied directly to the information input of the second multiplier 2, and the signal S 4 (t) from the output of the second driver 8 is fed to the information input of the first multiplier 1 through inverter 9.
На выходах перемножителей 1 и 2 амплитудные значения сигналов V1(t) и V2(t) будут зависеть как от амплитуды сигналов на информационных входах этих перемножителей, так и от величины напряжения Еу на управляющей шине генератора.At the outputs of multipliers 1 and 2, the amplitude values of the signals V 1 (t) and V 2 (t) will depend on both the amplitude of the signals at the information inputs of these multipliers and the voltage E y on the generator control bus.
Под действием управляемых биполярных прямоугольных сигналов V1(t) и V2(t) на выходах интеграторов 3 и 4 формируются линейно-изменяющиеся напряжения N1(t) и N2(t), причем сигналы на выходах интегратора начнут изменяться в противоположную сторону при скачкообразных изменениях соответствующих биполярных сигналов.Under the influence of controlled bipolar rectangular signals V 1 (t) and V 2 (t), linearly varying voltages N 1 (t) and N 2 (t) are formed at the outputs of integrators 3 and 4, and the signals at the outputs of the integrator will begin to change in the opposite direction with abrupt changes in the corresponding bipolar signals.
Частота формируемых сигналов, как прямоугольных, так и линейно-изменяющихся может быть определена с помощью следующего выражения:The frequency of the generated signals, both rectangular and linearly varying, can be determined using the following expression:
где f - частота формируемых сигналов; Еу - величина управляющего напряжения; А - амплитудное значение сигналов S3(t) и S4(t); m - масштабный коэффициент умножителей 1 и 2; T - постоянная времени интеграторов 3 и 4.where f is the frequency of the generated signals; E y - the value of the control voltage; A is the amplitude value of the signals S 3 (t) and S 4 (t); m is the scale factor of the multipliers 1 and 2; T is the time constant of integrators 3 and 4.
В области низких и инфранизких частот, то есть при больших периодах формируемых сигналов, точность интегрирования понижается из-за влияния дестабилизирующих факторов, например, напряжения смещения. Для устранения подобного эффекта используются стабилизаторы амплитуды 5 и 6, которые не позволяют за время формирования низкочастотных сигналов N1(t) и N2(t) треугольной формы изменить их амплитудные значения. Амплитудные значения сигналов N10(t) и N20(t) на выходах стабилизаторов амплитуды 5 и 6, а, следовательно, и на соответствующих выходах функционального генератора в этом случае всегда будут приведены к нормированным значениям даже при изменении амплитудных значений сигналов N1(t) и N2(t) в широких пределах.In the region of low and infra-low frequencies, that is, for large periods of generated signals, the accuracy of integration decreases due to the influence of destabilizing factors, for example, bias voltage. To eliminate this effect, amplitude stabilizers 5 and 6 are used, which do not allow changing their amplitude values during the formation of low-frequency signals N 1 (t) and N 2 (t) of a triangular shape. The amplitude values of the signals N 10 (t) and N 20 (t) at the outputs of the stabilizers of amplitudes 5 and 6, and, therefore, at the corresponding outputs of the functional generator in this case will always be reduced to normalized values even when the amplitude values of the signals N 1 ( t) and N 2 (t) over a wide range.
Амплитудные значения гармоник Uin сигналов треугольной формы S1(t) и S2(t) определяются с помощью известного соотношения:The amplitude values of the harmonics U in of the triangular waveform S 1 (t) and S 2 (t) are determined using the well-known relation:
где i - номер сигнала треугольной формы;where i is the triangular waveform number;
n - номера нечетных гармоник (n=1, 3, 5,…).n are the numbers of odd harmonics (n = 1, 3, 5, ...).
Амплитудные значения первых гармоник U11=U21=0,811 A, амплитуды третьих гармоник U13=U23=0,09 А. Из (1) следует, что амплитудные значения высших гармонических убывают обратно пропорционально квадрату номера гармоники, поэтому коэффициент искажений будет определяться, в первую очередь, самой сильной третьей гармоникой U3, доля которой составляет примерно 11% от основной первой гармоники U1.The amplitude values of the first harmonics are U 11 = U 21 = 0.811 A, the amplitudes of the third harmonics are U 13 = U 23 = 0.09 A. It follows from (1) that the amplitude values of the higher harmonics decrease inversely with the square of the harmonic number, so the distortion coefficient will be determined first of all, the strongest third harmonic U 3 , whose share is about 11% of the main first harmonic U 1 .
Существующие схемы формирования синусоидальных сигналов из сигналов треугольной формы и работающие на принципе кусочной аппроксимации [Титце У, Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М: Мир, 1982, рис.11.26] обладают рядом существенных недостатков: высокий коэффициент искажений (0,42% при шести точках излома аппроксимирующей кривой с кусочно-постоянным наклоном); значительная погрешность при большой величине входного сигнала и значительная температурная погрешность формируемого сигнала. При увеличении количества точек излома подобные преобразователи становятся более точными, но и более сложными [Дворников О. Формирователь синусоидального напряжения. Современная электроника, 2008, №6, с.42-45]. Для точной настройки таких преобразователей применяются прецизионные заграждающие фильтры, выделяющие основную гармонику. Для минимизации сигнала ошибки исследуются осциллограммы напряжения ошибки, полученные в результате итеративного (многократного) метода измерений, что является еще одним из недостатков подобных синусных преобразователей.Existing schemes for generating sinusoidal signals from triangular waveforms and operating on the principle of piecewise approximation [Titze U, Schenk K. Semiconductor circuitry: Reference manual. Per. with him. M: Mir, 1982, Fig. 11.26] have a number of significant drawbacks: a high distortion coefficient (0.42% at six break points of the approximating curve with a piecewise constant slope); significant error with a large input signal and a significant temperature error of the generated signal. With an increase in the number of breakpoints, such converters become more accurate, but also more complex [Dvornikov O. Sinusoidal voltage shaper. Modern Electronics, 2008, No. 6, p. 42-45]. To fine-tune these transducers, precision barriers are used to isolate the fundamental harmonic. To minimize the error signal, we study the error voltage oscillograms obtained as a result of an iterative (multiple) measurement method, which is another of the disadvantages of such sinus converters.
Поэтому для фильтрации сигналов трапецеидальной формы M3(t) и M4(t), то есть для получения гармонических сигналов синусоидальной S5(t) и косинусоидальной S6(t) формы используется управляемый формирователь гармонических сигналов 10.Therefore, to filter the signals of the trapezoidal form M 3 (t) and M 4 (t), that is, to obtain harmonic signals of the sinusoidal S 5 (t) and cosine S 6 (t) forms, a controlled harmonic signal generator 10 is used.
Работа формирователя гармонических сигналов 10 (фиг.2) происходит следующим образом.The operation of the generator of harmonic signals 10 (figure 2) is as follows.
При подаче на первый вход формирователя 10 сигнала S1(t) треугольной формы с амплитудным значением А на выходе вычислителя модуля 11 формируется (фиг.4,а) однополярный сигнал M1(t), максимальное значение которого также равно значению А. Под воздействием сигнала S2(t), поданного на второй вход формирователя 10, на его выходе также формируется (фиг.4,б) однополярный сигнал M2(t) с амплитудным значением А.When applying to the first input of the shaper 10 a signal S 1 (t) of a triangular shape with an amplitude value A, the output of the calculator of module 11 generates (Fig. 4, a) a unipolar signal M 1 (t), the maximum value of which is also equal to A. Under the influence the signal S 2 (t) supplied to the second input of the former 10, a unipolar signal M 2 (t) with an amplitude value A is also generated (Fig. 4, b).
При равенстве коэффициентов передачи сумматора 13 по первому и второму входу k1=k2=a=2/3 на выходе сумматора 13 будет сформирован (фиг.4,г) постоянный сигнал E0(t)=(2/3)[M1(t)+M2(t)]=(2/3)А, а на выходе инвертора 16 - сигнал E1(t)=-Е0(t)=-(2/3) А.If the transfer coefficients of the adder 13 for the first and second input are equal, k 1 = k 2 = a = 2/3, a constant signal E 0 (t) = (2/3) will be generated at the output of the adder 13 (Fig. 4d) [M 1 (t) + M 2 (t)] = (2/3) A, and the output of the inverter 16 is a signal E 1 (t) = - E 0 (t) = - (2/3) A.
Сигналы Е0(t) и E1(t) являются управляющими для ограничителей амплитуды 14 и 15, под действием которых на их выходах из входных сигналов S1(t) и S2(t) формируются сигналы трапецеидальной формы M3(t) и M4(t). Уровень ограничения определяется коэффициентом а=2/3. Наличие сумматора 13 с одинаковыми коэффициентами передачи по входам, а также одного инвертирующего усилителя 16 с коэффициентом передачи, равным единице, позволяет получить одинаковые уровни ограничения трапецеидальных сигналов M3(t) и M4(t).Signals E 0 (t) and E 1 (t) are control signals for amplitude limiters 14 and 15, under the influence of which trapezoidal signals M 3 (t) are formed at their outputs from input signals S 1 (t) and S 2 (t) and M 4 (t). The level of restriction is determined by the coefficient a = 2/3. The presence of an adder 13 with the same transmission coefficients at the inputs, as well as one inverting amplifier 16 with a transmission coefficient equal to unity, allows you to get the same levels of trapezoidal signals M 3 (t) and M 4 (t).
Амплитудные значения гармоник Uim сигналов треугольной формы М3(t) и М4(t)Amplitude values of harmonics U im of triangular waveform M 3 (t) and M 4 (t)
При значении коэффициента а=2/3 в сигналах M3(t) и M4(t) будут полностью подавлены третьи гармоники U33=U43=0. Амплитудные значения первых гармоник U31=U41=0,702 A, а третьих - U35=U45=0,028 А. В этом случае коэффициент искажений будет определяться, в первую очередь, уже пятой гармоникой U5, доля которой составляет примерно 4% от основной первой гармоники U1. трапецеидальных сигналов M3(f) и M4(f).With the value of the coefficient a = 2/3 in the signals M 3 (t) and M 4 (t), the third harmonics U 33 = U 43 = 0 will be completely suppressed. The amplitude values of the first harmonics are U 31 = U 41 = 0.702 A, and the third - U 35 = U 45 = 0.028 A. In this case, the distortion coefficient will be determined, first of all, by the fifth harmonic U 5 , whose share is about 4% of fundamental first harmonic U 1 . trapezoidal signals M 3 (f) and M 4 (f).
Вычислители модулей 11 и 12, сумматор 13 и инвертор 16 обеспечивают оптимальные уровни ограничения сигналов М3(t) и M4(t) трапецеидальной формы, обеспечивая тем самым отсутствие третьей гармоники при изменении амплитуды сигналов треугольной формы S1(t) и S2(t) в широком диапазоне.The calculators of the modules 11 and 12, the adder 13 and the inverter 16 provide optimal trapezoidal signal limitation levels of M 3 (t) and M 4 (t), thereby ensuring the absence of a third harmonic when changing the amplitude of the triangular waveform S 1 (t) and S 2 (t) in a wide range.
Дальнейшая фильтрация трапецеидальных сигналов M3(t) и M4(t) осуществляется с помощью управляемых фильтров нижних частот 17 и 18.Further filtering of the trapezoidal signals M 3 (t) and M 4 (t) is carried out using controlled low-pass filters 17 and 18.
Каждый из управляемых фильтров 17 и 18 состоит из четырех однотипных последовательно соединенных фильтров нижних частот с передаточной функциейEach of the controlled filters 17 and 18 consists of four of the same series-connected low-pass filters with a transfer function
где К - коэффициент передачи отдельного фильтра; Ту - управляемая постоянная времени; р - комплексная переменная.where K is the transmission coefficient of an individual filter; T y - controlled time constant; p is a complex variable.
На частоте среза ωc=1/Tу модуль коэффициента передачи Н(ωc)=К/, а фазовый сдвиг составит (без учета инверсии сигнала) угол φ=-π/4. Пройдя через четыре ячейки фильтра амплитудные значения первой гармоники сигналов М3(t) и M4(t) уменьшатся в четыре раза по сравнению с первой гармоникой сигнала S2(t), а их фазы изменятся на угол -π.At the cutoff frequency, ω c = 1 / T , the modulus of the transmission coefficient H (ω c ) = K / and the phase shift will be (without taking into account the signal inversion) the angle φ = -π / 4. After passing through four filter cells, the amplitude values of the first harmonic of the signals M 3 (t) and M 4 (t) will decrease by four times compared to the first harmonic of the signal S 2 (t), and their phases will change by an angle -π.
Усилители 19 и 20 выполняют две функции: нормируют амплитуды гармонических колебаний M5(t) и M6(t), а также инвертируют фазы этих сигналов (фиг.4). На первом и втором выходах формирователя 10, а, следовательно, на пятом и шестом выходах функционального генератора формируются гармонические колебания синусоидальной (фиг.4,ж) и косинусоидальной (фиг.4,з) формы.Amplifiers 19 and 20 perform two functions: normalize the amplitudes of harmonic oscillations M 5 (t) and M 6 (t), and also invert the phases of these signals (Fig. 4). At the first and second outputs of the shaper 10, and, therefore, at the fifth and sixth outputs of the functional generator, harmonic oscillations of a sinusoidal (FIG. 4, g) and cosine (FIG. 4, h) shape are formed.
При изменении управляющего сигнала Еу происходит пропорциональное изменение частоты f всех формируемых сигналов:When changing the control signal E y there is a proportional change in the frequency f of all generated signals:
где kf - коэффициент пропорциональности.where k f is the coefficient of proportionality.
Фазовый сдвиг управляемого фильтра нижних частот определяется выражением:The phase shift of the controlled low-pass filter is determined by the expression:
где Ту=Т/(mЕу) - управляемая постоянная времени фильтра; Т - постоянная времени; m - масштабный коэффициент.where T y = T / (mE y ) - controlled filter time constant; T is the time constant; m is the scale factor.
Для обеспечения постоянного фазового сдвига (инвариантного по отношению к изменяющейся частоте) необходимо выполнить следующее условие:To ensure a constant phase shift (invariant with respect to the changing frequency), the following condition must be fulfilled:
Поскольку частота f является (формула 5) функцией управляющего напряжения Еу, то условие (7) автоматически выполняется при любых значениях частоты формируемых сигналовSince the frequency f is (formula 5) a function of the control voltage E y , condition (7) is automatically satisfied at any frequency of the generated signals
При этом произведение ωc Ту=1 остается величиной постоянной, поэтому на выходах формирователя гармонических сигналов 10 при любых изменениях частоты будут стабильными амплитудные значения сигналов S5(t), S6(t) и их фазовые сдвиги.In this case, the product ω c T y = 1 remains constant, therefore, at the outputs of the harmonic signal former 10, at any frequency changes, the amplitude values of the signals S 5 (t), S 6 (t) and their phase shifts will be stable.
Таким образом, на первом и втором выходах управляемого генератора формируются линейно-изменяющиеся сигналы S1(t) и S2(t), на третьем и четвертом выходах - прямоугольные биполярные сигналы S3(t) и S4(t), на пятом и шестом - гармонические сигналы синусоидальной S5(t) и косинусоидальной S6(t) формы, причем соответствующие пары сигналов будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 электрических градусов.Thus, linearly varying signals S 1 (t) and S 2 (t) are formed at the first and second outputs of the controlled generator, rectangular bipolar signals S 3 (t) and S 4 (t) are formed at the third and fourth outputs, at the fifth and the sixth, harmonic signals of a sinusoidal S 5 (t) and cosine S 6 (t) shape, and the corresponding signal pairs will be phase shifted relative to each other by 90 electrical degrees.
Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора квадратурные гармонические сигналы, а также квадратурные сигналы треугольной и прямоугольной формы с высокими метрологическими характеристиками.Using the proposed utility model will expand the functionality of the device and get at the outputs of the functional generator quadrature harmonic signals, as well as quadrature signals of a triangular and rectangular shape with high metrological characteristics.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011119660/08U RU108247U1 (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | FUNCTIONAL GENERATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011119660/08U RU108247U1 (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | FUNCTIONAL GENERATOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU108247U1 true RU108247U1 (en) | 2011-09-10 |
Family
ID=44758160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011119660/08U RU108247U1 (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | FUNCTIONAL GENERATOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU108247U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559722C1 (en) * | 2014-10-16 | 2015-08-10 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Period-voltage converter |
| RU2582557C1 (en) * | 2015-01-22 | 2016-04-27 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Function generator |
| RU2582556C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-04-27 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Functional quadrature signal generator |
| RU2699590C1 (en) * | 2019-01-21 | 2019-09-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Two-phase harmonic signal generator |
-
2011
- 2011-05-16 RU RU2011119660/08U patent/RU108247U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559722C1 (en) * | 2014-10-16 | 2015-08-10 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Period-voltage converter |
| RU2582556C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-04-27 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Functional quadrature signal generator |
| RU2582557C1 (en) * | 2015-01-22 | 2016-04-27 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Function generator |
| RU2699590C1 (en) * | 2019-01-21 | 2019-09-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Two-phase harmonic signal generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110632387B (en) | Harmonic voltage measuring method based on alternating-current quantum voltage | |
| RU108247U1 (en) | FUNCTIONAL GENERATOR | |
| RU127554U1 (en) | SQUARE SHAPER | |
| CN109752584B (en) | Method for measuring effective value of periodic signal | |
| RU104402U1 (en) | FUNCTIONAL GENERATOR | |
| US7847177B2 (en) | Digital complex tone generator and corresponding methods | |
| RU2534939C1 (en) | Function generator | |
| RU2622866C1 (en) | Triangular waveform generator | |
| RU2541147C1 (en) | Function generator | |
| RU2359277C1 (en) | Compensation accelerometre | |
| RU101291U1 (en) | FUNCTIONAL GENERATOR | |
| RU2582557C1 (en) | Function generator | |
| RU2625555C1 (en) | Functional generator | |
| RU104799U1 (en) | MANAGED GENERATOR | |
| RU108248U1 (en) | HARMONIC SIGNAL SHAPER | |
| RU2520409C2 (en) | Converter for converting periodic signal to frequency and period | |
| JPWO2019064368A1 (en) | Phase analysis circuit | |
| RU104404U1 (en) | TRIANGULAR SIGNAL SHAPER | |
| CN103697874A (en) | Digital drive loop control circuit for quartz tuning fork gyroscope | |
| CN103873025A (en) | Triangle wave signal generation method and triangle wave generator | |
| RU2628434C1 (en) | Triangular waveform generator | |
| RU2554571C1 (en) | Function generator | |
| RU2534938C1 (en) | Multifrequency functional generator | |
| RU2565424C1 (en) | Harmonic signal shaper | |
| RU2555241C1 (en) | Function generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140517 |