Генератор периодических колебаний Советский патент 1984 года по МПК H03B5/06 

Изобретение относится к аналоговой технике, в частности к ниэкочас,тотным генераторам периодических колебаний прямоугольной, .треугольной и синусоидальной фор1«и/ -применяемым для испытания и настройки следящих систем и электронной аппаратуры.

Известен генератор периодических колебаний, содержащий последовательно соединенные релейный элемент, первый и второй интеграторы .

Однако, такой генератор периодических колебаний обладает низкой точностью форюл треугольного и синусоидального сигналов, обусловленной нарастающим смещением нуля, свойственньал электронным интеграторам, и невысокой точностью преобразования сигнала треугольной в -синусоидальное.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является генератор периодических колебаний, содервкащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, .выполненные на операционных усилителях, при этсм в цепях обратной связи первого и второго интеграторов включены соответственно первый и.второй амплитудные ограничители 12.

Однако известный генератор периодических колебаний имеет значительные нелинейные искажения и недостаточное число генерируемых периодических колебаний, что ограничивает его функциональные возможности.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений и расширение функциональных возможностей путем увеличения числа генерируемых периодических колебаний.

Цель достигается тем, что в генератор периодических колебаний, содержецций соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, выполненные на операционнвк усилителях, при этом в цецях обратной связи 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 связанные первый н второй переключатели.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема генератора периодических колебаний; на фнг. 2 - диаграмма напряжений для двух режимов его работы.

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.

Генератор периодических колебаний работает следующим образом.

Работа генератора основана на ав0 токолебаниях замкнутого контура, частота которого регулируется путем одновременного изменения сопротивлений регулируемых резисторов 9 и 10, а амплитуда сохраняется постоянной при

5 постоянстве характеристики релейного элемента 1 и постоянстве уровней амплитудных ограничителей 4 либо 5. В зависимости от положения переключателей 6 и 7 генератор имеет два режима работы.

Рассмотрим работу генератора в . первом режиме, когда переключатели 6 и 7 находятся в положении, показанном на фиг. 1. При этом первый

5 амплитудный ограничитель 4 сигнала включен, а второй амплитудный ограничитель 5 отключен. В генераторе устанавливаются автоколебания с диаграммой напряжения, приведенной на фиг. 2,а. Определим амплитуду 0сигнала на выходе второго интегратора 3 и период автоколебаний Т. Так как колебания симметричные, то достаточно рассмотреть один полупериод, например первый, который состоит из двух отрезков времени: в один из них к входу второго интегратора 3 прикладывается линейно нарастаквдее напряжение

и,-и,, Ofet4-to

г --ч«Ас Т 1 -..--1, (1) во второй - постоянное напряжение Ц1Ц14Ас. , fc.i т/2, (2)

где Uxrr - напряжение релейного элемента 1;

(Js-HftO напряжение насьвдения первого интегратора 2, определяемое уровнем ограничения сигнала первого амплитудного ограничителя 4; Тщ -, постоянная времени пе эвого

интегратора 2;

fcx - момент времени, соответствующий излому диаграммы напряжения Uj, .

Интегрируя уравнения (1) и (2) с учетом начальных условий Uj(o)-из(-Ь) -Ua./ получим

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

lJ5 -U,vU24toC

tltU,,, (4)

где Тц2 - постоянная времени второго 65 интегратора 3. Из уравнений {1-4) находим соотношения, необходимые для выбора параметров генератора. Полагая в (1) U5.{fc) - U2Hftc (условие симметрии коле баний напряжения ) , находим t UzHAo. , (5) Подставляя в 3) с учетом (5) находим 2 U,.lUs(b/,)l.U.... (6) Подставляя в Н),Ов ) + U (условие сшФштрии колебаний напряжения 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, сохраняется посхйянной, .а период пропорционален постоянной времени первого интегратора 2. Таким образом, при одновременном изме нении сопротивлений регулируемых резисторов 9 и 10 частота генератор изменяется пропорционально изменению этих сопротивлений а амплитуда сигнала Ujtn остается неизменной, что и требуется. Анализ уравнений (3) и (4) показывает, что они с наибольшей точностью воспроизводят синусоидальную функцию при протяженности линейного участка напряжения Ujjtj 4 . Это объясняется тем, что разложение тра пецеидальной функции ) в ряд 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. Для этого случая период колебаний можно рассчитать по формуле (5), по лагая в ней Т бЦ ц -Тпл/илт а требуемый гистерезис релейного элемента 1 выбрать из соотношения (7), которое принимает вид ,5Uj,,, (9) при эт( напряжение (iJ в первый п6лупериод описывается уравнениями (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 отличаются or нее не более, чем на 1% от /Uan Таким образом, генератор обеспечивает в первом режиме воспроизведение сигналов прямоугольной, трапецеидальной и сунусоидальной формы. Во втором режиме переключатели 6 и 7 находятся в положении, при котором первый амплитудный ограничитель 4 отключен, а второй амплитудный ограничитель 5 включен, при этом в контуре генератора устанавливаются автоколебания с диаграммой напряжений У/1 приведенной на фиг. 2(S-. Напряжение Uj. имеет треугольную , а iJs - вид ограниченной синусоиды. Определим соотношения, связывающие параметры генератора в этом режиме. Для 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. Для определения 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 напряжения tlji ; - напряжение насыщения второго интегратора 3, определяемое уровнем ограничения сигнала второго амплитудного ограничителя 5, Решая (11) при -t«T/2, получим с учетом 12) и«14. UiEsJiijQl ЦЗНАС- o 2uZT 2и«,т,г Сравнивая (12) и (8), видно, что период при переключении режимов не изменяется, если Ugn, 1,5ЦЩАЙ. Однако для того, чтобы одновременно выполнялись соотношения ,(6) и (13) постоянная времени во BTOpotj режиме должна быть в 1,037 раза больше, чем Т«2 в первом режиме. Для этой цели включен дополнительный конденсатор 8, который во втором режиме подключается вторьи переключателем 7 параллельно конденсатору второго интегратора 3. , Таким образом, во втором режиме генератор воспроизводит сигналы прямоугольной и треугольной формы со стабильной амплитудой при регулировании частоты. Технико-экономический эффект предлагаемого генератора периодических колебаний заключается-в уменьшении нелинейных искажений и расширении функциональных возможностей путем увеличения числа генерируемых периодических колебаний.

ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, содержащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, выполненные на операционных усилителях, при этом в цепях обратной связи первого и второго интеграторов включены соответственно первЕлй и второй амплитудные ограничители, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и расширения функциональных возможностей путем увеличения 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 связанные первый и второй переключатели. сл фиг.Т Р ..Н .. -wr