SU1069124A1

SU1069124A1 - Periodic oscillator

Info

Publication number: SU1069124A1
Application number: SU823441137A
Authority: SU
Inventors: Наталия Александровна Глазова; Владислав Витальевич Кочергин
Original assignee: Предприятие П/Я А-7701
Priority date: 1982-05-20
Filing date: 1982-05-20
Publication date: 1984-01-23

Abstract

ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ , содержащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, выполненные на операционных усилител х, при этом в цеп х обратной св зи первого и второго интеграторов включены соответственно первЕлй и второй амплитудные ограничители, отличающийс тем, что, с целью уменьшени нелинейных искажений и расширени функциональных возможностей путем увеличени числа генерируемых периодических колебаний, параллельно второму амплитудному ограничителю включен дополнительный конденсатор, при этом первый и второй аи плитудные ограничители подключены к выходам соответственно первого и второго интеграторов через введенные механически св занные первый и второй переключатели . сл фиг.Т Р ..Н .. -wrA generator of periodic oscillations containing ringed relay element and first and second integrators performed on operational amplifiers, while the first and second amplitude limiters are included in the feedback circuits of the first and second integrators, in order to reduce non-linear distortion and enhancement of functionality by increasing the number of generated periodic oscillations parallel to the second amplitude limiter included additional condensation op, and wherein the first and second ai plitudnye limiters connected to the outputs of the first and second integrators introduced through mechanically associated first and second switches. SL fig.T R ..N .. -wr

Description

Изобретение относитс к аналоговой технике, в частности к ниэкочас ,тотным генераторам периодических колебаний пр моугольной, .треугольной и синусоидальной фор1«и/ -примен емым дл испытани и настройки след щих систем и электронной аппаратуры.The invention relates to the analog technique, in particular, to the negative one, to the total generator of periodic oscillations of a rectangular, triangular and sinusoidal form and / and used for testing and tuning of tracking systems and electronic equipment.

Известен генератор периодических колебаний, содержащий последовательно соединенные релейный элемент, первый и второй интеграторы .A known generator of periodic oscillations, containing a series-connected relay element, the first and second integrators.

Однако, такой генератор периодических колебаний обладает низкой точностью форюл треугольного и синусоидального сигналов, обусловленной нарастающим смещением нул , свойственньал электронным интеграторам, и невысокой точностью преобразовани сигнала треугольной в -синусоидальное .However, such a generator of periodic oscillations has a low accuracy of the triangular and sinusoidal signal formulas, due to the increasing zero offset, characteristic of electronic integrators, and a low accuracy of the triangular to sinusoidal signal conversion.

Наиболее близким техническим решением к предложенному вл етс генератор периодических колебаний, содервкащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы , .выполненные на операционных усилител х, при этсм в цеп х обратной св зи первого и второго интеграторов включены соответственно первый и.второй амплитудные ограничители 12.The closest technical solution to the proposed one is a periodic oscillator, which contains a relay element connected to a ring and a first and second integrator, implemented on operational amplifiers, for which the first and second amplifiers are included in the feedback circuits of the first and second integrators. limiters 12.

Однако известный генератор периодических колебаний имеет значительные нелинейные искажени и недостаточное число генерируемых периодических колебаний, что ограничивает его функциональные возможности.However, the known generator of periodic oscillations has significant non-linear distortions and an insufficient number of generated periodic oscillations, which limits its functionality.

Цель изобретени - уменьшение нелинейных искажений и расширение функциональных возможностей путем увеличени числа генерируемых периодических колебаний. The purpose of the invention is to reduce non-linear distortions and enhance functionality by increasing the number of generated periodic oscillations.

Цель достигаетс тем, что в генератор периодических колебаний, содержецций соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы , выполненные на операционнвк усилител х, при этом в цец х обратной св зи первого и второго интеграторов включены соответственно первь1й и второй амплитудные ограничители , параллельно второму амплитудному ограничителю включен дополнительный конденсатор, при этом п.ервый и второй амплитудные ограничители подключены к выходам соответственно первого и- второго интеграторов через введенные механически св занные первый н второй переключатели.The goal is achieved by the fact that the relay element and the first and second integrators made on the operational amplifiers are connected to a ring oscillator, the contents are connected in a ring, and the first and second amplitude limiters are connected to the second and second amplifiers, respectively, in feedback circuits of the first and second integrators. the amplitude limiter includes an additional capacitor, while the first and second amplitude limiters are connected to the outputs of the first and second integrators, respectively, through the input mechanically connected first n second switches.

На фиг. 1 представлена принципиальна электрическа схема генератора периодических колебаний; на фнг. 2 - диаграмма напр жений дл двух режимов его работы.FIG. 1 shows a circuit diagram of a periodic oscillation generator; on fng. 2 is a voltage chart for two modes of its operation.

Генератор периодических колебаний содержит релейный элемент 1, пераый и второй интеграторы 2 и 3, первый и второй амплитудные ограничители 4 и 5, первый и второй переключатели 6 и 7 и дополнительный конденсатор 8, при этом первый интегратор 2 содержит регулируемый резистор 9, а второй интегратор 3 - регулируемьай резистор 10.The periodic oscillation generator contains a relay element 1, the first and second integrators 2 and 3, the first and second amplitude limiters 4 and 5, the first and second switches 6 and 7, and an additional capacitor 8, while the first integrator 2 contains an adjustable resistor 9 and the second integrator 3 - control resistor 10.

Генератор периодических колебаний работает следующим образом.The generator of periodic oscillations works as follows.

Работа генератора основана на ав0 токолебани х замкнутого контура, частота которого регулируетс путем одновременного изменени сопротивлений регулируемых резисторов 9 и 10, а амплитуда сохран етс посто нной приThe generator is based on a self-oscillation of a closed loop, the frequency of which is regulated by simultaneously changing the resistances of adjustable resistors 9 and 10, and the amplitude is kept constant at

5 посто нстве характеристики релейного элемента 1 и посто нстве уровней амплитудных ограничителей 4 либо 5. В зависимости от положени переключателей 6 и 7 генератор имеет два режима работы.5 the constant characteristics of the relay element 1 and the constant levels of the amplitude limiters 4 or 5. Depending on the position of the switches 6 and 7, the generator has two modes of operation.

Рассмотрим работу генератора в . первом режиме, когда переключатели 6 и 7 наход тс в положении, показанном на фиг. 1. При этом первыйConsider the operation of the generator in. the first mode, when the switches 6 and 7 are in the position shown in FIG. 1. In this case, the first

5 амплитудный ограничитель 4 сигнала включен, а второй амплитудный ограничитель 5 отключен. В генераторе устанавливаютс автоколебани с диаграммой напр жени , приведенной на фиг. 2,а. Определим амплитуду 0сигнала на выходе второго интегратора 3 и период автоколебаний Т. Так как колебани симметричные, то достаточно рассмотреть один полупериод , например первый, который состоит из двух отрезков времени: в один из них к входу второго интегратора 3 прикладываетс линейно нарастаквдее напр жение5 amplitude limiter 4 signals are on, and the second amplitude limiter 5 is disabled. Auto-oscillations are set up in the generator with the voltage diagram shown in FIG. 2, a. Let us determine the amplitude of the 0-signal at the output of the second integrator 3 and the period of self-oscillations T. Since the oscillations are symmetric, it is enough to consider one half-period, for example, the first one, which consists of two periods of time: in one of them a voltage is applied linearly to the input of the second integrator 3

и,-и,, Ofet4-toand, and ,, Ofet4-to

г --ч«Ас Т 1 -..--1, (1) во второй - посто нное напр жение Ц1Ц14Ас. , fc.i т/2, (2)g - h «Ac T 1 -..-- 1, (1) in the second - constant voltage Ts1Ts14As. , fc.i t / 2, (2)

где Uxrr - напр жение релейного элемента 1;where Uxrr is the voltage of the relay element 1;

(Js-HftO напр жение насьвдени первого интегратора 2, определ емое уровнем ограничени сигнала первого амплитудного ограничител 4; Тщ -, посто нна времени пе эвого(Js-HftO is the voltage of the onset of the first integrator 2, determined by the level of the limit of the signal of the first amplitude limiter 4; Tch -, the time constant of the first

интегратора 2;integrator 2;

fcx - момент времени, соответствующий излому диаграммы напр жени Uj, .fcx is the time instant corresponding to the break in the voltage diagram Uj,.

Интегриру уравнени (1) и (2) с учетом начальных условий Uj(o)-из(-Ь) -Ua./ получимIntegrating Eqs. (1) and (2) with the initial conditions Uj (o) -of (-b) -Ua./ taken into account, we obtain

br-Uo-u,..S O.W, , (3)br-Uo-u, .. S O.W,, (3)

lJ5 -U,vU24toClJ5 -U, vU24toC

tltU,,, (4)tltU ,,, (4)

где Тц2 - посто нна времени второго 65 интегратора 3. Из уравнений {1-4) находим соотношени , необходимые дл выбора параметров генератора. Полага в (1) U5.{fc) - U2Hftc (условие симметрии коле баний напр жени ) , находим t UzHAo. , (5) Подставл в 3) с учетом (5) находим 2 U,.lUs(b/,)l.U.... (6) Подставл в Н),Ов ) + U (условие сшФштрии колебаний напр жени Qa)t находим с учетом (5) и (6) период автоколебаний tp.AUgHAc У Огтп илт Из соотношений (6) и (7) видим, что при TV А/1 001431 ли ту да сигнала Дзо, сохран етс посхй нной, .а период пропорционален посто нной времени первого интегратора 2. Таким образом, при одновременном изме нении сопротивлений регулируемых резисторов 9 и 10 частота генератор измен етс пропорционально изменению этих сопротивлений а амплитуда сигнала Ujtn остаетс неизменной, что и требуетс . Анализ уравнений (3) и (4) показывает , что они с наибольшей точностью воспроизвод т синусоидальную функцию при прот женности линейного участка напр жени Ujjtj 4 . Это объ сн етс тем, что разложение тра пецеидальной функции ) в р д Фурье имеет наименьший процент высших гармоник именно при таком соотношении длительности ц наклонного участка i)i.(t) и периода Т, так как в этом случае в разложении отсутствуют всегармоники, кратные трем. Дл этого случа период колебаний можно рассчитать по формуле (5), по лага в ней Т бЦ ц -Тпл/илт а требуемый гистерезис релейного элемента 1 выбрать из соотношени (7), которое принимает вид ,5Uj,,, (9) при эт( напр жение (iJ в первый п6лупериод описываетс уравнени ми (i-|l)J, . - (io) и. i|-(i-|)3,t, которые при , Т/6, Т/3 и Т/2 сов падают с синусоидальной функцией (| + | а в промежутках между указанными точками отличаютс or нее не более, чем на 1% от /Uan Таким образом, генератор обеспечивает в первом режиме воспроизведение сигналов пр моугольной, трапецеидальной и сунусоидальной формы. Во втором режиме переключатели 6 и 7 наход тс в положении, при котором первый амплитудный ограничитель 4 отключен, а второй амплитудный ограничитель 5 включен, при этом в контуре генератора устанавливаютс автоколебани с диаграммой напр жений У/1 приведенной на фиг. 2(S-. Напр жение Uj. имеет треугольную , а iJs - вид ограниченной синусоиды. Определим соотношени , св зывающие параметры генератора в этом режиме. Дл этого рассмотрим один полупериод колебаний (фиг. 2,5) , который состоит из трех смежных отрезков времени: O-ta, 1Ь2.-Т/4 и Т/4-Т/2. Дл определени требуемых соотношений достаточно использовать только уравнение Oj на третьем отрезке времени, которое имеет вид/. , U,..U,«.|2L(t-l)0-- (11) |где U2m J4tnTAfnM. (12). амплитудное значение напр жени tlji ; - напр жение насыщени второго интегратора 3, определ емое уровнем ограничени сигнала второго амплитудного ограничител 5, Реша (11) при -t«T/2, получим с учетом 12) и«14. UiEsJiijQl ЦЗНАС- o 2uZT 2и« ,т,г Сравнива (12) и (8), видно, что период при переключении режимов не измен етс , если Ugn, 1,5ЦЩАЙ. Однако дл того, чтобы одновременно выполн лись соотношени ,(6) и (13) посто нна времени во BTOpotj режиме должна быть в 1,037 раза больше, чем Т«2 в первом режиме. Дл этой цели включен дополнительный конденсатор 8, который во втором режиме подключаетс вторьи переключателем 7 параллельно конденсатору второго интегратора 3. , Таким образом, во втором режиме генератор воспроизводит сигналы пр моугольной и треугольной формы со стабильной амплитудой при регулировании частоты. Технико-экономический эффект предлагаемого генератора периодических колебаний заключаетс -в уменьшении нелинейных искажений и расширении функциональных возможностей путем увеличени числа генерируемых периодических колебаний.where TC2 is the time constant of the second 65 integrator 3. From the equations (1-4), we find the relations necessary for choosing the generator parameters. The margin in (1) U5. {Fc) is U2Hftc (the symmetry condition of voltage oscillations), we find t UzHAo. , (5) Substituting in 3), taking into account (5), we find 2 U, .lUs (b /,) lU ... (6) Substitute in H), OV) + U (condition US) Voltage oscillations Qa) t find taking into account (5) and (6) the period of self-oscillations tp.AUgHAc In Ogtp ilt From relations (6) and (7) we see that with TV А / 1 001431 whether that yes of the signal Dzo, it is kept even, the time constant of the first integrator 2. Thus, with a simultaneous change in the resistances of the adjustable resistors 9 and 10, the frequency of the generator changes in proportion to the change in these resistances and the amplitude of the signal Ujtn remains unchanged, as required. An analysis of equations (3) and (4) shows that they reproduce a sinusoidal function with the greatest accuracy with the length of the linear portion of the voltage Ujjtj 4. This is explained by the fact that the decomposition of the trapezoidal function) in the Fourier series has the smallest percentage of higher harmonics precisely at such a ratio of the duration of the q of the inclined section i) i. (T) and the period T, since in this case there are no harmonics in the decomposition multiples of three. For this case, the oscillation period can be calculated by the formula (5), according to the lag in it T BC p –Tp / ilt and the required hysteresis of the relay element 1 is chosen from relation (7), which takes the form, 5Uj ,,, (9) at (voltage (iJ in the first cycle is described by the equations (i- | l) J,. - (io) and. i | - (i- |) 3, t, which with, T / 6, T / 3 and T / 2 coincide with a sinusoidal function (| + | and in the intervals between the specified points or it does not differ by more than 1% from / Uan. Thus, the generator provides in the first mode, the reproduction of signals is rectangular, trapezoidal, and In the second mode, switches 6 and 7 are in a position in which the first amplitude limiter 4 is turned off and the second amplitude limiter 5 is turned on, while auto-oscillations are set in the generator circuit with the voltage diagram Y / 1 shown in Fig. 2 ( S-. The voltage Uj. Is triangular, and iJs is the form of a bounded sine wave. Let us determine the relations connecting the generator parameters in this mode. To do this, consider one half-cycle of oscillations (Fig. 2.5), which consists of three adjacent periods of time: O-ta, 12.2T / 4, and T / 4-T / 2. To determine the required ratios, it suffices to use only the equation Oj on the third time interval, which has the form /. , U, .. U, ". | 2L (t-l) 0-- (11) | where U2m J4tnTAfnM. (12). amplitude value of the voltage tlji; - the saturation voltage of the second integrator 3, determined by the level of the limiting signal of the second amplitude limiter 5, Resh (11) at -t "T / 2, we obtain with account 12) and" 14. UiEsJiijQl TSNSA- o 2uZT 2i ", t, g Comparing (12) and (8), it is seen that the period when switching modes does not change if Ugn, 1.5 QS. However, in order for the relations (6) and (13) to hold simultaneously, the time constant in the BTOpotj mode must be 1.037 times greater than T = 2 in the first mode. For this purpose, an additional capacitor 8 is turned on, which in the second mode is connected to the second switch 7 in parallel with the capacitor of the second integrator 3. Thus, in the second mode, the generator reproduces square and triangular signals with a stable amplitude during frequency control. The technical and economic effect of the proposed periodic oscillation generator consists in reducing the non-linear distortions and extending the functionality by increasing the number of generated periodic oscillations.

Claims

A PERIODIC OSCILLATION GENERATOR comprising a relay element connected in a ring and first and second integrators made on operational amplifiers, while the first and second amplitude limiters are included in the feedback circuits of the first and second integrators, respectively, characterized in that, in order to reduce non-linear distortions and expanding functionality by increasing the number of generated periodic oscillations, an additional capacitor is connected in parallel with the second amplitude limiter, with In this case, the first and second amplitude limiters are connected to the outputs of the first and second integrators, respectively, through the mechanically coupled first and second switches. _ about

figure 1