RU2551824C1 - Controlled quadrature signal generator - Google Patents
Controlled quadrature signal generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551824C1 RU2551824C1 RU2014131562/08A RU2014131562A RU2551824C1 RU 2551824 C1 RU2551824 C1 RU 2551824C1 RU 2014131562/08 A RU2014131562/08 A RU 2014131562/08A RU 2014131562 A RU2014131562 A RU 2014131562A RU 2551824 C1 RU2551824 C1 RU 2551824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- adder
- integrator
- controlled
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано при построении управляемых генераторов.The invention relates to radio engineering and communications and can be used in the construction of controlled generators.
Известен генератор [1 (с. 202 - рис. 4-16. «Электронный генератор с ограничением амплитуды колебаний»)], содержащий два интегратора, сумматор, нелинейный элемент (с релейной характеристикой) и два пассивных управляемых делителя, осуществляющих перестройку выходных колебаний по частоте. На выходе нелинейного элемента формируются биполярные импульсы прямоугольной формы с высоким содержанием высших нечетных гармоник. Биполярный прямоугольный сигнал подается по цепи обратной связи непосредственно на вход сумматора, поэтому на выходе первого интегратора будет сформирован сигнал, имеющий значительные нелинейные искажения.A known generator [1 (p. 202 - Fig. 4-16. "Electronic generator with a limited amplitude of oscillations")], containing two integrators, an adder, a nonlinear element (with a relay characteristic) and two passive controlled divider, realigning output oscillations according to frequency. At the output of the nonlinear element, bipolar pulses of a rectangular shape with a high content of higher odd harmonics are formed. The bipolar rectangular signal is fed through the feedback circuit directly to the input of the adder, therefore, at the output of the first integrator, a signal having significant non-linear distortions will be generated.
Известен управляемый генератор [2 (с. 17 - рис. 1-9.)], который содержит два интегратора, два умножителя, нелинейный элемент и сумматор, к выходу которого подключен первый умножитель, управляющий вход которого соединен с управляющей шиной и управляющим входом второго умножителя, между выходом которого и первым входом сумматора включен второй интегратор, выход которого соединен со вторым выходом управляемого генератора, первый выход которого подключен к выходу первого интегратора, при этом нелинейный элемент включен между первым выходом управляемого генератора и вторым входом сумматора, а вход второго умножителя подключен к выходу первого интегратора.Known controlled generator [2 (p. 17 - Fig. 1-9.)], Which contains two integrators, two multipliers, a nonlinear element and an adder, the output of which is connected to the first multiplier, the control input of which is connected to the control bus and the control input of the second a multiplier between the output of which and the first input of the adder includes a second integrator, the output of which is connected to the second output of the controlled generator, the first output of which is connected to the output of the first integrator, while a nonlinear element is connected between the first output of the control generator and the second input of the adder, and the input of the second multiplier is connected to the output of the first integrator.
Для стабилизации амплитуды используется нелинейный элемент, при этом коэффициент гармоник и стабильность амплитуды связаны обратной зависимостью, то есть уменьшение коэффициента гармоник за счет уменьшения степени нелинейности приводит к снижению стабильности амплитуды и, напротив, увеличение стабильности амплитуды ведет к увеличению гармоник в выходном сигнале. Сравнительно невысокие метрологические характеристики (стабильность амплитуды 1-2% при коэффициенте гармоник 0,5-1%) ограничивают применение таких генераторов [2 (с. 19)].To stabilize the amplitude, a nonlinear element is used, while the harmonic coefficient and amplitude stability are inversely related, that is, a decrease in the harmonic coefficient due to a decrease in the degree of nonlinearity leads to a decrease in the amplitude stability and, on the contrary, an increase in the amplitude stability leads to an increase in harmonics in the output signal. Relatively low metrological characteristics (amplitude stability of 1-2% with a harmonic coefficient of 0.5-1%) limit the use of such generators [2 (p. 19)].
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, управляемый генератор [3], содержащий два интегратора, три умножителя, три квадратора, релейный элемент, ограничитель, два сумматора и инвертор, включенный между выходом третьего квадратора и третьим входом второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего умножителя, между выходом которого и первым входом первого сумматора включен ограничитель, при этом первый интегратор включен между выходом первого умножителя и первым входом второго умножителя, к выходу которого подключен вход второго интегратора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, к выходу которого подключен первый вход первого умножителя, второй вход которого соединен со вторым входом второго умножителя и первой шиной управляемого генератора, вторая шина которого соединена с входом третьего квадратора, причем выходы первого и второго интеграторов соединены с соответствующими выходами управляемого генератора, первый квадратор включен между первым выходом управляемого генератора и первым входом второго сумматора, второй квадратор включен между вторым выходом управляемого генератора и вторым входом второго сумматора, а релейный элемент включен между первым выходом управляемого генератора и первым входом третьего умножителя.The closest device to the claimed invention in terms of essential features is a controllable generator [3], adopted for the prototype, containing two integrators, three multipliers, three quadrators, a relay element, a limiter, two adders and an inverter connected between the output of the third quadrator and the third input the second adder, the output of which is connected to the second input of the third multiplier, between the output of which and the first input of the first adder a limiter is connected, while the first integrator is connected between the output m of the first multiplier and the first input of the second multiplier, the output of which is connected to the input of the second integrator, the output of which is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, the second input of which is connected to the second input of the second multiplier and the first bus of the controlled generator, whose second bus is connected to the input of the third quadrator, the outputs of the first and second integrators being connected to the corresponding outputs of the controlled generator, the first quadrator is connected between the first output of the controlled generator and the first input of the second adder, the second quadrator is connected between the second output of the controlled generator and the second input of the second adder, and the relay element is connected between the first output of the controlled generator and the first input of the third multiplier.
На первом выходе генератора коэффициент нелинейных искажений превышает 0,05%, что не позволяет отнести данное устройство к прецизионным генераторам по данному показателю.At the first output of the generator, the coefficient of nonlinear distortion exceeds 0.05%, which does not allow attributing this device to precision generators by this indicator.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение спектральной чистоты формируемых квадратурных гармонических сигналов.The problem to which the invention is directed is to increase the spectral purity of the generated quadrature harmonic signals.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении спектральной чистоты формируемых квадратурных гармонических сигналов путем введения дополнительных элементов и организации новых функциональных связей между элементами.The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the spectral purity of the generated quadrature harmonic signals by introducing additional elements and organizing new functional relationships between the elements.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в управляемый генератор квадратурных сигналов, содержащий первый и второй умножители, первый и второй интеграторы, первый и второй квадраторы, первый и второй сумматоры и инвертор, при этом первый квадратор включен между выходом первого интегратора и первым входом второго сумматора, второй квадратор 6 включен между выходом второго интегратора и вторым входом второго сумматора, к выходу первого сумматора подключен первый вход первого умножителя, выход которого соединен с входом первого интегратора, к выходу которого подключен первый вход второго умножителя, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, при этом вторые входы первого и второго умножителей соединены с управляющей шиной, в него дополнительно введены первый и второй делители, блок извлечения квадратного корня, компаратор, и источник опорного напряжения, минусовой зажим которого соединен с общей шиной, а плюсовой - с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с четвертым входом первого сумматора и третьим входом второго сумматора, между выходом которого и неинвертирующим входом компаратора включен блок извлечения квадратного корня, при этом инвертор включен между выходом первого интегратора и третьим входом первого сумматора, первый вход которого соединен выходом первого делителя и первым выходом управляемого генератора квадратурных сигналов, второй выход которого соединен с выходом второго делителя, первый вход которого подключен к выходу второго интегратора, причем выход блока извлечения квадратного корня соединен со вторыми входами первого и второго делителей, а первый вход первого делителя подключен к выходу первого интегратора.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a controlled quadrature signal generator containing the first and second multipliers, the first and second integrators, the first and second quadrators, the first and second adders and the inverter, the first quadrator is connected between the output of the first integrator and the first the input of the second adder, the second quadrator 6 is connected between the output of the second integrator and the second input of the second adder, the first input of the first multiplier is connected to the output of the first adder, the output to which is connected to the input of the first integrator, the output of which is connected to the first input of the second multiplier, the output of which is connected to the input of the second integrator, the output of which is connected to the second input of the first adder, while the second inputs of the first and second multipliers are connected to the control bus, it is additionally introduced the first and second dividers, the square root extraction unit, a comparator, and a reference voltage source, the negative terminal of which is connected to the common bus, and the positive terminal is connected to the inverting input of the comparator, output to which is connected to the fourth input of the first adder and the third input of the second adder, between the output of which and the non-inverting input of the comparator, the square root extraction unit is turned on, while the inverter is connected between the output of the first integrator and the third input of the first adder, the first input of which is connected by the output of the first divider and the first output controlled quadrature signal generator, the second output of which is connected to the output of the second divider, the first input of which is connected to the output of the second integrator, and you od square root extractor is connected to second inputs of the first and second dividers and the first input of the first divider is connected to the output of the first integrator.
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 заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение 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 invention. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
Введение в предлагаемый управляемый генератор квадратурных сигналов двух делителей, блока извлечения квадратного корня, компаратора и источника опорного напряжения, а также организация новых функциональных связей между элементами позволили повысить спектральную чистоту формируемых квадратурных гармонических сигналов.Introduction to the proposed controlled generator of quadrature signals of two dividers, a square root extraction unit, a comparator and a reference voltage source, as well as the organization of new functional relationships between elements made it possible to increase the spectral purity of the generated quadrature harmonic signals.
Изобретение поясняется структурной схемой управляемого генератора квадратурных сигналов, изображенной на фиг. 1, и графиками, поясняющими принцип работы управляемого генератора квадратурных сигналов - на фиг. 2 и фиг. 3.The invention is illustrated by a block diagram of a controlled quadrature signal generator shown in FIG. 1, and graphs explaining the principle of operation of the controlled quadrature signal generator, FIG. 2 and FIG. 3.
Управляемый генератор квадратурных сигналов содержит (фиг. 1) первый 1 и второй 2 умножители, первый 3 и второй интеграторы 4, первый 5 и второй 6 квадраторы, первый 7 и второй 8 сумматоры, инвертор 9, первый 10 и второй 11 делители, блок извлечения квадратного корня 12, компаратор 13 и источник опорного напряжения 14, минусовой зажим которого соединен с общей шиной, а плюсовой - с инвертирующим входом компаратора 13, выход которого соединен с четвертым входом первого сумматора 7 и третьим входом второго сумматора 8, между выходом которого и неинвертирующим входом компаратора 13 включен блок извлечения квадратного корня 12, при этом первый квадратор 5 включен между выходом первого интегратора 3 и первым входом второго сумматора 8, второй квадратор 6 включен между выходом второго интегратора 4 и вторым входом второго сумматора 8, а инвертор включен между выходом первого интегратора 3 и третьим входом первого сумматора 7, к выходу которого подключен первый вход первого умножителя 1, между выходом которого и первым входом второго умножителя 2 включен первый интегратор 3, причем выход блока извлечения квадратного корня 12 соединен со вторыми входами первого 10 и второго 11 делителей, шина управления соединена со вторым входом первого умножителя 1 и вторым входом второго умножителя 2, к выходу которого подключен вход второго интегратора 4, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 7, первый вход которого соединен с выходом первого делителя и первым выходом управляемого генератора квадратурных колебаний, второй выход которого соединен с выходом второго делителя 11, первый вход которого подключен к выходу второго интегратора 4, а первый вход первого делителя соединен с выходом первого интегратора 3.The controlled quadrature signal generator contains (Fig. 1) the first 1 and second 2 multipliers, the first 3 and second integrators 4, the first 5 and second 6 quadrators, the first 7 and second 8 adders, the inverter 9, the first 10 and second 11 dividers, an extraction unit square root 12, the comparator 13 and the reference voltage source 14, the negative terminal of which is connected to the common bus, and the positive terminal is connected to the inverting input of the comparator 13, the output of which is connected to the fourth input of the first adder 7 and the third input of the second adder 8, between the output of which is non-inverting the square root extraction unit 12 is turned on by the input of the comparator 13, while the first quadrator 5 is connected between the output of the first integrator 3 and the first input of the second adder 8, the second quadrator 6 is connected between the output of the second integrator 4 and the second input of the second adder 8, and the inverter is connected between the output the first integrator 3 and the third input of the first adder 7, the output of which is connected to the first input of the first multiplier 1, between the output of which and the first input of the second multiplier 2 the first integrator 3 is connected, and the output of the extraction unit square root 12 is connected to the second inputs of the first 10 and second 11 dividers, the control bus is connected to the second input of the first multiplier 1 and the second input of the second multiplier 2, the output of which is connected to the input of the second integrator 4, the output of which is connected to the second input of the first adder 7, the first input of which is connected to the output of the first divider and the first output of the controlled quadrature oscillator, the second output of which is connected to the output of the second divider 11, the first input of which is connected to the output of the second integrat and 4, a first input of a first divider coupled to an output of the first integrator 3.
Управляемый генератор квадратурных сигналов работает следующим образом.A controlled quadrature signal generator operates as follows.
Первый умножитель 1 и первый интегратор 3 образуют (фиг. 1) первый управляемый интегратор с передаточной функциейThe first multiplier 1 and the first integrator 3 form (Fig. 1) the first controlled integrator with a transfer function
где τУ1=τ1/(m1·EУ) - постоянная времени первого управляемого интегратора; τ1 - постоянная времени первого интегратора 3; m1 - масштабный коэффициент умножителя 1; EУ - управляющее напряжение; s - комплексная переменная.where τ Y1 = τ 1 / (m 1 · E Y ) is the time constant of the first controlled integrator; τ 1 is the time constant of the first integrator 3; m 1 - scale factor of the multiplier 1; E U - control voltage; s is a complex variable.
Второй умножитель 2 и второй интегратор 4 образуют второй управляемый интегратор с передаточной функциейThe second multiplier 2 and the second integrator 4 form a second controlled integrator with a transfer function
где τУ2=τ2/(m2·EУ) - постоянная времени второго управляемого интегратора; τ2 - постоянная времени второго интегратора 4; m2 - масштабный коэффициент умножителя 2.where τ U2 = τ 2 / (m 2 · E U ) is the time constant of the second controlled integrator; τ 2 is the time constant of the second integrator 4; m 2 - scale factor of the multiplier 2.
При одинаковых значениях масштабных коэффициентов m1=m2=m и при равенстве постоянных времени интеграторов τ1=τ2=τ0 также будут иметь одинаковые значения и постоянные времени первого и второго управляемых интеграторов τУ1=τУ2=τУ=τ0/(m·EУ).With the same values of the scale factors m 1 = m 2 = m and with the equal time constants of the integrators, τ 1 = τ 2 = τ 0 will also have the same values and time constants of the first and second controlled integrators τ U1 = τ U2 = τ U = τ 0 / (m · E Y ).
Следовательно, и передаточные функции управляемых интеграторов в этом случае будут иметь одинаковые выраженияTherefore, the transfer functions of controlled integrators in this case will have the same expression
Умножители 1 и 2, интеграторы 3 и 4, сумматор 7 и инвертор 9 образуют управляемый фильтр (УФ). При подаче на первый вход сумматора 7, то есть на вход УФ сигнала N1(t), на выходе управляемого фильтра формируются два сигнала S1(t) и S2(t).Multipliers 1 and 2, integrators 3 and 4, an adder 7 and an inverter 9 form a controlled filter (UV). When applying to the first input of the adder 7, that is, to the input of the UV signal N 1 (t), two signals S 1 (t) and S 2 (t) are formed at the output of the controlled filter.
Для нахождения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, а также определения резонансной частоты УФ, величины затухания и добротности фильтра найдем передаточные функции (ПФ) управляемого фильтра.To find the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics, as well as determine the resonant frequency of the UV, the attenuation value and the quality factor of the filter, we find the transfer functions (PF) of the controlled filter.
Найдем передаточную функцию УФ по первому W1(s) и второму W2(s) выходу при воздействии входного сигнала N1(t), для чего составим следующую систему уравнений в операторной форме:We find the UV transfer function by the first W 1 (s) and second W 2 (s) output when exposed to the input signal N 1 (t), for which we compose the following system of equations in operator form:
где k1, k2 и k3 - коэффициенты первого сумматора 7 по соответствующим входам.where k 1 , k 2 and k 3 are the coefficients of the first adder 7 at the corresponding inputs.
Используя метод исключения переменных в (4), запишем выражения для передаточной функцииUsing the method of eliminating variables in (4), we write the expressions for the transfer function
и для передаточной функцииand for the transfer function
При k2=1 выражение (6) можно привести к классическому виду для колебательного звена с передаточной функциейFor k 2 = 1, expression (6) can be reduced to the classical form for the vibrational link with the transfer function
где ξ=k3/2 - коэффициент затухания, определяющий избирательные свойства звена.where ξ = k 3/2 - damping coefficient determining unit selective properties.
Передаточную функцию W2(s) можно представить в виде последовательного соединения колебательного и дифференцирующего звеньевThe transfer function W 2 (s) can be represented as a series connection of the oscillating and differentiating links
Резонансную частоту ω0 управляемого фильтра можно найти из характеристического уравнения, для чего знаменатель в уравнениях (7) и (8) следует приравнять к нулю и найти корни этого уравненияThe resonance frequency ω 0 of the controlled filter can be found from the characteristic equation, for which the denominator in equations (7) and (8) should be set to zero and the roots of this equation should be found
Для нахождения комплексно-частотных функций в выражениях (8) и (9) необходимо заменить комплексную переменную s→jωTo find the complex-frequency functions in expressions (8) and (9), it is necessary to replace the complex variable s → jω
Из (10) и (11) следует, что фазовый сдвиг между выходными сигналами S1(t) и S2(t) будет определяться только параметрами дифференцирующего звена с передаточной функцией WD(s)=τs, поскольку WD(jω)=j·ωτ.From (10) and (11) it follows that the phase shift between the output signals S 1 (t) and S 2 (t) will be determined only by the parameters of the differentiating link with the transfer function W D (s) = τs, since W D (jω) = j
Фазовый сдвигPhase shift
Из (12) следует, что фазовый сдвиг межу выходными сигналами S1(t) и S2(t) не зависит от частоты и во всем диапазоне рабочих частот составляет 90 электрических градусов.From (12) it follows that the phase shift between the output signals S 1 (t) and S 2 (t) is independent of the frequency and in the entire range of operating frequencies is 90 electrical degrees.
Амплитудно-частотные характеристикиFrequency response
удобно представить в нормированном виде (фиг. 2), для чего введем в рассмотрение относительную расстройку по частотеit is convenient to present in a normalized form (Fig. 2), for which we introduce the relative frequency detuning
где ω0=1/τУ - резонансная частота.where ω 0 = 1 / τ Y is the resonant frequency.
После подстановки (15) в (13) и (14) получимAfter substituting (15) into (13) and (14) we obtain
Графические зависимости коэффициентов передачи W1(ω) и W2(ω) от величины относительной расстройки δ приведены на фиг. 2. На резонансной частоте (при δ=1)Graphical dependences of the transmission coefficients W 1 (ω) and W 2 (ω) on the relative detuning δ are shown in FIG. 2. At the resonant frequency (with δ = 1)
При равенстве коэффициентов k1=k3 коэффициенты передачи также будут равны W1(1)=W2(1)=1.If the coefficients k 1 = k 3 are equal, the transmission coefficients will also be equal to W 1 (1) = W 2 (1) = 1.
Спектральная чистота формируемых сигналов S1(t) и S2(t) будет зависеть как от формы сигнала N1(t), поступающего по цепи обратной связи, так и от добротности Q резонансной системы (управляемого фильтра), которая, в свою очередь, определяет (фиг. 2) полосу пропускания ППР фильтра.The spectral purity of the generated signals S 1 (t) and S 2 (t) will depend both on the shape of the signal N 1 (t) coming through the feedback circuit and on the Q factor of the resonance system (controlled filter), which, in turn, , determines (Fig. 2) the passband P PR filter.
Полосу пропускания ППР условно определяют по резонансной кривой (фиг. 2) на уровне 0,707 (-3 дБ) от ее максимального значения, соответствующего резонансной частоте.The passband P PR is conditionally determined by the resonance curve (Fig. 2) at the level of 0.707 (-3 dB) from its maximum value corresponding to the resonant frequency.
Полоса пропускания управляемого фильтраManaged Filter Bandwidth
Добротность управляемого фильтра связана с коэффициентом затухания ξ следующим образом: Q=1/ξ=2/k3, следовательно, величину добротности Q, коэффициент затухания ξ и полосу пропускания ППР можно регулировать с помощью коэффициента k3, но при этом необходимо соблюдать равенство коэффициентов k1=k3.The quality factor of the controlled filter is related to the attenuation coefficient ξ as follows: Q = 1 / ξ = 2 / k 3 , therefore, the quality factor Q, the attenuation coefficient ξ and the passband P PR can be adjusted using the coefficient k 3 , but the equality coefficients k 1 = k 3 .
В этом случае при любых значениях добротности на частоте резонанса амплитудные значения A1 и A2 сигналов S1(t) и S2(t) будут иметь одинаковые значения, равные единице, а фазовый сдвиг между ними составит 90 электрических градусов. Таким образом, на выходах управляемого фильтра формируются квадратурные сигналы стабильной амплитуды.In this case, at any values of the quality factor at the resonance frequency, the amplitude values of A 1 and A 2 of the signals S 1 (t) and S 2 (t) will have the same values equal to unity, and the phase shift between them will be 90 electrical degrees. Thus, at the outputs of the controlled filter, quadrature signals of stable amplitude are formed.
В предлагаемом решении на вход первого сумматора 7 подается квазигармонический сигнал N1(t) стабильной амплитуды A*, имеющий незначительное количество высших гармонических в своем составе.In the proposed solution, the input of the first adder 7 is fed a quasi-harmonic signal N 1 (t) of stable amplitude A * having a small number of higher harmonics in its composition.
Формирование сигнала обратной связи N1(t) происходит следующим образом.The formation of the feedback signal N 1 (t) is as follows.
Квадраторы 5 и 6, сумматор 8 и блок извлечения квадратного корня 12 образуют безынерционный датчик напряжения (ДН).
При подаче на вход квадратора 5 гармонического сигнала S1(t)=A1sin(ωt) на его выходе формируется сигналWhen a harmonic signal S 1 (t) = A 1 sin (ωt) is supplied to the input of the quadrator 5, a signal is generated at its output
где m3 - масштабный коэффициент квадратора 5.where m 3 is the scale factor of quadrator 5.
При подаче на вход квадратора 6 гармонического сигнала S2(t)=A2cos(ωt) на его выходе формируется сигналWhen a harmonic signal S 2 (t) = A 2 cos (ωt) is supplied to the input of the
где m4 - масштабный коэффициент квадратора 6.where m 4 is the scale factor of
В результате суммирования сигналов L1(t) и L2(t) на выходе сумматора 8 образуется напряжениеThe summation of the signals L 1 (t) and L 2 (t) at the output of the
На выходе блока извлечения квадратного корня 12, то есть на выходе ДН, формируется напряжениеAt the output of the square root extraction unit 12, that is, at the output of the DN, a voltage is formed
При выполнении условий k3=k4=1, m3=m4=1 и при равенстве амплитудных значений A1=А2=A напряжениеUnder the conditions k 3 = k 4 = 1, m 3 = m 4 = 1 and when the amplitude values are equal, A 1 = A 2 = A voltage
то есть на выходе ДН напряжение будет в точности равно амплитудному значению Em=A.that is, the output voltage will be exactly equal to the amplitude value E m = A.
На выходе делителя 10, то есть на первом выходе управляемого генератора квадратурных сигналов, формируется сигналAt the output of the divider 10, that is, at the first output of the controlled quadrature signal generator, a signal is generated
где A*=1 - нормированное значение амплитуды сигнала N1(t).where A * = 1 is the normalized signal amplitude N 1 (t).
Аналогично работает второй делитель 11, на выходе которого также формируется стабильный по амплитуде сигналThe second divider 11 works similarly, at the output of which a signal with a stable amplitude is also formed.
Стабилизированный по амплитуде сигнал N1(t) 10 поступает на первый вход сумматора 7, замыкая цепь обратной связи и создавая условия для возбуждения гармонических колебаний.The amplitude-stabilized signal N 1 (t) 10 is supplied to the first input of the adder 7, closing the feedback circuit and creating conditions for the excitation of harmonic oscillations.
Частота колебаний Ω0 в управляемом генераторе совпадает с резонансной частотой ω0=1/τУ и изменяется прямо пропорционально изменению управляющего напряжения EУ The oscillation frequency Ω 0 in the controlled generator coincides with the resonant frequency ω 0 = 1 / τ U and changes in direct proportion to the change in the control voltage E U
Поскольку на вход управляемого фильтра с выхода первого делителя 10 подается гармонический сигнал, в котором практически нет высших гармонических составляющих, то спектральная чистота формируемых сигналов S1(t) и S2(t) намного выше, чем в прототипе.Since the harmonic signal is supplied to the input of the controlled filter from the output of the first divider 10, in which there are practically no higher harmonic components, the spectral purity of the generated signals S 1 (t) and S 2 (t) is much higher than in the prototype.
Оценка нелинейных искажений выходных сигналов генератора проводилась на математической модели в программе PSIM-9. Нелинейные искажения на выходах управляемого генератора измерялись с помощью блока (THD - Total harmonic distortion) программы PSIM.The nonlinear distortion of the generator output signals was estimated using a mathematical model in the PSIM-9 program. Nonlinear distortions at the outputs of the controlled generator were measured using the block (THD - Total harmonic distortion) of the PSIM program.
На первом выходе коэффициент нелинейных искажений не превысил 0,011%, что примерно в пять раз меньше по сравнению с прототипом.At the first output, the coefficient of non-linear distortion did not exceed 0.011%, which is approximately five times less compared to the prototype.
На втором выходе управляемого генератора искажения сигнала N2(t) будут еще меньше из-за фильтрующего свойства второго интегратора 4. Незначительное содержание высших гармоник выходных сигналов N1(t) и N2(t) является достоинством предлагаемого генератора.At the second output of the controlled generator, the distortion of the signal N 2 (t) will be even less due to the filtering properties of the second integrator 4. The low content of the higher harmonics of the output signals N 1 (t) and N 2 (t) is the advantage of the proposed generator.
Для сокращения времени запуска генератора на четвертый вход сумматора 7 поступает корректирующий сигнал Sk(t) с формирователя одиночного импульса, который выполнен из компаратора 13 и источника опорного напряжения 14. Корректирующий сигнал Sk(t) подается также на третий вход сумматора 8, обеспечивая тем самым нормальную работу делителей 10 и 11, которые при отсутствии корректирующего сигнала формируют на своих выходах кратковременный выброс напряжения при запуске генератора и для устранения которого на выходах делителей 10 и 11 потребуются ограничители.To reduce the start-up time of the generator, a correction signal S k (t) is supplied to the fourth input of the adder 7 from a single pulse shaper, which is made from a comparator 13 and a reference voltage source 14. A correction signal S k (t) is also supplied to the third input of the
Введение корректирующего сигнала Sk(t) значительно улучшает динамику управляемого генератора как в пусковом режиме (фиг. 3), так и при переключении генератора с одной частоты на другую.The introduction of a correction signal S k (t) significantly improves the dynamics of the controlled oscillator both in the starting mode (Fig. 3) and when the generator is switched from one frequency to another.
Длительность переходного процесса при запуске управляемого генератора квадратурных сигналов определяется (фиг. 3) длительностью ТИ корректирующего сигнала Sk(t) и значением коэффициента передачи по четвертому входу сумматора 7. Длительность TИ сигнала Sk(t) можно изменять с помощью напряжения смещения E0, поступающего на вход компаратора 13 от источника опорного напряжения 14.The duration of the transient process at the start of the controlled quadrature signal generator is determined (Fig. 3) by the duration T AND of the correction signal S k (t) and the value of the transmission coefficient at the fourth input of the adder 7. The duration T AND of the signal S k (t) can be changed using the bias voltage E 0 supplied to the input of the comparator 13 from the source of the reference voltage 14.
Графические зависимости, поясняющие принцип уменьшения переходных процессов в генераторе, приведены на фиг. 3. На фиг. 3, а и фиг. 3, б показаны графики для случая, когда величина опорного напряжения E0=0,1 В, а коэффициент передачи сумматора по четвертому входу k4=0,1. На фиг. 3, в и фиг. 3, г показаны графики для случая, когда величина опорного напряжения E0=0,8 В, а коэффициент передачи сумматора по четвертому входу k4=1,0. На фиг. 3, д и фиг. 3, е показаны графики для случая, когда величина опорного напряжения Е0=0,9 В, а коэффициент передачи сумматора по четвертому входу k4=10,0.Graphic dependencies explaining the principle of transient reduction in the generator are shown in FIG. 3. In FIG. 3a and FIG. 3b shows graphs for the case when the value of the reference voltage is E 0 = 0.1 V, and the transfer coefficient of the adder on the fourth input is k 4 = 0.1. In FIG. 3c and FIG. 3d shows graphs for the case when the value of the reference voltage is E 0 = 0.8 V, and the transfer coefficient of the adder on the fourth input is k 4 = 1.0. In FIG. 3, d and FIG. 3e shows graphs for the case when the value of the reference voltage is E 0 = 0.9 V and the transfer coefficient of the adder on the fourth input is k 4 = 10.0.
Выбор наилучшего сочетания длительности TИ корректирующего сигнала Sk(t) и коэффициента передачи k4 сумматора 7 по четвертому входу позволил минимизировать длительность переходного процесса при запуске управляемого генератора квадратурных сигналов, а наличие делителей 10 и 11 позволило дополнительно стабилизировать амплитуды выходных сигналов N1(t) и N2(t). Следует отметить, что сигнал Sk(t) формируется только один раз при запуске генератора и в дальнейшей работе управляемого генератора участия не принимает.The choice of the best combination of the duration T And the correction signal S k (t) and the transfer coefficient k 4 of the adder 7 at the fourth input made it possible to minimize the duration of the transient process when the controlled quadrature signal generator was started, and the presence of dividers 10 and 11 made it possible to further stabilize the amplitudes of the output signals N 1 ( t) and N 2 (t). It should be noted that the signal S k (t) is generated only once at the start of the generator and does not participate in the further operation of the controlled generator.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить (по сравнению с аналогами и прототипом) спектральную чистоту формируемых квадратурных гармонических сигналов.Using the present invention will increase (compared with analogues and prototype) the spectral purity of the generated quadrature harmonic signals.
Источники информацииInformation sources
1. Вавилов А.А., Солодовников А.И. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем. M.-Л.: Госэнергоиздат, 1963 г. - 252 с.1. Vavilov A.A., Solodovnikov A.I. Experimental determination of the frequency characteristics of automatic systems. M.-L.: Gosenergoizdat, 1963 - 252 p.
2. Вавилов А.А., Солодовников А.И., Шнайдер В.В. Низкочастотные измерительные генераторы. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1985 г. - 104 с.2. Vavilov A.A., Solodovnikov A.I., Schneider V.V. Low-frequency measuring generators. - L .: Energoatomizdat, Leningrad. Department, 1985 - 104 p.
3. Патент РФ №2506692, H03B 27/00. Дубровин B.C. Управляемый генератор, заявл. 31.08.2012, опубл. 10.02.2014. Бюл. №4.3. RF patent No. 2506692, H03B 27/00. Dubrovin B.C. Managed Generator 08/31/2012, publ. 02/10/2014. Bull. Number 4.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014131562/08A RU2551824C1 (en) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Controlled quadrature signal generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014131562/08A RU2551824C1 (en) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Controlled quadrature signal generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2551824C1 true RU2551824C1 (en) | 2015-05-27 |
Family
ID=53294618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014131562/08A RU2551824C1 (en) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Controlled quadrature signal generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2551824C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1084941A1 (en) * | 1981-09-11 | 1984-04-07 | Кировский Политехнический Институт | Two-phase harmonic signal generator |
SU1107263A1 (en) * | 1982-10-14 | 1984-08-07 | Предприятие П/Я В-8670 | Quadrature oscillator |
WO1997029545A1 (en) * | 1996-02-06 | 1997-08-14 | Analog Devices | Quadrature oscillator having amplitude control means based on a trigonometric identity |
WO2003069769A2 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | Radiodetection Limited | Digital phase-quadrature oscillator |
RU104402U1 (en) * | 2011-01-12 | 2011-05-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "Саранский Дом науки и техники РСНИИОО") | FUNCTIONAL GENERATOR |
RU2506692C1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-02-10 | Виктор Степанович Дубровин | Controlled generator |
-
2014
- 2014-07-29 RU RU2014131562/08A patent/RU2551824C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1084941A1 (en) * | 1981-09-11 | 1984-04-07 | Кировский Политехнический Институт | Two-phase harmonic signal generator |
SU1107263A1 (en) * | 1982-10-14 | 1984-08-07 | Предприятие П/Я В-8670 | Quadrature oscillator |
WO1997029545A1 (en) * | 1996-02-06 | 1997-08-14 | Analog Devices | Quadrature oscillator having amplitude control means based on a trigonometric identity |
WO2003069769A2 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | Radiodetection Limited | Digital phase-quadrature oscillator |
RU104402U1 (en) * | 2011-01-12 | 2011-05-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "Саранский Дом науки и техники РСНИИОО") | FUNCTIONAL GENERATOR |
RU2506692C1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-02-10 | Виктор Степанович Дубровин | Controlled generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2506692C1 (en) | Controlled generator | |
US5185585A (en) | Crystal oscillator and method with amplitude and phase control | |
RU2551824C1 (en) | Controlled quadrature signal generator | |
Sumathi et al. | Phase locking scheme based on look-up-table-assisted sliding discrete Fourier transform for low-frequency power and acoustic signals | |
RU2565362C1 (en) | Controllable quadrature signal generator | |
RU2715799C1 (en) | Method for determining boundaries of operating range of classic phase-locked loop systems and device for implementation thereof | |
RU2625557C1 (en) | Method for determining borders of operating range of impulse generator of phase synchronisation systems and device for its implementation | |
RU2453988C1 (en) | Frequency subtractor | |
RU2625047C1 (en) | Method for forming periodic bipolar oscillations with assigned phase shift and device for its realisation | |
US6208153B1 (en) | System for fast piezoelectric-resonator parameter measurements | |
CN208257788U (en) | A kind of high frequency resolution pulse digit generating system | |
RU2707394C2 (en) | Generator | |
RU124461U1 (en) | Coherent Signal Detector with 180 ° Phase Manipulation | |
RU171585U1 (en) | Digital Range Recorder | |
JP2018531373A (en) | Method for generating a composite period output signal | |
JP2018531373A6 (en) | Method for generating a composite period output signal | |
Elton | Analyzation of the resistor-inductor-capacitor circuit | |
RU2523219C2 (en) | Method of determining operation parameters of digital communication system and device for method implementation | |
RU2312368C2 (en) | Method of measuring quality factor of resonator | |
RU2577828C1 (en) | Method of measuring phase shift of low frequency filter synchronous detector | |
CN102843114B (en) | The zero phase-shift RC low pass filter that bandwidth is adjustable | |
RU2665219C1 (en) | Differential measuring transducer | |
CN213367745U (en) | Fundamental wave synchronous measurement circuit | |
RU2724795C1 (en) | Excitation circuit of frequency sensor | |
RU2309413C2 (en) | Device for measuring carrier frequency of radio signals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160730 |