RU2582557C1 - Function generator - Google Patents
Function generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2582557C1 RU2582557C1 RU2015102007/08A RU2015102007A RU2582557C1 RU 2582557 C1 RU2582557 C1 RU 2582557C1 RU 2015102007/08 A RU2015102007/08 A RU 2015102007/08A RU 2015102007 A RU2015102007 A RU 2015102007A RU 2582557 C1 RU2582557 C1 RU 2582557C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- multiplier
- adder
- operational amplifier
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B27/00—Generation of oscillations providing a plurality of outputs of the same frequency but differing in phase, other than merely two anti-phase outputs
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в измерительной технике и автоматике.The invention relates to the field of electronics and can be used in measuring equipment 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. - The radio world. 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, to the inputs of the first and second half-wave rectifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, to the output which is connected to the shaper of bipolar rectangular pulses, while the first, second and third outputs of the functional generator are connected, respectively, with the first output of the source and quadrature signals output from the adder and the output of the bipolar rectangular pulses.
Синтезированный сигнал треугольной формы имеет S-образные характеристики как на участке прямого хода (линейно-нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно-спадающее напряжение) и имеет весьма низкую линейность [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. Следует также учитывать, что для формирования «квазилинейного» сигнала треугольной формы требуются квадратурные гармонические сигналы, что в условиях перестройки частоты в широких пределах также вызывает определенные трудности.The synthesized signal of a triangular shape has S-shaped characteristics both in the forward stroke section (linearly increasing voltage) and in the reverse stroke section (linearly decreasing voltage) and has a very low linearity [Lozitsky S. Circuit CAD systems: possibilities and problems of efficient use . Circuitry, 2007, No. 3, p. 38-40], which significantly narrows the scope of the practical application of the scheme. 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. It should also be borne in mind that the formation of a “quasilinear” signal of a triangular shape requires quadrature harmonic signals, which, under conditions of frequency tuning over a wide range, also causes certain difficulties.
Известно устройство [Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. - М.: Мир, 1982, с. 307, рис. 18.25], содержащее генератор сигналов треугольной формы, первый выход которого подключен к выходному зажиму релейной функции, а второй выход - к выходному зажиму линейной функции и к входу функционального преобразователя, выход которого соединен с выходным зажимом синусоидальной функции. В современных функциональных генераторах для формирования гармонического сигнала из сигнала треугольной формы наибольшее распространение получили диодные функциональные преобразователи, а также преобразователи с использованием ВАХ полевых транзисторов, в основе которых лежит принцип кусочно-линейной либо кусочно-нелинейной аппроксимации напряжения синусоидальной формы. Однако весь спектр основных требований (малый коэффициент гармоник, отсутствие постоянной составляющей в сигнале синусоидальной формы, широкий диапазон рабочих частот, низкая точность воспроизведения функции синуса при изменении температуры и питающих напряжений и т.д.) достаточно сложно обеспечить при использовании подобных функциональных преобразователей [Дубровин В.С., Никулин В.В. Способ построения управляемых функциональных генераторов. T-comm, 2013, с. 22].A device is known [Titz U., Schenk K. Semiconductor circuitry: a reference guide. - M .: Mir, 1982, p. 307, fig. 18.25], containing a triangular waveform generator, the first output of which is connected to the output terminal of the relay function, and the second output is connected to the output terminal of the linear function and to the input of the functional converter, the output of which is connected to the output terminal of the sinusoidal function. In modern functional generators for generating a harmonic signal from a triangular waveform, the most widely used are diode functional converters, as well as converters using the I – V characteristics of field-effect transistors, which are based on the principle of piecewise-linear or piecewise-nonlinear approximation of voltage of a sinusoidal shape. However, the whole range of basic requirements (low harmonic coefficient, the absence of a constant component in the sine wave signal, a wide range of operating frequencies, low accuracy of reproduction of the sine function when the temperature and supply voltages change, etc.) is quite difficult to ensure when using such functional converters [Dubrovin V.S., Nikulin V.V. A method of constructing controlled functional generators. T-comm, 2013, p. 22].
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является принятый за прототип управляемый генератор [Пат. №2506692, Российская Федерация, МПК7 Н03В 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.The closest device to the claimed invention for the combination of essential features is taken as a prototype controlled generator [US Pat. No. 2506692, Russian Federation, IPC 7 Н03В 27/00. Managed Generator / Dubrovin BC, Applicant and Patent Holder Dubrovin Viktor Stepanovich. - No. 2012137334/08; declared 08/31/12; publ. 02/10/14, bull. No. 4], which contains two multipliers, two integrators, a relay element, an adder and a control unit, while the output of the first integrator is connected to the first input of the second multiplier, the input of the relay element, the first input of the control unit and the first output of the controlled generator, the output of the second integrator is connected with the second output of the controlled generator, the second input of the control unit and the second input of the adder, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, the second input of which is connected to the control bus the inventive generator and the second input of the second multiplier, the outputs of the first and second multipliers being connected respectively to the inputs of the first and second integrators, the third and fourth inputs of the control unit are connected, respectively, to the output of the relay element and the reference voltage bus, and the output of the control unit is connected to the first input of the adder.
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.The control unit is made of three quadrators, an adder, a multiplier, a limiter and an inverter, while the first, second and third inputs of the adder are connected, respectively, to the outputs of the first, second quadrators and to the inverter output, the input of which is connected to the output of the third quadrator, the first one the second and third inputs of the control unit are connected, respectively, with the inputs of the first, second and third quadrators, the fourth input of the control unit is connected to the second input of the multiplier, the first input of which is connected to the output of the adder, between the output of which and the output of the control unit a limiter is connected.
Устройство предназначено для формирования квадратурных гармонических сигналов.The device is designed to generate quadrature harmonic signals.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства и получение на его выходах квадратурных гармонических сигналов, а также биполярных сигналов прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.The problem to which the invention is directed is to expand the functionality of the device and to obtain quadrature harmonic signals, as well as rectangular and triangular bipolar signals with high metrological characteristics when the frequency changes over a wide range, at its outputs.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет введения фазового фильтра и организации новых связей между элементами, что позволило получить на его выходах квадратурные гармонические сигналы, а также биполярные сигналы прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.The technical result achieved by the implementation of the invention is to expand the functionality of the proposed device by introducing a phase filter and organizing new connections between the elements, which made it possible to obtain quadrature harmonic signals at its outputs, as well as rectangular and triangular bipolar signals with high metrological characteristics at change in frequency over a wide range.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий первый и второй сумматоры, релейный элемент, первый и второй перемножители, интегратор, первый и второй квадраторы, при этом выход интегратора соединен с первым входом первого сумматора и входом первого квадратора, к выходу которого подключен первый вход второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, второй вход которого подключен к выходу релейного элемента, причем выход первого перемножителя соединен с входом интегратора, выход второго квадратора соединен со вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с шиной опорного напряжения, управляющая шина функционального генератора соединена со вторым входом первого перемножителя, а первый, второй и третий выходы функционального генератора подключены к выходам, соответственно, интегратора, релейного элемента и второго перемножителя, дополнительно введен фазовый фильтр, выполненный из первого и второго операционных усилителей, третьего перемножителя, конденсатора, двуханодного стабилитрона, первого, второго, третьего, четвертого и пятого резисторов, при этом конденсатор включен между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, параллельно соединенные двуханодный стабилитрон и первый резистор включены между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, второй резистор включен между инвертирующим входом первого операционного усилителя и первым входом фазового фильтра, второй вход которого соединен со вторым входом третьего перемножителя, между выходом которого и инвертирующим входом первого операционного усилителя включен третий резистор, четвертый резистор включен между первым входом фазового фильтра и инвертирующим входом второго операционного усилителя, пятый резистор включен между инвертирующим входом второго операционного усилителя и выходом третьего перемножителя, первый вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, а шина управления соединена со вторым входом фазового фильтра, выход которого соединен с выходом второго операционного усилителя и четвертым выходом функционального генератора, третий выход которого соединен с первым входом фазового фильтра, причем релейный элемент включен между выходом первого сумматора и первым входом первого перемножителя, вход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а к выходу первого квадратора подключен вход второго квадратора.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a functional generator containing the first and second adders, a relay element, the first and second multipliers, an integrator, the first and second quadrators, the output of the integrator is connected to the first input of the first adder and the input of the first quadrator, the output of which is connected to the first input of the second adder, the output of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of which is connected to the output of the relay element, the output of the first the multiplier is connected to the input of the integrator, the output of the second quadrator is connected to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the reference voltage bus, the control bus of the functional generator is connected to the second input of the first multiplier, and the first, second and third outputs of the functional generator are connected to the outputs, respectively , an integrator, a relay element and a second multiplier, an additional phase filter is introduced, made of the first and second operational amplifiers, the third multiply spruce, capacitor, two-anode zener diode, first, second, third, fourth and fifth resistors, the capacitor being connected between the inverting input and the output of the first operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to a common bus, the two-anode zener diode and the first resistor are connected in parallel between the inverting input and the output of the second operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to a common bus, a second resistor is connected between the inverting input of the first operational amplifier the first input of the phase filter, the second input of which is connected to the second input of the third multiplier, between the output of which and the inverting input of the first operational amplifier, the third resistor is turned on, the fourth resistor is connected between the first input of the phase filter and the inverting input of the second operational amplifier, the fifth resistor is connected between the inverting the input of the second operational amplifier and the output of the third multiplier, the first input of which is connected to the output of the first operational amplifier, and the control bus The connection is connected to the second input of the phase filter, the output of which is connected to the output of the second operational amplifier and the fourth output of the functional generator, the third output of which is connected to the first input of the phase filter, and the relay element is connected between the output of the first adder and the first input of the first multiplier, the input of which is connected to the second input of the first adder, and the input of the second quadrator is connected to the output of the first quad.
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».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 предлагаемое устройство фазового фильтра, а также организация новых связей между элементами позволило получить на его выходах квадратурные гармонические сигналы, а также биполярные сигналы прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.The introduction of the phase filter into the proposed device, as well as the organization of new connections between the elements, made it possible to obtain quadrature harmonic signals at its outputs, as well as rectangular and triangular bipolar signals with high metrological characteristics when the frequency changes over a wide range.
Изобретение поясняется структурной схемой функционального генератора (фиг. 1) и графиками (фиг. 2 - фиг. 4), поясняющими принцип работы функционального генератора.The invention is illustrated by the structural diagram of the functional generator (Fig. 1) and graphs (Fig. 2 - Fig. 4), explaining the principle of operation of the functional generator.
Функциональный генератор (фиг. 1) содержит два сумматора (1, 2), релейный элемент 3, два перемножителя (4, 5), интегратор 6, два квадратора (7, 8) и фазовый фильтр 9, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходом второго перемножителя 5 и входной шиной функционального генератора, при этом релейный элемент 3 включен между выходом первого сумматора 1 и первым входом первого перемножителя 2, к выходу которого подключен вход интегратора 6, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 1 и входом первого квадратора 7, между выходом которого и вторым входом второго сумматора 2 включен второй квадратор 8, вход которого соединен с первым входом второго сумматора 2, третий вход которого соединен с шиной опорного напряжения, а выход - с первым входом второго перемножителя 5, второй вход которого подключен к выходу релейного элемента 3, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 1, причем первый, второй, третий и четвертый выходы функционального генератора соединены с выходами, соответственно, интегратора 6, релейного элемента 3, второго перемножителя 2 и фазового фильтра 9, а второй вход первого перемножителя 2 соединен с входной шиной функционального генератора.The functional generator (Fig. 1) contains two adders (1, 2), a
Фазовый фильтр 9 выполнен из первого 10 и второго 11 операционных усилителей, третьего перемножителя 12, конденсатора 13, двуханодного стабилитрона 14, первого 15, второго 16, третьего 17, четвертого 18 и пятого 19 резисторов, при этом конденсатор 13 включен между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя 10, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, параллельно соединенные двуханодный стабилитрон 14 и первый резистор 15 включены между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя 11, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, второй резистор 16 включен между инвертирующим входом первого операционного усилителя 10 и первым входом фазового фильтра 9, второй вход которого соединен со вторым входом третьего перемножителя 12, между выходом которого и инвертирующим входом первого операционного усилителя 10 включен третий резистор 17, четвертый резистор 18 включен между первым входом фазового фильтра 9 и инвертирующим входом второго операционного усилителя 11, пятый резистор 19 включен между инвертирующим входом второго операционного усилителя 11 и выходом третьего перемножителя 12, первый вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя 10, а шина управления соединена со вторым входом фазового фильтра 9, выход которого соединен с выходом второго операционного усилителя 11 и четвертым выходом функционального генератора, третий выход которого соединен с первым входом фазового фильтра 9, причем релейный элемент 3 включен между выходом первого сумматора 1 и первым входом первого перемножителя 2, вход которого соединен со вторым входом первого сумматора 1, а к выходу первого квадратора 7 подключен вход второго квадратора 8.The
Функциональный генератор работает следующим образом.Functional generator operates as follows.
Сумматор 1, релейный элемент 3, перемножитель 4 и интегратор 6, замкнутые в кольцо, образуют релаксационный управляемый генератор (фиг. 1).The
Перемножитель 4 и инвертирующий интегратор 6 образуют управляемый интегратор, передаточная функция которого (в изображениях по Лапласу)The
где s - комплексная переменная; ЕУ - управляющее напряжение; τ - постоянная времени интегратора 6; m1 - масштабный коэффициент перемножителя 1; τУ=τ/ЕУ - управляемая постоянная времени.where s is a complex variable; E U - control voltage; τ is the time constant of the
В установившемся режиме (фиг. 2) на выходе инвертирующего релейного элемента формируется (фиг. 2а) биполярный сигнал прямоугольной формы D(t), который поступает на вход управляемого интегратора, на выходе которого формируется (фиг. 2б) сигнал треугольной формы L(t).In the steady state (Fig. 2), the output of the inverting relay element generates (Fig. 2a) a rectangular bipolar signal D (t), which is fed to the input of a controlled integrator, the output of which (Fig. 2b) forms a triangular signal L (t )
В результате суммирования двух сигналов D(t) и L(t) на выходе инвертирующего сумматора 1 формируется (фиг. 2в) сигналAs a result of summing the two signals D (t) and L (t) at the output of the inverting
где k11 и k12 - коэффициенты передачи сумматора 1 по соответствующим входам.where k 11 and k 12 are the transfer coefficients of the
При k11=k12=1 выходной сигнал, поступающий на вход релейного элемента 3, будет равен S1(t)=L(t)+D(t).When k 11 = k 12 = 1, the output signal input to the
Уровни ограничения релейного элемента 3 определяют (фиг. 2а) амплитудные значения ±Dm формируемого сигнала D(t), поступающего на второй выход функционального генератора, на первый выход которого подается сигнал треугольной формы L(t) с выхода интегратора 6.The restriction levels of the
Частота f формируемых сигналов треугольной и прямоугольной формы определяется следующим выражением, откуда следует, что частота f формируемых сигналов будет линейно зависеть от изменения управляющего напряжения ЕУ.The frequency f of the generated signals of triangular and rectangular shape is determined by the following expression, whence it follows that the frequency f of the generated signals will linearly depend on the change in the control voltage E U.
Квадраторы 7 и 8, сумматор 2 и перемножитель 5 образуют (фиг. 1) формирователь гармонического сигнала, на вход которого поступает с выхода интегратора 6 сигнал треугольной формы L(t).
Для нахождения аналитических выражений сигнала L(t) используем (фиг. 2б) общее выражение для прямой y=kx+b, проходящей через две точки с координатами (x1, y1) и (х2, y2),To find the analytical expressions of the signal L (t), we use (Fig. 2b) the general expression for the line y = kx + b passing through two points with coordinates (x 1 , y 1 ) and (x 2 , y 2 ),
где х - текущее значение угла в радианах.where x is the current value of the angle in radians.
Подставив в (3) координаты двух граничных точек [х1=0, y1=0; х2=π/2, y2=-Lm] для первого участка сигнала L(t), получимSubstituting in (3) the coordinates of the two boundary points [x 1 = 0, y 1 = 0; x 2 = π / 2, y 2 = -L m ] for the first section of the signal L (t), we obtain
Подставив в (3) координаты двух других граничных точек [x1=π/2, y1=-Lm; х2=π, y2=0] для второго участка сигнала L(t), получимSubstituting in (3) the coordinates of two other boundary points [x 1 = π / 2, y 1 = -L m ; x 2 = π, y 2 = 0] for the second section of the signal L (t), we obtain
Для упрощения рассуждений примем, что амплитудные значения сигнала L(t) равны нормированному значению Lm=А*=1. В этом случаеTo simplify the argument, we assume that the amplitude values of the signal L (t) are equal to the normalized value L m = A * = 1. In this case
Рассмотрим работу формирователя гармонического сигнала на первом участке при х∈[0;π/2]. На выходе первого 7 и второго 8 квадраторов формируются (фиг. 3г) соответствующие сигналыConsider the operation of the harmonic signal former in the first section at x∈ [0; π / 2]. At the output of the first 7 and second 8 quadrators, corresponding signals are generated (Fig. 3d)
Сумматор 2 является инвертирующим, поэтому на его выходе будет сформирован сигналThe
где k21, k22 и k23 - коэффициенты передачи сумматора 2 по соответствующим входам, E0 - величина опорного напряжения.where k 21 , k 22 and k 23 are the transfer coefficients of the
При k23=1 представим выражение (8) в следующем видеFor k 23 = 1, we represent expression (8) in the following form
где Vl(х)=k21·F1(х), V2(х)=k22·F2(х) - виртуальные сигналы (фиг. 3б), из которых формируется сигнал S2(x) на выходе сумматора 2.where V l (x) = k 21 · F 1 (x), V 2 (x) = k 22 · F 2 (x) are virtual signals (Fig. 3b), from which the signal S 2 (x) is generated at the
При Е0=1 и с учетом (7) получимWhen E 0 = 1 and taking into account (7) we obtain
При x=π/2 (фиг. 3б)For x = π / 2 (Fig. 3b)
Из уравнения (11) найдем зависимость между коэффициентами k21 и k22 From equation (11) we find the relationship between the coefficients k 21 and k 22
Подставив значение коэффициента k22 из уравнения (12) в уравнение (10), получимSubstituting the value of the coefficient k 22 from equation (12) into equation (10), we obtain
Максимальное (экстремальное) значение S2max будет (фиг. 3в) при х=0The maximum (extreme) value of S 2max will be (Fig. 3c) at x = 0
Аналогичные результаты могут быть получены и для второго участка, при этом S2max=S2(π)=1.Similar results can be obtained for the second section, with S 2max = S 2 (π) = 1.
Анализ кривой S2(x) показывает, что сигнал по форме близок к косинусоиде, поэтому для оценки погрешности ε(х) найдем разность между сигналом S2(x) и S0(x) для идеальной косинусоидыAnalysis of the curve S 2 (x) shows that the signal is close in form to a cosine wave, therefore, to estimate the error ε (x), we find the difference between the signal S 2 (x) and S 0 (x) for an ideal cosine wave
причем, как следует из (13), величина погрешности будет зависеть от значения коэффициента k21.and, as follows from (13), the error value will depend on the value of the coefficient k 21.
Минимизация ошибки ε(x) происходит при значении коэффициента k21≈1,2232, при этом коэффициент k22≈0,2232.The error ε (x) is minimized when the coefficient k 21 ≈1.2232, and the coefficient k 22 ≈0.2232.
Формирование гармонического сигнала N1(t) происходит с помощью фазового модулятора, выполненного из перемножителя 5, на первый вход которого поступает (фиг. 3в) однополярный сигнал S2(t), а на другой (фиг. 3г) - управляющий сигнал D(x) с выхода релейного элемента 3.The formation of a harmonic signal N 1 (t) occurs using a phase modulator made of a
Таким образом, на выходе перемножителя 5 формируется гармонический сигнал N1(t), коэффициент искажения которого не превышает 0,072% при оптимальных значениях коэффициентов k21opt=1,2232 и k21opt=0,2232.Thus, at the output of the
Оптимизация коэффициентов и измерение нелинейных искажений производились с помощью блока (THD-Total harmonic distortion) программы PSIM 9.The optimization of coefficients and the measurement of nonlinear distortion were performed using the block (THD-Total harmonic distortion) of the
Для получения квадратурного гармонического сигнала N2(t) используется фазовый фильтр 9, на вход которого поступает гармонический сигнал N1(t) с выхода перемножителя 5.To obtain a quadrature harmonic signal N 2 (t), a
Операционный усилитель 10, два резистора 16 и 17, а также конденсатор 13 образуют инвертирующий интегратор, выходной сигнал которогоThe
где k1(s)=1/(R2C·s)=1/(T1s) и k2(s)=1/(R3C·s)=1/(T2s) - коэффициенты передачи интегратора, соответственно, по первому и второму входам; С - величина емкости конденсатора 13; R2 и R3 - значения сопротивлений соответствующих резисторов 16 и 17; T1 и Т2 - постоянные времени.where k 1 (s) = 1 / (R 2 C s) = 1 / (T 1 s) and k 2 (s) = 1 / (R 3 C s) = 1 / (T 2 s) are the coefficients integrator transmission, respectively, on the first and second inputs; C is the value of the
Сигнал M(s) на выходе перемножителя 12The signal M (s) at the output of the
где m2 - масштабный коэффициент перемножителя 12.where m 2 is the scale factor of the
При совместном решении (15) и (16) найдем выражение для передаточной функцииWhen solving (15) and (16) together, we find the expression for the transfer function
где KФ=R3/R2 - коэффициент передачи управляемого фильтра; F where K = R 3 / R 2 - transfer coefficient of the controllable filter;
ТУ=Т2/(m2ЕУ) - управляемая постоянная времени.T U = T 2 / (m 2 E Y) - controlled time constant.
Таким образом, передаточная функция (17) описывает классический фильтр нижних частот (ФНЧ) первого порядка с управляемой постоянной времени.Thus, the transfer function (17) describes a classical first-order low-pass filter (LPF) with a controlled time constant.
Операционный усилитель 11, первый 15, четвертый 18 и пятый 19 резисторы образуют инвертирующий сумматор, на первый вход которого подается сигнал N1(s), а на второй вход - сигнал M(s). В результате суммирования сигналов на выходе операционного усилителя 11 формируется сигналThe
где k31=R1/R4 и k32=R1/R5 - коэффициенты передачи инвертирующего сумматора по первому и второму входам; R1, R4 и R5 - значения сопротивлений соответствующих резисторов 15, 18 и 19.where k 31 = R 1 / R 4 and k 32 = R 1 / R 5 are the transfer coefficients of the inverting adder along the first and second inputs; R 1 , R 4 and R 5 are the resistance values of the
Совместное решение (17) и (18) дает возможность найти передаточную функцию фазового фильтра 9, образованного ФНЧ и инвертирующим сумматором,The joint solution (17) and (18) makes it possible to find the transfer function of the
Анализ выражения (19) показывает, что при k31=1 и KФ·k32=2 передаточная функция W2(s) фазового фильтраThe analysis of expression (19) shows that for k 31 = 1 and K Ф · k 32 = 2 the transfer function W 2 (s) of the phase filter
принимает вид классического все пропускающего (фазового) фильтра первого порядка.takes the form of a classic all-pass (phase) filter of the first order.
Для реализации (20) удобно принять R2=R3, тогда KФ=1. В этом случае коэффициент передачи инвертирующего сумматора по первому входу должен быть равным двум, то есть k32=2.To implement (20), it is convenient to take R 2 = R 3 , then K Ф = 1. In this case, the transfer coefficient of the inverting adder at the first input should be equal to two, that is, k 32 = 2.
Подставив значение комплексной переменной s=jω в уравнение (20), найдем комплексную частотную функцию (КЧФ) фазового фильтраSubstituting the value of the complex variable s = jω into equation (20), we find the complex frequency function (CFR) of the phase filter
Модуль КЧФ не зависит от частоты и равен единицеThe KChF module does not depend on frequency and is equal to unity
а аргументand the argument
Для получения квадратурных гармонических колебаний N1(t) и N2(t) во всем диапазоне рабочих частот от fmin до fmax необходимо обеспечить для сигнала N2(t) стабильный фазовый сдвиг ψ2(ω)=-90°=-π/2.To obtain quadrature harmonic oscillations N 1 (t) and N 2 (t) in the entire range of operating frequencies from f min to f max, it is necessary to ensure a stable phase shift ψ 2 (ω) = - 90 ° = - for the signal N 2 (t) π / 2.
После подстановки значения ψ2(ω)=-π/2 в (23) и в результате элементарных преобразований, получимAfter substituting the values ψ 2 (ω) = - π / 2 in (23) and as a result of elementary transformations, we obtain
где TУ - управляемая постоянная времени фазового фильтра 9.where T Y is the controlled time constant of the
Значение tg(π/4)=1, поэтому перепишем формулу (24)The value of tg (π / 4) = 1; therefore, we rewrite formula (24)
Частота f формируемых сигналов линейно зависит (формула 2) от изменения управляющего напряженияThe frequency f of the generated signals linearly depends (formula 2) on the change in the control voltage
где Kf - коэффициент пропорциональности.where K f is the coefficient of proportionality.
Подставив значение f из (26) в (25), получимSubstituting the value of f from (26) into (25), we obtain
Таким образом, при изменении частоты f фазовый сдвиг ψ2(ω) между сигналами N2(t) и N1(t) будет оставаться постоянным и равным 90 электрическим градусам.Thus, when the frequency f changes, the phase shift ψ 2 (ω) between the signals N 2 (t) and N 1 (t) will remain constant and equal to 90 electrical degrees.
Значение постоянной времени Т2 выбирается из условияThe value of the time constant T 2 is selected from the condition
При скачкообразном изменении управляющего напряжения ЕУ на входе функционального генератора может произойти (фиг. 4в) значительный кратковременный выброс сигнала N2(t) в момент коммутации, который объясняется энергией, накопленной в конденсаторе 13 фазового фильтра. Величина этого выброса N2m (фиг. 4в) зависит от момента переключения, а также от динамического диапазона изменения управляющего напряжения ЕУmах/ЕУmin и может в несколько раз превысить амплитудное значение А самого сигнала.With an abrupt change in the control voltage E U at the input of the functional generator, a significant short-term emission of the signal N 2 (t) at the time of switching can occur (Fig. 4c), which is explained by the energy stored in the
На фиг. 4 изображены переходные процессы, происходящие в функциональном генераторе при изменении управляющего напряжения в пределах одной декады, что соответствует изменению частоты f формируемых сигналов в десять раз.In FIG. Figure 4 shows the transients occurring in a functional generator when the control voltage changes within one decade, which corresponds to a tenfold change in the frequency f of the generated signals.
Для исключения подобного эффекта в цепи обратной связи операционного усилителя 11 включен двуханодный стабилитрон 14, ограничивающий всплеск сигнала в момент коммутации на заданном уровне (фиг. 4г). Уровень ограничения выбирается из условия незначительного превышения амплитудного значения А формируемого сигнала N2(t).To eliminate this effect in the feedback circuit of the
Следует отметить, что переходной процесс на третьем выходе функционального генератора для формируемого сигнала N1(t) практически отсутствует (фиг. 2б), поскольку формирование сигнала N1(t) происходит без участия реактивных элементов.It should be noted that the transition process at the third output of the functional generator for the generated signal N 1 (t) is practically absent (Fig. 2b), since the formation of signal N 1 (t) occurs without the participation of reactive elements.
Использование предлагаемого изобретения позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на его выходах квадратурные гармонические сигналы, а также квадратурные биполярные сигналы прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.Using the present invention will expand the functionality of the device and get at its outputs quadrature harmonic signals, as well as quadrature bipolar signals of rectangular and triangular shape with high metrological characteristics when the frequency changes over a wide range.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015102007/08A RU2582557C1 (en) | 2015-01-22 | 2015-01-22 | Function generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015102007/08A RU2582557C1 (en) | 2015-01-22 | 2015-01-22 | Function generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2582557C1 true RU2582557C1 (en) | 2016-04-27 |
Family
ID=55794517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015102007/08A RU2582557C1 (en) | 2015-01-22 | 2015-01-22 | Function generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2582557C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625555C1 (en) * | 2016-09-12 | 2017-07-14 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Functional generator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0305343A2 (en) * | 1987-08-25 | 1989-03-01 | MARELLI AUTRONICA S.p.A. | A threshold comparator circuit |
RU108247U1 (en) * | 2011-05-16 | 2011-09-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "СДНиТ") | FUNCTIONAL GENERATOR |
RU2506692C1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-02-10 | Виктор Степанович Дубровин | Controlled generator |
RU2534939C1 (en) * | 2013-09-13 | 2014-12-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" | Function generator |
-
2015
- 2015-01-22 RU RU2015102007/08A patent/RU2582557C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0305343A2 (en) * | 1987-08-25 | 1989-03-01 | MARELLI AUTRONICA S.p.A. | A threshold comparator circuit |
RU108247U1 (en) * | 2011-05-16 | 2011-09-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "СДНиТ") | FUNCTIONAL GENERATOR |
RU2506692C1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-02-10 | Виктор Степанович Дубровин | Controlled generator |
RU2534939C1 (en) * | 2013-09-13 | 2014-12-10 | Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" | Function generator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625555C1 (en) * | 2016-09-12 | 2017-07-14 | Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" | Functional generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abuelma’atti et al. | A new memristor emulator and its application in digital modulation | |
RU2506692C1 (en) | Controlled generator | |
RU2534939C1 (en) | Function generator | |
RU2622866C1 (en) | Triangular waveform generator | |
RU2582557C1 (en) | Function generator | |
RU2541147C1 (en) | Function generator | |
RU108247U1 (en) | FUNCTIONAL GENERATOR | |
RU2628255C1 (en) | Frequency trebler | |
RU2625555C1 (en) | Functional generator | |
RU83669U1 (en) | ADDITIVE TRIANGULAR SIGNAL SHAPER | |
RU196044U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU168431U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
US3675137A (en) | Instantaneous sinusoidal orthogonal converter | |
RU2582556C1 (en) | Functional quadrature signal generator | |
RU101291U1 (en) | FUNCTIONAL GENERATOR | |
RU104404U1 (en) | TRIANGULAR SIGNAL SHAPER | |
RU2628434C1 (en) | Triangular waveform generator | |
RU104799U1 (en) | MANAGED GENERATOR | |
RU2520409C2 (en) | Converter for converting periodic signal to frequency and period | |
RU168550U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU2554571C1 (en) | Function generator | |
Dar et al. | Design of fractional-order multiphase sinusoidal oscillators | |
RU204713U1 (en) | ADDITIVE TRIANGULAR SIGNAL FORMER | |
RU2577205C1 (en) | Harmonic signal generator | |
US3676660A (en) | Vector half-angle computer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170123 |