RU2577205C1 - Формирователь гармонического сигнала - Google Patents
Формирователь гармонического сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577205C1 RU2577205C1 RU2015100298/08A RU2015100298A RU2577205C1 RU 2577205 C1 RU2577205 C1 RU 2577205C1 RU 2015100298/08 A RU2015100298/08 A RU 2015100298/08A RU 2015100298 A RU2015100298 A RU 2015100298A RU 2577205 C1 RU2577205 C1 RU 2577205C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- harmonic signal
- adder
- multiplier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в системах автоматического управления, в измерительных устройствах, в управляемых фазовращателях, а также при построении многофазных генераторов. Достигаемый технический результат - получение на выходе гармонического сигнала при повышении метрологических характеристик при подаче на вход сигнала треугольной формы, частота которого изменяется в широком диапазоне. Формирователь гармонического сигнала содержит первый 1 и второй 2 квадраторы, сумматор 3 , перемножитель 4, блок формирования управляющих импульсов, источник опорного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в системах автоматического управления, в измерительных устройствах, в управляемых фазовращателях, а также при построении многофазных генераторов.
Известно устройство (синусный преобразователь) [Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982, рис. 11.26], работающее на принципе кусочной аппроксимации и позволяющее получить квазисинусоидальное напряжение из треугольного сигнала.
К недостаткам устройства следует отнести: 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].
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является принятый за прототип управляемый генератор [пат. RU №2506692, МПК7 H03B 27/00. Управляемый генератор / Дубровин B.C., заявитель и патентообладатель Дубровин Виктор Степанович. - №2012137334/08; заявл. 31.08.12; опубл. 10.02.14, Бюл. №4], который содержит два перемножителя, два интегратора, релейный элемент, сумматор и блок управления, при этом выход первого интегратора соединен с первым входом второго перемножителя, входом релейного элемента, первым входом блока управления и первым выходом управляемого генератора, выход второго интегратора соединен со вторым выходом управляемого генератора, вторым входом блока управления и вторым входом сумматора, к выходу которого подключен первый вход первого перемножителя, второй вход которого соединен с управляющей шиной управляемого генератора, и вторым входом второго перемножителя, причем выходы первого и второго перемножителей соединены соответственно с входами первого и второго интеграторов, третий и четвертый входы блока управления соединены соответственно с выходом релейного элемента и шиной опорного напряжения, а выход блока управления соединен с первым входом сумматора.
Блок управления выполнен из трех квадраторов, сумматора, умножителя, ограничителя и инвертора, при этом первый, второй и третий входы сумматора соединены соответственно с выходами первого, второго квадраторов и с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом третьего квадратора, причем первый, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с входами первого, второго и третьего квадраторов, четвертый вход блока управления соединен со вторым входом перемножителя, первый вход которого соединен с выходом сумматора, между выходом которого и выходом блока управления включен ограничитель.
Устройство предназначено для формирования квадратурных гармонических сигналов.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства и получение на его выходе гармонического сигнала с высокими метрологическими характеристиками при подаче на вход сигнала треугольной формы, частота которого изменяется в широком диапазоне.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет введения блока формирования управляющих импульсов и источника опорного напряжения, а также организации новых связей между элементами, что позволило получить на его выходе гармонический сигнал с высокими метрологическими характеристиками при подаче на вход сигнала треугольной формы, частота которого изменяется в широком диапазоне.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в формирователь гармонического сигнала, содержащий первый и второй квадраторы, сумматор и перемножитель, выход которого соединен с выходной шиной формирователя гармонического сигнала, между входной шиной которого и первым входом сумматора включен первый квадратор, при этом выход второго квадратора соединен со вторым входом сумматора, к выходу которого подключен первый вход перемножителя, дополнительно введены блок формирования управляющих импульсов и источник опорного напряжения, плюсовой зажим которого соединен с общей шиной, а минусовой подключен к третьему входу сумматора, причем блок формирования управляющих импульсов включен между управляющей шиной формирователя гармонического сигнала и вторым входом перемножителя, а выход первого квадратора соединен с входом второго квадратора.
Блок формирования управляющих импульсов может быть выполнен из последовательно соединенных дифференцирующего устройства и усилителя-ограничителя, при этом вход и выход блока формирования управляющих импульсов соединены с входом дифференцирующего устройства и выходом усилителя-ограничителя.
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, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».
Введение в предлагаемое устройство блока формирования управляющих импульсов и источника опорного напряжения, а также организация новых связей между элементами позволило получить на его выходе гармонический сигнал с высокими метрологическими характеристиками при подаче на вход сигнала треугольной формы, частота которого изменяется в широком диапазоне.
Изобретение поясняется структурной схемой формирователя гармонических сигналов (фиг. 1) и графиками (фиг. 2 - фиг. 4), поясняющими принцип работы формирователя гармонических сигналов.
Формирователь гармонического сигнала (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 квадраторы, сумматор 3, перемножитель 4, блок формирования управляющих импульсов 5 и источник опорного напряжения 6, плюсовой зажим которого соединен с общей шиной, а минусовой подключен к третьему входу сумматора 3, к выходу которого подключен первый вход перемножителя 4, выход которого соединен с выходной шиной формирователя гармонического сигнала, между управляющей шиной которого и вторым входом перемножителя включен блок формирования управляющих импульсов 5, при этом первый и второй входы сумматора 3 соединены с выходами соответственно первого 1 и второго 2 квадраторов, причем первый квадратор 1 включен между управляющей шиной формирователя гармонического сигнала и входом второго квадратора 2.
Блок формирования управляющих импульсов 5 может быть выполнен из последовательно соединенных дифференцирующего устройства 7 и усилителя-ограничителя 8, при этом вход и выход блока формирования управляющих импульсов 5 соединены с входом дифференцирующего устройства 7 и выходом усилителя-ограничителя 8.
Формирователь гармонического сигнала работает следующим образом.
На входную шину (фиг. 1) поступает (фиг. 2) линейно-изменяющийся сигнал S(t) с амплитудным значением A, частота f0 и период T0 повторения которого связаны следующим соотношением f0=1/T0.
Для нахождения аналитических выражений сигнала S(t) используем общее выражение для прямой y=kx+b, проходящей через две точки с координатами (х1,y1) и (х2,y2)
где x - текущее значение угла в радианах.
Подставив в (1) координаты двух граничных точек [x1=0, y1=-A; х2=π, y2=А] для первого участка сигнала S(t), получим
Подставив в (1) координаты двух других граничных точек [х1=π, y1=A; х2=2π, y2=-A] для второго участка сигнала S(t), получим
Для упрощения рассуждений примем, что амплитудные значения сигнала S(t) равны нормированному значению A=A*=1.
В этом случае
Рассмотрим работу формирователя гармонического сигнала на первом участке при x∈[π;2π]. На выходе первого 1 и второго 2 квадраторов формируются (фиг. 2) соответствующие сигналы
Сумматор 3 является инвертирующим, поэтому на его выходе будет сформирован сигнал
где k11, k12 и k13 - коэффициенты передачи сумматора 3 по соответствующим входам, Е0 - величина опорного напряжения источника 6.
Виртуальные сигналы L1(t)=-[k11·V1(t)] и L2(t)=[k12·V2(t)] изображены на фиг. 3,б. В результате суммирования трех сигналов на выходе сумматора 3 формируется (фиг. 3,в) однополярный сигнал M(t), практически совпадающий по форме с гармоническим сигналом.
При k13=1, Е0=1 и с учетом (5) получим
При x=0 и x=π (фиг. 2)
Из уравнения (7) найдем зависимость между коэффициентами k11 и k12
Подставив значение коэффициента k12 из (8) в уравнение (6`), получим
Максимальное (экстремальное) значение Mmax будет (фиг. 3,в) при x=π/2
Формирование прямоугольных биполярных импульсов (фиг. 3) происходит следующим образом.
При поступлении на вход дифференцирующего устройства 7 сигнала треугольной формы S(t) на его выходе формируется (фиг. 3,г) биполярный сигнал прямоугольной формы D(t), амплитудные значения которого Dm будут изменяться с изменением частоты f0.
Поскольку текущее значение угла x=ωt=2π·f0·t, то
где τ - постоянная времени дифференцирующего устройства.
При изменении частоты f0 входного сигнала S(t) в широких пределах (например, в пределах одной декады) амплитудные значения Dm сигнала D(t) также будут изменяться в десять раз. Для исключения подобного явления на выходе дифференцирующего устройства 7 включен усилитель-ограничитель 8, который из сигнала D(t) с изменяющейся амплитудой Dm формирует (фиг. 3, д) биполярный управляющий сигнал прямоугольной формы с постоянными значениями амплитуды, равными нормированному значению EУm=±1.
Формирование гармонического сигнала N(t) происходит с помощью фазового модулятора, выполненного из перемножителя 4, на первый вход которого поступает (фиг. 3,в) однополярный сигнал M(t), а на другой - управляющий сигнал EУ(t) с выхода формирователя 5 (фиг. 3,д).
Для оценки погрешности ε(x) найдем разность между сигналом M(x) и М0(x) для идеальной синусоиды
причем, как следует из (9), величина погрешности будет зависеть от значения коэффициента k11. Минимизация ошибки ε(x) происходит при значении коэффициента k11≈1,2232, при этом коэффициент k12≈0,2232. При нормированном значении амплитуды A*, равном одному вольту (фиг. 4,а), максимальное значение величины погрешности (фиг. 4,б) примерно равно одному милливольту. Таким образом, на выходе перемножителя 4 формируется гармонический сигнал N(t), коэффициент искажения которого не превышает 0,072% при оптимальных значениях коэффициентов k11opt=1,2232 и k12opt=0,2232. Оптимизация коэффициентов и измерение нелинейных искажений производились с помощью блока (THD-Total harmonic distortion) программы PSIM 9.
Использование предлагаемого изобретения позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на его выходе гармонический сигнал с высокими метрологическими характеристиками, при подаче на вход сигнала треугольной формы, амплитуда и частота которого изменяются в широком диапазоне.
Claims (2)
1. Формирователь гармонического сигнала, содержащий первый и второй квадраторы, сумматор и перемножитель, выход которого соединен с выходной шиной формирователя гармонического сигнала, между входной шиной которого и первым входом сумматора включен первый квадратор, при этом выход второго квадратора соединен со вторым входом сумматора, к выходу которого подключен первый вход перемножителя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок формирования управляющих импульсов и источник опорного напряжения, плюсовой зажим которого соединен с общей шиной, а минусовой подключен к третьему входу сумматора, при этом блок формирования управляющих импульсов включен между управляющей шиной формирователя гармонического сигнала и вторым входом перемножителя, а выход первого квадратора соединен с входом второго квадратора.
2. Формирователь гармонического сигнала по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования управляющих импульсов выполнен из последовательно соединенных дифференцирующего устройства и усилителя-ограничителя, при этом вход и выход блока формирования управляющих импульсов соединены с входом дифференцирующего устройства и выходом усилителя-ограничителя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100298/08A RU2577205C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Формирователь гармонического сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100298/08A RU2577205C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Формирователь гармонического сигнала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2577205C1 true RU2577205C1 (ru) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015100298/08A RU2577205C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Формирователь гармонического сигнала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577205C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1560335A2 (en) * | 2004-01-07 | 2005-08-03 | Mercury Computer Systems, Inc. | Wideband signal generators, measurement devices, methods of signal generation, and methods of signal analysis. |
| RU104402U1 (ru) * | 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") | Функциональный генератор |
| RU2506692C1 (ru) * | 2012-08-31 | 2014-02-10 | Виктор Степанович Дубровин | Управляемый генератор |
| RU2536387C1 (ru) * | 2013-11-12 | 2014-12-20 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" | Формирователь сигнала треугольной формы |
-
2015
- 2015-01-12 RU RU2015100298/08A patent/RU2577205C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1560335A2 (en) * | 2004-01-07 | 2005-08-03 | Mercury Computer Systems, Inc. | Wideband signal generators, measurement devices, methods of signal generation, and methods of signal analysis. |
| RU104402U1 (ru) * | 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") | Функциональный генератор |
| RU2506692C1 (ru) * | 2012-08-31 | 2014-02-10 | Виктор Степанович Дубровин | Управляемый генератор |
| RU2536387C1 (ru) * | 2013-11-12 | 2014-12-20 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" | Формирователь сигнала треугольной формы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU104402U1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU2534939C1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU2622866C1 (ru) | Формирователь сигнала треугольной формы | |
| RU2577205C1 (ru) | Формирователь гармонического сигнала | |
| RU108247U1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU2536387C1 (ru) | Формирователь сигнала треугольной формы | |
| RU2582557C1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU196044U1 (ru) | Устройство сдвига фазы на 90 градусов | |
| RU2625555C1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU2582556C1 (ru) | Функциональный генератор квадратурных сигналов | |
| RU2555241C1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU2559722C1 (ru) | Преобразователь период-напряжение | |
| RU2568771C1 (ru) | Фазовращатель сигнала треугольной формы | |
| RU2534376C2 (ru) | Способ определения начальной фазы колебания гармоники несинусоидального периодического электрического сигнала | |
| RU215241U1 (ru) | Формирователь сигнала треугольной формы | |
| RU211821U1 (ru) | Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
| RU168550U1 (ru) | Устройство сдвига фазы на 90 градусов | |
| RU104799U1 (ru) | Управляемый генератор | |
| RU206323U1 (ru) | Делитель частоты гармонического сигнала | |
| RU108248U1 (ru) | Формирователь гармонического сигнала | |
| RU2628434C1 (ru) | Формирователь сигнала треугольной формы | |
| RU215007U1 (ru) | Преобразователь активной мощности в напряжение постоянного тока | |
| RU2554571C1 (ru) | Функциональный генератор | |
| RU155713U1 (ru) | Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения | |
| Joyci et al. | Low Cost High Frequency Function Generator with Variable Power Supply For Academic Purpose |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170113 |