SU1020839A1 - Генератор гармонических колебаний - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике и радиотехнике и может быть использовано при проектировании источников элект рических колебаний в различных устройствах , примен емых в автоматике, измерительной и преобразовательной технике. Наиболее целесообразно при мен ть изобретение в тех област х техники, где требуетс  создать высо костабильные колебани  с достаточно малым шагом дискретности. известен генератор синусоидальных колебаний, содержащий преобразовател кода JB напр жение, преобразователь напр жени  в частоту, делитель часто ты с переменным коэффициентом делени преобразователь код - аналог, усилитель посто нного тока 1 J. Однако указанный генератор обладает нестабильностью задани  частоты, вызванной, главным образом, недостаточной стабильностью характеристики напр жение - частота и недостаточной линейностью этой характеристики. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  генератор гармонических колебаний , содержащий блок делителей частоты, вход которого подключен к задающему генератору, блок разделени  импульсов и генератор функций Уолша, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока аналоговых ключей, подключенного управл ющим входом к выходу аналогового инвертора 2. Известный генератор имеет относи тельно сложную конструкцию и невысокую точность. Цель изобретени  - упрощение конструкции устройства и повыиение точности за счет улучшени  гармонического состава синтезируемых колебаний Поставленна  цель достигаетс  тем что генератор гармонических колебаний , содержащий блок делителей часто ты, вход которого подключен к задаюЩему генератору, блок разделени  импульсов и генератор функций Уолша выходы которого соединены с соответствующими информационными входаьш блока аналоговых ключей, подключенного управл ющим входом к выходу ана логового инвертора, содержит дополни тельный блок аналоговых ключей, последовательно включенные счетчик и блок умножени , интегратор, цифроаналоговый преобразователь и преобра зователь дес тичных кодов в двоичные входы которого  вл ютс  цифровыми входами генератора, а выходы подключены к соответствующим управл ющим входам дополнительного блока аналого вых ключей и информационными входами цифроаналогового преобразовател , Ьодсоединенного выходом к входу анаСогового инвертора, информационные холы и выходы дополнительного блока аналоговых ключей подключены к соответствующим выходам блока делителей частоты и входам блока разделени  импульсов, выход которого подключен к входу счетчика, выходы блока умножени  подсоединены к соответствующим входам генератора функций Уолша, вход интегратора подключен к выходу блока аналоговых ключей, а его выход  вл етс  выходом генератора. На чертеже представлена схема интегратора гармонических колебаний. Генератор гармонических колебаний состоит из задающего генератора 1, блока 2 делителей частоты, дополнительного блока 3 аналоговых ключей, цифроаналогового преобразовател  4 дес тичных кодов в двоичные,, блока 5 разделени  импульсов, счетчика б, блока 7 умножени , генератора 8 функций Уолша, блока 9 аналоговых ключей , аналогового инвертора 10, цифроаналогового преобразовател  11 и интегратора 12. Устройство работает следующ нм образом . С задающего генератора 1 импульсы поступают на вход блока 2 делителей частоты. С целью упрощени  блока 2 делителей и придани  технологичности всему устройству каждый делитель в пределах декад осуществл ет деление частоты на 2, начина  с частоты, кратной 8. Например, если создаетс  генератор с дискретностый в 1 Гц в диапазоне.частот 1000-1 Гц, то перва  декада частот имеет выходы 800, 400, 200, 100 Гц, втора  декада 80 , 40, 20 и 10 Гц, а треть  - 8, 4 2 и 1 Гц, т.е. последовательность импульсов на выходе блока 2  вл етс  основание двоичного кода. Это,с одной стороны, снижает аппаратурные затраты, так как делители упрощены и. состо т из цепочки последовательно соединенных триггеров, а с другой стороны, с помощью стандартных блоков , использу  двоичный код, позвол ет синтезировать последовательность импульсов, пропорциональных любой, в пределах задани , частоте. На вход преобразовател  4 поступает код задани  (дес тичный код), который преобразуетс  в двоичный код. Этот код управл ет соответствующими аналоговыкм ключами лополнительного блока 3 аналоговых ключей, что позвол ет на выходе блока 3 получить последовательность импульсов, пропорциональную коду задани  (дес тичному числу) , котора  через блок 5 разделени  импульсов поступает на вход счетчика 6. Чтобы блок 2 делител  частоты не вносил погрешность в точность задани  частоты, частоту задающего генератора 1 целесообразно выбрать кратной 8, например 800. Эта частота обеспечит дискретность 1 Гц дл 

выбранного дл  примера диапазона частот.

Ввиду того, что в дальнейшем предполагаетс  синтезировать гармонические колебани  как сумму функций Уолша со среднеквадратичной, погрешностью меньше 2%, необходимо-иметь 1, 7, 11, 13, 19, 21 и 25 функцию Уолша (упор дочение произведено до Пэлк). Дл  синтеза этих функций Уолша требуетс  п ть функций Радёмахера. Причем частота п той, функции в :32 раза превышает частоту первой функции,Радемахера.

Счетчик .6 имеет посто нную емкость и поэтому при изменении количества импульсов, поступающих на его вход, врем  заполнени  счетчика 6 Тх изменйетс согласно выражению

V )(.о2-%К2 „2Л

10 г

.

3«о2

где fр - частота задающего генератора,е - константа;

К - коэффициенты, -равные соответственно О или 1;

п - число декадi

(1) отличаетс  от классического , л , . ... (2)

так как С ь 1. При С 1 определение Tfi затруднено. точнее можно определить TX/ если прин ть значег ние С достаточно бо ьшим, например С 100. Чтобы синтезировать заданную Частоту при G 100, следует в jlOO раз увеличить частоту задающего генератора, т.е. она будет определ тьс  как 100 , (Частота f о определена из (1) при С 1). Дл  выбранных дл  примера данных частота задающего генератора будет равна 80-10 Гц. Следует учитывать, что ;частота задающего генератора, равна  , была получена только исход  из емкости счетчика и диапазона частот. Пр  ее выборе пока не учитывались особенности работы блока умножени  7. С yчeтo 4 работы блока 7 частота будет корректйраватьс .

Рассмотрим работу схемы. Выставим заданную частоту на входе преобразовател  4. Тогда импульсы От генератора 1 через блок 2 делителей частоты и соответствующие каналы дополнительного блока 3 аналоговых ключей, через блок 5 разделени  импульсов поступают на вход счетчика б. В качестве счетчика 6 можно использовать кольцевые счетчики, которые представл ют собой змкнутые в кольцо егистры сдвига, по которым под действием входных импульсов циркулирует дна кодова  единица. Например, дл 

прин той емкости счетчика (100) в исходном состо нии все триггеры, кроме первого, должны находитьс  в нуле. Приход щий первый входной импульс опрокидывает этот триггер в состо ние нуль, а последующий триггер устанавливаетс  в состо ние единица . наконец, при поступлении сотого импульса единица поступает на вход блока 7 уножени , а счетчик 6

0 переходит в исходное состо ние. Блок 7 умножени  можно выполнить по разным схемам, но наиболее просто он выполн етс , когда в нем осуществл етс , умножение на дробные числа 1/2,

с 1/4, 1/8 и 1/16. В этом случае блок 7 умножени  состоит из цепочки последовательно соединенных триггеров. Чтобы умножение на дробные числа не вносило погрешности, целесообразно частоту задающего генератора 1 выб tPSTb кратной 32. Тогда с учетом работы всех блоков и диапазона генериру- емых частот, частота задающего генератора 1 должна быть кратна числу 32-80-10 Гц.

Таким образом, на выходе блока 7 умножени  по вл етс  п ть функций Радемахера. Эти п ть функций Радемахера подаютс  на генератор 8 функций Уолша, в которых синтезируетс  7, 11,

0 13, 19, 21 и 25 функции Уолша (упор дочение функций Уолша произведено по Пэли). Например, дл  синтеза семи функций Уолша необходимо перемножить 1, 2 и 3 функции Радемахера. Сигналы

5 с выхода генератора 8 функций Уолша поступают на управл ющие входы блока 9 аналоговых ключей, на одну группу неуправл е1«их входов которого подаютс  сигнал с выхода ци4« оанапоговоQ ГО преобразовател  li через инвертор 10. Преобразователь 11 измен ет величину напр жени  на неуправл емых входах блока 9 аналоговых ключей в зависимости от синтезируемой частоты. Этот узел уменьшает количество функций Уолша, необходимое дл  аппрокси .мации гармонических колебаний с тре:;буемой точностью. Дл  доказательства jsToro положени  представим синусоидальные колебани  суммой обобщенно0 уо р да Фурье по ортогональным функ ий м Уолша

MstniwtuEI (t, (S)

где Yj (t) - система ортогональных 5функций, например Уолша;

°- коэффициенты р да ФурьеУолша , определ емые по формуле

ct sintwtY.,(t)«3t.- (4)

К ft

Известно, что при интегрировании 5 р ды сход тс  быстрее, что потребует дл  достижени  той же самой точности аппроксимации меньшее число членов . С этой целью проинтегрируем (3)j

Т п г/I

Е lv(t)at.

J .

о

Выражение (5) показывает, что коэффициенты р да Фурье-Уо/Ш1а завис т от, частоты. Чтобы это требование было реализовано в аппаратуре, опорное напр жение, подаваемое на неуправл  емые входы ключей, должно измен тьс  в зависимости от частоты, что и выполн ет блок 11. Кроме того, суммирование функций Уолша осуществл етс  на интеграторе 12. В качестве интегратора может использоватьс  усилитель на п выходов (п - количество функций Уолша), в цепи обратной св зи которого стоит конденсатор, а посто нные интегрировани  по каждому входу определ етс  коэффициентами р да ФурьеУолша .

Генератор состоит из стандартных блоков вычислительной техники, а нестандартные блоки, генератор функций Уолша могут быть легко синтезирова ны из стандартных.

Claims (1)

1. . ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ. КОЛЕБАНИЙ, содержащий блок делителей частота,'вход которого подключен к задающему генератору, блок разделения импульсов и генератор функций Уолша, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока аналоговых ключей, подключенного управляющим входом к выходу аналогового инвертора, о тли ч а- ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повыиёния точнос ти за счет улучшения гармонического состава синтезируемых колебаний, он содержит дополнительный блок аналоговых ключей, последовательно включенные счетчик и блок умножения, интегратор, цифроаналоговый преобразователь и преобразователь десятичных кодов в двоичные, входа которого являются цифровыми входами генератора, а выходы подключены к соответству ющим управляющим входам дополнитель ного блока аналоговых ключей и информационным входам цифроаналогового преобразователя, подсоединенного выходом к входу аналогового инвертора, информационные входы и выходы дополнительного блока аналоговых . ключей подключены к соответствующим выходам блока делителей частоты и входам блока разделения импульсов, выход которого подключен к входу счетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующим входам генератора функций Уолша, вход интегратора подключен к выходу блока аналоговых ключей, а его выход является выходом генератора.

   со >