RU2790608C1 - Method of amplification of sine and quasi-sine signals - Google Patents

Method of amplification of sine and quasi-sine signals Download PDF

Info

Publication number
RU2790608C1
RU2790608C1 RU2022103181A RU2022103181A RU2790608C1 RU 2790608 C1 RU2790608 C1 RU 2790608C1 RU 2022103181 A RU2022103181 A RU 2022103181A RU 2022103181 A RU2022103181 A RU 2022103181A RU 2790608 C1 RU2790608 C1 RU 2790608C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
frequency
output
amplifier
gain
Prior art date
Application number
RU2022103181A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гарри Романович Аванесян
Original Assignee
Гарри Романович Аванесян
Filing date
Publication date
Application filed by Гарри Романович Аванесян filed Critical Гарри Романович Аванесян
Application granted granted Critical
Publication of RU2790608C1 publication Critical patent/RU2790608C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention allows creating broadband amplifiers with a uniform amplitude-frequency response designed to work with sinusoidal, quasi-sinusoidal, and narrowband signals. To this end, a method for amplifying signals is proposed, which consists in continuous monitoring of the frequency of the input amplified signal and correction, based on the results of measuring the frequency, the gain of the controlled amplifying unit so that the gain remains constant when the frequency of the input sinusoidal or quasi-sinusoidal signal changes. This is possible with a priori known form of the amplitude-frequency characteristic of the amplifying unit, information about which is used to convert the measured frequency into gain control signals. Devices that implement the method are also proposed.
EFFECT: reduced frequency distortion that occurs when amplifying sinusoidal and quasi-sinusoidal signals in a relatively wide frequency band.
16 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и позволяет создавать широкополосные усилители с равномерной амплитудно-частотной характеристикой, предназначенные для работы с синусоидальными, квазисинусоидальными, а также узкополосными сигналами.The invention relates to the field of radio engineering and allows you to create broadband amplifiers with a uniform amplitude-frequency response, designed to work with sinusoidal, quasi-sinusoidal, and narrowband signals.

На протяжении многих лет применяют способ усиления сигналов различного спектрального состава, согласно которому для получения относительно равномерного усиления сигналов в заданном диапазоне частот осуществляют частотную коррекцию усилительных трактов, с физической точки зрения состоящей в изменении инерционных свойств усилительных трактов на тех участках частотного диапазона, где требуется изменить частотно-зависимый коэффициент усиления, см. например [Николаенко Н.С. Проектирование транзисторных усилителей. - М: Энергия, 1965, стр. 304-307; Пат. RU 2568314. Опубл. 20.11.2015; Пат. RU 2669075. Опубл. 08.10.2018]. Достоинствами такого подхода являются простота и возможность усиления сигналов с относительно широким сплошным спектром. К недостатку следует отнести сложность получения гладкой амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на тех участках, где проводится коррекцияFor many years, a method has been used to amplify signals of various spectral composition, according to which, in order to obtain a relatively uniform amplification of signals in a given frequency range, the frequency correction of amplifying paths is carried out, which from a physical point of view consists in changing the inertial properties of amplifying paths in those parts of the frequency range where it is required to change frequency-dependent gain, see for example [Nikolaenko N.S. Design of transistor amplifiers. - M: Energy, 1965, pp. 304-307; Pat. RU 2568314, publ. 11/20/2015; Pat. RU 2669075, publ. 08.10.2018]. The advantages of this approach are simplicity and the possibility of amplifying signals with a relatively wide continuous spectrum. The disadvantage is the difficulty of obtaining a smooth amplitude-frequency response (AFC) in those areas where the correction is carried out

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому решению является способ, предусматривающий подачу на вход усилителя усиливаемого сигнала, снятие усиленного сигнала с его выхода и управление коэффициентом усиления усилителя в зависимости от полученного результата сравнения выходного сигнала с входным [Пат. RU 2556392. Опубл. 10.07.2015]. Для реализации способа служит устройство, содержащее усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления, измеритель нелинейных искажений, блок сравнения и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства.The closest in its technical essence to the claimed solution is a method that involves supplying an amplified signal to the amplifier input, removing the amplified signal from its output and controlling the gain of the amplifier depending on the result of comparing the output signal with the input [US Pat. RU 2556392, publ. 07/10/2015]. To implement the method, a device is used that contains an amplifying unit with a controlled gain, a nonlinear distortion meter, a comparison unit and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the device.

Особенностью способа, выбранного в качестве прототипа, является изменение коэффициента усиления усилительного блока в зависимости от входного сигнала и, как следствие, от возникающих при его усилении нелинейных искажений. Несмотря на наличие с заявляемым способом усиления синусоидальных и квазисинусоидальных сигналов общих действий, способ-прототип разрабатывался для усиления сигналов с относительно широким сплошным спектром, с обеспечением возможности снижения нелинейных искажений за счет управления коэффициентом усиления. Он не ориентирован на снижение частотных искажений, относящихся к классу линейных искажений и, следовательно, его применение не позволит повысить степень равномерности усиления в заданном диапазоне частот.A feature of the method chosen as a prototype is the change in the gain of the amplifying unit depending on the input signal and, as a result, on the non-linear distortions that occur during its amplification. Despite the presence with the claimed method of amplifying sinusoidal and quasi-sinusoidal signals of general action, the prototype method was developed to amplify signals with a relatively wide continuous spectrum, with the possibility of reducing non-linear distortion by controlling the gain. It is not focused on reducing frequency distortions belonging to the class of linear distortions and, therefore, its use will not improve the degree of gain uniformity in a given frequency range.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей группы изобретений, состоит в снижении частотных искажений, возникающих при усилении синусоидальных и квазисинусоидальных сигналов в относительно широкой полосе частот.The technical result achieved by using the present group of inventions is to reduce the frequency distortion that occurs when amplifying sinusoidal and quasi-sinusoidal signals in a relatively wide frequency band.

Технический результат достигается тем, что в способе усиления синусоидальных и квазисинусоидальных сигналов, состоящем в подаче на вход усилителя с частотно зависимой характеристикой усиливаемого сигнала, снятии усиленного сигнала с выхода усилителя, согласно изобретению, предварительно определяют амплитудно-частотную характеристику усилителя, измеряют частоту сигнала и далее полученное значение частоты используют для коррекции коэффициента усиления путем установления функциональной связи с амплитудно-частотной характеристикой усилителя.The technical result is achieved by the fact that in the method of amplifying sinusoidal and quasi-sinusoidal signals, which consists in applying to the input of an amplifier with a frequency-dependent characteristic of the amplified signal, removing the amplified signal from the output of the amplifier, according to the invention, the amplitude-frequency characteristic of the amplifier is preliminarily determined, the signal frequency is measured, and then the obtained frequency value is used to correct the gain by establishing a functional relationship with the frequency response of the amplifier.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, функциональную связь с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления устанавливают путем изменения коэффициента усиления в количество раз, пропорциональное значению обратной амплитудно-частотной характеристики в точке, соответствующей измеренной частоте сигнала.In addition, to achieve a technical result, according to the invention, a functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is established by changing the gain by a factor proportional to the value of the inverse amplitude-frequency characteristic at the point corresponding to the measured signal frequency.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, измерение частоты сигнала осуществляют путем предварительного деления частоты в n раз (n≥ 2), после чего результат измерения увеличивают в n раз.In addition, to achieve the technical result, according to the invention, the measurement of the signal frequency is carried out by preliminary frequency division by n times (n≥ 2), after which the measurement result is increased by n times.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, частоту сигнала измеряют до его усиления.In addition, to achieve the technical result according to the invention, the frequency of the signal is measured before it is amplified.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, частоту сигнала измеряют после его усиления.In addition, to achieve the technical result according to the invention, the frequency of the signal is measured after its amplification.

Технический результат достигается также тем, что усилитель с автокоррекцией (вариант 1), содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, согласно изобретению, содержит измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход измерителя частоты объединен со входом усилителя с автокоррекцией, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that the amplifier with auto-correction (option 1), containing an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the amplifier with auto-correction, according to the invention , contains a frequency meter and a functional converter, the input of the frequency meter is combined with the input of an auto-correction amplifier, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что усилитель с автокоррекцией (вариант 2), содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, согласно изобретению, содержит измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход измерителя частоты объединен с выходом усилителя с автокоррекцией, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that the amplifier with auto-correction (option 2), containing an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the amplifier with auto-correction, according to the invention , contains a frequency meter and a functional converter, the input of the frequency meter is combined with the output of an amplifier with auto-correction, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что усилитель с автокоррекцией (вариант 3), содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, согласно изобретению, содержит делитель частоты, измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход делителя частоты объединен со входом усилителя с автокоррекцией, выход делителя частоты соединен со входом измерителя частоты, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that the amplifier with auto-correction (option 3), containing an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the amplifier with auto-correction, according to the invention , contains a frequency divider, a frequency meter and a functional converter, the input of the frequency divider is combined with the input of an amplifier with auto-correction, the output of the frequency divider is connected to the input of the frequency meter, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit.

Технический результат достигается также тем, что усилитель с автокоррекцией (вариант 4), содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, согласно изобретению, содержит делитель частоты, измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход делителя частоты объединен с выходом усилителя с автокоррекцией, выход делителя частоты соединен со входом измерителя частоты, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления.The technical result is also achieved by the fact that the amplifier with auto-correction (option 4), containing an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the amplifier with auto-correction, according to the invention , contains a frequency divider, a frequency meter and a functional converter, the input of the frequency divider is combined with the output of an amplifier with auto-correction, the output of the frequency divider is connected to the input of the frequency meter, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг. 1 представлена функциональная схема первого варианта усилителя с автокоррекцией. На фиг. 2 показаны графики АЧХ, иллюстрирующие изобретение. На фиг. 3 представлена функциональная схема второго варианта усилителя с автокоррекцией, на фиг. 5 - функциональная схема третьего варианта усилителя с автокоррекцией. На фиг. 4 показана функциональная схема возможного варианта реализации блока управления.The essence of the invention is illustrated by graphic material. In FIG. 1 shows a functional diagram of the first version of the amplifier with auto-correction. In FIG. 2 shows frequency response graphs illustrating the invention. In FIG. 3 shows a functional diagram of the second version of the amplifier with auto-correction, in Fig. 5 is a functional diagram of the third version of the amplifier with auto-correction. In FIG. 4 shows a functional diagram of a possible implementation of the control unit.

Функциональная схема по фиг. 1 содержит измеритель 1 частоты, функциональный преобразователь 2, блок 3 управления и усилительный блок 4. Вход и выход усилительного блока 4 являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, выход блока 3 соединен с управляющим входом усилительного блока 4, вход измерителя 1 частоты объединен со входом усилителя с автокоррекцией, выход измерителя 1 частоты соединен со входом функционального преобразователя 2, выход которого соединен со входом блока 3 управления.Functional diagram according to Fig. 1 contains a frequency meter 1, a functional converter 2, a control unit 3 and an amplifying unit 4. The input and output of the amplifying unit 4 are, respectively, the input and output of an amplifier with auto-correction, the output of unit 3 is connected to the control input of the amplifying unit 4, the input of the frequency meter 1 is combined with the input of the amplifier with auto-correction, the output of the frequency meter 1 is connected to the input of the functional converter 2, the output of which is connected to the input of the control unit 3.

На фиг. 2, в качестве примера, в верхней части приведен график АЧХ реального входного усилителя, в нижней части - график обратной АЧХ данного усилителя. Графики показаны в виде зависимости коэффициента усиления K от частоты ƒ входного сигнала. На верхнем графике выделены точки (k1, ƒ1), (k2, ƒ2), (k3, ƒ3), (k4, ƒ4), служащие для обозначения и границ диапазона рабочих частот (точки ƒ1, ƒ4) и области равномерного усиления (точки ƒ2, ƒ3).In FIG. 2, as an example, in the upper part is a graph of the frequency response of a real input amplifier, in the lower part is a graph of the inverse frequency response of this amplifier. The plots are shown as gain K versus frequency ƒ of the input signal. Points (k 1 , ƒ 1 ), (k 2 , ƒ 2 ), (k 3 , ƒ 3 ), (k 4 , ƒ 4 ) are highlighted on the upper graph, which serve to designate the boundaries of the operating frequency range (points ƒ 1 , ƒ 4 ) and areas of uniform amplification (points ƒ 2 , ƒ 3 ).

Функциональная схема по фиг. 3 содержит измеритель 5 частоты, функциональный преобразователь 6, блок 7 управления и усилительный блок 8. Вход и выход усилительного блока 8 являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, выход блока 7 соединен с управляющим входом усилительного блока 8, вход измерителя 1 частоты соединен с выходом усилителя с автокоррекцией, выход измерителя 5 частоты соединен со входом функционального преобразователя 6, выход которого соединен со входом блока 7 управления.Functional diagram according to Fig. 3 contains a frequency meter 5, a functional converter 6, a control unit 7 and an amplifying unit 8. The input and output of the amplifying unit 8 are, respectively, the input and output of an amplifier with auto-correction, the output of the unit 7 is connected to the control input of the amplifying unit 8, the input of the frequency meter 1 is connected to the output of the amplifier with auto-correction, the output of the frequency meter 5 is connected to the input of the functional converter 6, the output of which is connected to the input of the control unit 7.

Функциональная схема по фиг. 4 содержит буферный регистр 9, сумматор 10 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11, выход которого является выходом блока управления, входом которого является информационный вход регистра 9, выход которого соединен с первым входом сумматора 10, второй вход которого является входом кода опорного напряжения U0, выход сумматора 10 соединен со входом ЦАП 11, тактовый вход регистра 9 является тактовым входом CLK(цепи тактирования на схеме не показаны).Functional diagram according to Fig. 4 contains a buffer register 9, an adder 10 and a digital-to-analog converter (DAC) 11, the output of which is the output of the control unit, the input of which is the information input of the register 9, the output of which is connected to the first input of the adder 10, the second input of which is the input of the reference voltage code U 0 , the output of the adder 10 is connected to the input of the DAC 11, the clock input of the register 9 is the clock input of CLK (the clock circuit is not shown in the diagram).

Функциональная схема по фиг. 5 содержит делитель 12 частоты, измеритель 13 частоты, функциональный преобразователь 14, блок 15 управления и усилительный блок 16. Вход и выход усилительного блока 16 являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, выход блока 15 соединен с управляющим входом усилительного блока 16, вход делителя 12 частоты объединен со входом усилителя с автокоррекцией, выход делителя 12 частоты соединен со входом измерителя 13 частоты, выход которого соединен со входом функционального преобразователя 14, выход которого соединен со входом блока 15 управления.Functional diagram according to Fig. 5 contains a frequency divider 12, a frequency meter 13, a functional converter 14, a control unit 15 and an amplifying unit 16. The input and output of the amplifying unit 16 are, respectively, the input and output of an auto-correcting amplifier, the output of unit 15 is connected to the control input of the amplifying unit 16, the input of the divider 12 frequency is combined with the input of the amplifier with auto-correction, the output of the frequency divider 12 is connected to the input of the frequency meter 13, the output of which is connected to the input of the functional converter 14, the output of which is connected to the input of the control unit 15.

Идея, лежащая в основе рассматриваемого способа усиления сигналов, заключается в непрерывном контроле частоты ƒ входного усиливаемого сигнала и коррекции, по результатам измерения частоты ƒ, коэффициента усиления усилительного блока таким образом, чтобы коэффициент усиления оставался постоянным при изменении частоты входного синусоидального или квазисинусоидального сигнала. Это возможно при известной форме АЧХ, то есть если в каком либо виде априори задана функция K(ƒ). При этом, если по измеренной частоте ƒ* определить величину обратную функции K(ƒ), и изменить частотно-зависимую величину K(ƒ) в 1/K(ƒ*) раз, то несложно видеть, что напряжение на выходе усилительного блока может оставаться постоянным вне зависимости от частоты ƒ:The idea underlying the considered method of amplifying signals is to continuously monitor the frequency ƒ of the input amplified signal and correct, based on the results of measuring the frequency ƒ, the gain of the amplifying unit so that the gain remains constant when the frequency of the input sinusoidal or quasi-sinusoidal signal changes. This is possible with a known form of frequency response, that is, if the function K(ƒ) is given a priori in any form. At the same time, if the value of the inverse function K(ƒ) is determined from the measured frequency ƒ*, and the frequency-dependent value K(ƒ) is changed by 1/K(ƒ*) times, then it is easy to see that the voltage at the output of the amplifying unit can remain constant regardless of the frequency ƒ:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uвых, Uвx - амплитуды сигналов соответственно на выходе и входе усилительного блока. В приведенном выражении знак * в обозначении частоты ƒ указывает на оценку частоты, полученную аппаратным путем.where U out , U in x are the amplitudes of the signals, respectively, at the output and input of the amplifying unit. In the above expression, the * sign in the frequency designation ƒ indicates the frequency estimate obtained by the hardware.

Поясним вышеизложенное на примере одного из возможных вариантов реализации способа (см. фиг. 1). Входной сигнал вида u(t)=Usin2πƒt поступает на вход усилительного блока 4, обладающего возможностью изменять коэффициент усиления под действием напряжения Uупр, подаваемого на его управляющий вход. Одновременно входной сигнал подается на вход измерителя 1 частоты, с выхода которого снимается код измеренной частоты ƒ*, который в функциональном преобразователе 2 преобразуется в величину обратную АЧХ в точке ƒ*, то есть в нем реализуется функция вида 1/K(ƒ*). Цифровой код, представляющий собой результат вычисления вышеуказанной функции (обратной АЧХ) поступает далее в блок 3 управления, в котором происходит перевод величины 1/K(ƒ*) в сигналы управления усилительным блоком 4 - в напряжение Uупр, пропорциональное величине 1/K(ƒ*). В качестве примера реальной АЧХ на фиг. 2 показана экспериментально полученная характеристика усилительного блока, рассчитанного на работу в диапазоне частот от 1 до 200 МГц. Из общего вида АЧХ следует, что коррекция АЧХ - изменение коэффициента усиления блока 4 - потребуется на начальном участке от ƒ1 до ƒ2 и на участке от ƒ3 до верхней границы диапазона ƒ4. Для наглядности в нижней фиг. 2 приведен график обратной АЧХ 1/K(ƒ), где видно как следует изменять коэффициент усиления блока 4: в частности, на границах диапазона, нижней и верхней, коэффициент усиления должен быть увеличен соответственно в 1/k1 и 1/k4 раз. В средней части рабочего диапазона коэффициент усиления не меняется, поскольку АЧХ в этой области имеет вид горизонтальной прямой (здесь необходимо уточнить, что для упрощения изложения материала на фиг. 2 приведен график АЧХ усилителя-повторителя напряжения).Let us explain the foregoing on the example of one of the possible options for implementing the method (see Fig. 1). The input signal of the form u(t)=Usin2πƒt is fed to the input of the amplifying unit 4, which has the ability to change the gain under the action of the voltage U control applied to its control input. At the same time, the input signal is fed to the input of the frequency meter 1, from the output of which the code of the measured frequency ƒ* is taken, which in the functional converter 2 is converted into the reciprocal of the frequency response at the point ƒ*, that is, it implements a function of the form 1/K(ƒ*). The digital code, which is the result of calculating the above function (inverse frequency response) is then fed to the control unit 3, in which the value 1/K(ƒ*) is translated into the control signals of the amplifying unit 4 - into the voltage U control proportional to the value 1/K( ƒ*). As an example of a real frequency response in Fig. 2 shows the experimentally obtained characteristic of the amplifying unit, designed to operate in the frequency range from 1 to 200 MHz. From the general view of the frequency response, it follows that the correction of the frequency response - a change in the gain of block 4 - will be required in the initial section from ƒ 1 to ƒ 2 and in the section from ƒ 3 to the upper limit of the range ƒ 4 . For clarity, in the lower Fig. Figure 2 shows a graph of the inverse frequency response 1/K(ƒ), where you can see how the gain of block 4 should be changed: in particular, at the boundaries of the range, lower and upper, the gain should be increased, respectively, by 1/ k1 and 1/ k4 times. In the middle part of the operating range, the gain does not change, since the frequency response in this region has the form of a horizontal straight line (here it is necessary to clarify that, to simplify the presentation of the material, Fig. 2 shows a graph of the frequency response of a voltage follower amplifier).

Таким образом, осуществляется автоматическая коррекция коэффициента усиления, направленная на получение равномерного усиления в заданном диапазоне частот.Thus, automatic gain correction is carried out, aimed at obtaining a uniform gain in a given frequency range.

Причем на точность коррекции коэффициента усиления влияет погрешность Δƒ определения частоты ƒ, так как в идеальном случае должно соблюдаться условиеMoreover, the accuracy of the gain correction is affected by the error Δƒ of determining the frequency ƒ, since in the ideal case the condition

Figure 00000002
или
Figure 00000003
Figure 00000002
or
Figure 00000003

которое на практике выполнить с математической точностью невозможно, поскольку невозможно свести к нулю погрешность Δƒ. В этой связи целесообразно оценить последствия ошибки коррекции коэффициента усиления, полагая, что основной вклад в ее формирование вносит погрешность определения частоты усиливаемого сигнала. Для этого представим абсолютную погрешность усиления амплитуды выходного напряжения Uвых после автокоррекции в виде:which in practice cannot be performed with mathematical accuracy, since it is impossible to reduce the error Δƒ to zero. In this regard, it is advisable to evaluate the consequences of the gain correction error, assuming that the main contribution to its formation is made by the error in determining the frequency of the amplified signal. To do this, we represent the absolute error of amplifying the amplitude of the output voltage Uout after auto-correction in the form:

Figure 00000004
Figure 00000004

Несложно понять, что при фиксированном значении Δƒ отношение

Figure 00000005
будет тем ближе к единице, чем меньше производная Ф(K) функции K(ƒ) в окрестности ƒ. Полагая, что указанная производная на участке Δƒ не меняется можно записатьIt is easy to understand that for a fixed value of Δƒ, the ratio
Figure 00000005
will be the closer to unity, the smaller the derivative Ф(K) of the function K(ƒ) in the vicinity of ƒ. Assuming that the indicated derivative in the section Δƒ does not change, we can write

Figure 00000006
Figure 00000006

следовательно,hence,

Figure 00000007
Figure 00000007

Последнее выражение связывает ΔUвых не только с погрешностью определения частоты Δƒ, но и со скоростью изменения АЧХ на выбранном участке, что позволяет оценивать возможные погрешности на различных участках АЧХ, причем исходя из общего правила, согласно которому чем меньше Ф(K), тем меньшее влияние оказывает погрешность Δƒ на точность автокоррекции.The last expression connects ΔU out not only with the error in determining the frequency Δƒ, but also with the rate of change in the frequency response in the selected section, which allows us to evaluate possible errors in different sections of the frequency response, and based on the general rule, according to which the smaller Ф (K), the less the error Δƒ has an effect on the accuracy of auto-correction.

Возвращаясь к схеме устройства, показанной на фиг. 1, отметим, что в случае необходимости, например, для снижения влияния на вход устройства внутренних блоков или для подачи на вход измерителя частоты усиленных сигналов, измеритель частоты может подключаться непосредственно к выходу управляемого усилительного блока. Подобный вариант приведен на функциональной схеме по фиг. 3, здесь блоки 5-8 выполняют те же функции, что и блоки 1-4 в устройстве по фиг. 1.Returning to the device diagram shown in Fig. 1, we note that if necessary, for example, to reduce the impact on the input of the device of indoor units or to supply amplified signals to the input of the frequency meter, the frequency meter can be connected directly to the output of the controlled amplifying unit. Such an option is shown in the functional diagram of Fig. 3, here blocks 5-8 perform the same functions as blocks 1-4 in the device of FIG. 1.

На практике возможны ситуации, при которых ограниченный диапазон рабочих частот измерителя частоты не позволяет измерять с необходимой погрешностью частоты, находящиеся в полосе рабочих частот управляемого усилительного блока устройства. В подобных случаях, для устранения подобного ограничения, схема может быть дополнена высокочастотным делителем частоты с коэффициентом деления n (n≥2), например, делителем 12 частоты (прескалером), как показано на фиг. 5. В представленном устройстве на вход измерителя 13 подается сигнал, частота которого уменьшена в n раз, при этом результат измерения частоты в измерителе 13 следует увеличить в такое же число раз, что необходимо для корректного выполнения дальнейших операций по управлению усилительным блоком 16. В остальном работа усилителя с автокоррекцией, показанного на схеме по фиг. 5, не отличается от ранее представленных усилителей. В вариантном исполнении вход делителя частоты может быть соединен с выходом управляемого усилительного блока, при этом принцип действия устройства, в части автокоррекции, коэффициента усиления, не меняется (схема подобного варианта, по причине ее очевидности, не приводится).In practice, situations are possible in which the limited operating frequency range of the frequency meter does not allow measuring with the necessary error the frequencies that are in the operating frequency band of the controlled amplifying unit of the device. In such cases, to eliminate such a limitation, the circuit can be supplemented with a high-frequency frequency divider with a division factor of n (n≥2), for example, a frequency divider 12 (prescaler), as shown in FIG. 5. In the presented device, a signal is supplied to the input of the meter 13, the frequency of which is reduced by n times, while the result of the frequency measurement in the meter 13 should be increased by the same number of times, which is necessary for the correct execution of further operations to control the amplifying unit 16. Otherwise the operation of the auto-correction amplifier shown in the diagram of FIG. 5 does not differ from previously presented amplifiers. In a variant version, the input of the frequency divider can be connected to the output of a controlled amplifying unit, while the principle of operation of the device, in terms of auto-correction, gain, does not change (a diagram of such an option, due to its obviousness, is not given).

Касаясь вопросов построения отдельных блоков, входящих в состав рассматриваемых усилителей с автокоррекцией, отметим следующее.Concerning the issues of building individual blocks that are part of the considered amplifiers with auto-correction, we note the following.

Функциональный преобразователь 2 (6, 14) служащий для вычисления функции вида

Figure 00000008
может быть построен на основе программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений. В этом случае в память запоминающего устройства заносят ранее вычисленные значения
Figure 00000009
которые извлекаются из памяти при поступлении на адресный вход соответствующих операндов ƒi. Здесь индекс i указывает на дискретный характер частоты. Разумеется, количество значений ƒi выбирают не только исходя из диапазона рабочих частот, но и из требований, предъявляемых к точности автокоррекции (разность ƒi - ƒi+1 должна быть меньше допустимой погрешности Δƒ). Что же касается блока 3 (7, 15), сопрягаемого с функциональным преобразователем, то его схемотехника определяется как особенностями функционального преобразователя, так и управляемой частью усилительного блока 4 (8, 16). Один из возможных вариантов реализации блока 3 управления, в предположении, что управление усилительным блоком осуществляется в аналоговой форме, показан на схеме по фиг. 4. В настоящей схеме входные данные, представляющие собой цифровые коды величин
Figure 00000010
поступают через буферный регистр 9 на первый вход сумматора 10, в котором складываются с фиксированным значением U0 и далее преобразуются в ЦАП 11 в напряжение Uyпр, непосредственно подаваемое на управляющий вход усилительного блока 4 (8, 16). Регистр 9 необходим для хранения цифрового кода и обеспечивает независимость блока управления от времени нахождения результата измерения частоты на его выходе. Обновление данных в регистре 9 происходит под действием тактовых импульсов CLK, период следования которых определяется требуемым быстродействием цепей автокоррекции, а именно возможной (допустимой условиями применения) скоростью изменения частоты усиливаемых сигналов. Добавление постоянной величины U0, которая в частном случае может принимать значение, равное нулю, может быть необходимо для управления усилительным блоком, в котором требуется задание некоторой начальной точки, отличной от нуля. Для изменения коэффициента пропорциональности между входной величиной блока управления и выходной, в простейшем случае может использоваться известный прием управления опорным напряжением ЦАП 11, которое формируется стабилизированным источником (на схеме по фиг. 4 цепи опорного напряжения не показаны).Functional converter 2 (6, 14) used to calculate a function of the form
Figure 00000008
can be built on the basis of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table method of calculations. In this case, the previously calculated values are entered into the memory of the storage device.
Figure 00000009
which are retrieved from memory when the corresponding operands ƒ i arrive at the address input. Here the index i indicates the discrete nature of the frequency. Of course, the number of values ƒ i is chosen not only on the basis of the operating frequency range, but also from the requirements for auto-correction accuracy (the difference ƒ i - ƒ i+1 must be less than the permissible error Δƒ). As for block 3 (7, 15) interfaced with the functional converter, its circuitry is determined both by the features of the functional converter and by the controlled part of the amplifying block 4 (8, 16). One of the possible implementations of the control unit 3, assuming that the amplifying unit is controlled in analog form, is shown in the diagram of FIG. 4. In this scheme, the input data, which are digital codes of values
Figure 00000010
come through the buffer register 9 to the first input of the adder 10, in which they are added with a fixed value U 0 and then converted to the DAC 11 into a voltage U ypr directly applied to the control input of the amplifying unit 4 (8, 16). Register 9 is necessary to store the digital code and ensures the independence of the control unit from the time the frequency measurement result is found at its output. The data in register 9 is updated under the action of clock pulses CLK, the repetition period of which is determined by the required speed of the auto-correction circuits, namely, the possible (permissible conditions of use) rate of change in the frequency of the amplified signals. The addition of a constant value U 0 , which in a particular case can take on a value equal to zero, may be necessary to control the amplifying unit, which requires the setting of some starting point other than zero. To change the proportionality factor between the input value of the control unit and the output value, in the simplest case, the well-known method of controlling the reference voltage of the DAC 11, which is formed by a stabilized source, can be used (the circuit of the reference voltage is not shown in the diagram of Fig. 4).

Сравнивая рассмотренные в настоящей работе технические решения с известными в этой области устройствами, прежде всего, необходимо указать на то, что представленные усилители с автокоррекцией могут обеспечить достаточно равномерное усиление сигналов в весьма широкой полосе частот, при условии, что усиливаемые сигналы имеют узкий спектр с выраженным центром. Из описания способа усиления сигналов и принципа действия усилителей видно, что коррекция происходит в конкретной узкой полосе частот для сигнала находящегося в данной частотной зоне, и при отсутствии сигнала также отсутствует. То есть коррекция носит динамический характер, и при отсутствии входного сигнала, усилительный блок сохраняет исходную неравномерную АЧХ, свойственную ему без внешнего управления.Comparing the technical solutions considered in this paper with the devices known in this field, first of all, it is necessary to point out that the presented amplifiers with auto-correction can provide fairly uniform amplification of signals in a very wide frequency band, provided that the amplified signals have a narrow spectrum with a pronounced center. From the description of the signal amplification method and the principle of operation of the amplifiers, it can be seen that the correction occurs in a specific narrow frequency band for a signal located in a given frequency zone, and in the absence of a signal it is also absent. That is, the correction is dynamic in nature, and in the absence of an input signal, the amplifying unit retains the original uneven frequency response characteristic of it without external control.

Claims (16)

1. Способ усиления синусоидальных и квазисинусоидальных сигналов, состоящий в подаче на вход усилителя с частотно зависимой характеристикой усиливаемого сигнала, снятии усиленного сигнала с выхода усилителя, отличающийся тем, что предварительно определяют амплитудно-частотную характеристику усилителя, измеряют частоту сигнала и далее полученное значение частоты используют для коррекции коэффициента усиления путем изменения коэффициента усиления в количество раз, пропорциональное значению обратной амплитудно-частотной характеристики в точке, соответствующей измеренной частоте сигнала.1. A method for amplifying sinusoidal and quasi-sinusoidal signals, consisting in applying an amplified signal to the input of an amplifier with a frequency-dependent characteristic of the amplified signal, removing the amplified signal from the output of the amplifier, characterized in that the amplitude-frequency characteristic of the amplifier is preliminarily determined, the signal frequency is measured, and then the obtained frequency value is used to correct the gain by changing the gain by a factor proportional to the value of the inverse frequency response at the point corresponding to the measured signal frequency. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение частоты сигнала осуществляют путем предварительного деления частоты в n раз (n≥2), после чего результат измерения увеличивают в n раз.2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of the signal frequency is carried out by preliminary frequency division by n times (n≥2), after which the measurement result is increased by n times. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту сигнала измеряют до его усиления.3. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the signal is measured before it is amplified. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту сигнала измеряют после его усиления.4. The method according to p. 1, characterized in that the frequency of the signal is measured after its amplification. 5. Усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, отличающийся тем, что в него введены измеритель частоты и функциональный преобразователь, служащий для получения значения обратной амплитудно-частотной характеристики в точке, соответствующей измеренной частоте сигнала, вход измерителя частоты объединен со входом усилителя с автокоррекцией, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления, служащим для формирования сигналов управления коэффициентом усиления усилительного блока.5. An auto-correction amplifier implementing the method according to claim 1, comprising an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the auto-correction amplifier, characterized in that a frequency meter and a functional converter are introduced into it, which serves to obtain the value of the inverse amplitude-frequency characteristic at a point corresponding to the measured signal frequency, the input of the frequency meter is combined with the input of an auto-correction amplifier, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input a control unit that serves to generate control signals for the gain of the amplifying unit. 6. Усилитель по п. 5, отличающийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.6. The amplifier according to claim 5, characterized in that the functional converter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method. 7. Усилитель по п. 5, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде устройства, преобразующего цифровые сигналы, поступающие на его вход, в аналоговые сигналы управления коэффициентом усиления усилительного блока.7. Amplifier according to claim 5, characterized in that the control unit is made in the form of a device that converts digital signals received at its input into analog signals for controlling the gain of the amplifying unit. 8. Усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, отличающийся тем, что в него введены измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход измерителя частоты объединен с выходом усилителя с автокоррекцией, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления, служащим для формирования сигналов управления коэффициентом усиления усилительного блока.8. Amplifier with auto-correction, implementing the method according to claim 1, containing an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the amplifier with auto-correction, characterized in that a frequency meter and a functional converter are introduced into it, the input of the frequency meter is combined with the output of an amplifier with auto-correction, the output of the frequency meter is connected to the input of a functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit, which serves to generate control signals for the gain of the amplifying unit. 9. Усилитель по п. 8, отличающийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.9. The amplifier according to claim 8, characterized in that the functional converter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method. 10. Усилитель по п. 8, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде устройства, преобразующего цифровые сигналы, поступающие на его вход, в аналоговые сигналы управления коэффициентом усиления усилительного блока.10. Amplifier according to claim 8, characterized in that the control unit is made in the form of a device that converts digital signals received at its input into analog signals for controlling the gain of the amplifying unit. 11. Усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, отличающийся тем, что в него введены делитель частоты, измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход делителя частоты объединен со входом усилителя с автокоррекцией, выход делителя частоты соединен со входом измерителя частоты, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления, служащим для формирования сигналов управления коэффициентом усиления усилительного блока.11. An auto-correction amplifier implementing the method according to claim 1, comprising an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the auto-correction amplifier, characterized in that a frequency divider, a frequency meter and a functional converter are introduced into it, the input of the frequency divider is combined with the input of an amplifier with auto-correction, the output of the frequency divider is connected to the input of the frequency meter, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit, which serves to generating control signals for the gain of the amplifying unit. 12. Усилитель по п. 11, отличающийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.12. The amplifier according to claim 11, characterized in that the functional converter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method. 13. Усилитель по п. 11, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде устройства, преобразующего цифровые сигналы, поступающие на его вход, в аналоговые сигналы управления коэффициентом усиления усилительного блока.13. Amplifier according to claim 11, characterized in that the control unit is made in the form of a device that converts digital signals received at its input into analog signals for controlling the gain of the amplifying unit. 14. Усилитель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий усилительный блок с управляемым коэффициентом усиления и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом усилительного блока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом усилителя с автокоррекцией, отличающийся тем, что в него введены делитель частоты, измеритель частоты и функциональный преобразователь, вход делителя частоты объединен с выходом усилителя с автокоррекцией, выход делителя частоты соединен со входом измерителя частоты, выход измерителя частоты соединен со входом функционального преобразователя, выход которого соединен со входом блока управления, служащим для формирования сигналов управления коэффициентом усиления усилительного блока.14. An auto-correction amplifier implementing the method according to claim 1, comprising an amplifying unit with a controlled gain and a control unit, the output of which is connected to the control input of the amplifying unit, the input and output of which are, respectively, the input and output of the auto-correction amplifier, characterized in that a frequency divider, a frequency meter and a functional converter are introduced into it, the input of the frequency divider is combined with the output of an amplifier with auto-correction, the output of the frequency divider is connected to the input of the frequency meter, the output of the frequency meter is connected to the input of the functional converter, the output of which is connected to the input of the control unit, which serves to generating control signals for the gain of the amplifying unit. 15. Усилитель по п. 14, отличающийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.15. The amplifier according to claim 14, characterized in that the functional converter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method. 16. Усилитель по п. 14, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде устройства, преобразующего цифровые сигналы, поступающие на его вход, в аналоговые сигналы управления коэффициентом усиления усилительного блока.16. The amplifier according to claim 14, characterized in that the control unit is made in the form of a device that converts digital signals received at its input into analog signals for controlling the gain of the amplifying unit.
RU2022103181A 2022-02-08 Method of amplification of sine and quasi-sine signals RU2790608C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790608C1 true RU2790608C1 (en) 2023-02-28

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2281607C2 (en) * 2005-02-17 2006-08-10 Гарри Романович Аванесян Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals
RU2393627C1 (en) * 2009-02-18 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband operational amplifier with differential output
US20130058501A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-07 Onkyo Corporation Volume control apparatus
RU2556392C2 (en) * 2014-06-03 2015-07-10 Гарри Романович Аванесян Automatic amplification adjustment method and device for its implementation (versions)
RU2568039C2 (en) * 2014-09-09 2015-11-10 Гарри Романович Аванесян Method for nonlinear distortion correction of signals and self-controlled amplifier (versions)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2281607C2 (en) * 2005-02-17 2006-08-10 Гарри Романович Аванесян Method and hybrid amplifier for amplifying digital signals
RU2393627C1 (en) * 2009-02-18 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") Broadband operational amplifier with differential output
US20130058501A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-07 Onkyo Corporation Volume control apparatus
RU2556392C2 (en) * 2014-06-03 2015-07-10 Гарри Романович Аванесян Automatic amplification adjustment method and device for its implementation (versions)
RU2568039C2 (en) * 2014-09-09 2015-11-10 Гарри Романович Аванесян Method for nonlinear distortion correction of signals and self-controlled amplifier (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005509320A (en) Communication signal amplifier with independent power control and amplitude modulation
JP2007180795A (en) Timing adjusting device and timing adjusting method
US7405683B1 (en) Extending the dynamic range in an energy measurement device
NO20052484L (en) Method and apparatus for estimating the working point of a nonlinear ram bolero amplifier.
RU2790608C1 (en) Method of amplification of sine and quasi-sine signals
CN106953600A (en) A kind of rearmounted mixing type numeral ALC control system devices based on DDS
US8310304B1 (en) Power amplifier control system with gain calibration
CN113037222A (en) Biasing circuit and amplifier
JPH10322137A (en) Transmitting device having pre-distortion type distortion compensation circuit
JP5371052B2 (en) High frequency power supply
JPH07240662A (en) Multiplication device of capacitance by variable coefficientfor the purpose of adjustment of particularly cut-off frequency of filter and filter therewith
US20130113559A1 (en) Device and method for pre-distorting and amplifying a signal based on an error attribute
JPH0654878B2 (en) Variable output transmitter
JP3044057B2 (en) Variable output transmitter
JP2002353822A (en) Transmission output correction device
JP7395542B2 (en) Signal generator and its linearity correction method
JP7495092B2 (en) High frequency output device and high frequency output stabilization method
JP3637258B2 (en) Amplifier measuring device
US2735616A (en) hoadley
Ivanov et al. Balancing Algorithms for Digitally Controlled DC Amplifier
JP7193652B2 (en) Distortion compensation circuit, wireless device
JP5382393B1 (en) Digital AGC control method and feedback control apparatus
CN117595795A (en) Frequency matched sub-sampling feed forward modulation in an amplitude level control loop
JPS609219A (en) Signal sampling device
JPH0715247A (en) Power amplifier